声控走廊灯开关.doc

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1、 烟 台 南 山 学 院 模拟电子技术课程计 题目 声控走廊灯开关 姓 名：_ _所在学院：_计算机与自动化工程学院 所学专业：_ 电气工程及其自动化 班 级 _ 电气工程1101 学 号 _ 201102011005 指导教师：_ 田洪波_ _ 完成时间：_ 2013年6月 模电课程设计任务书一、基本情况 学时：40学时 学分：1学分 课程设计代码：07120102 适应班级：11电气工程、自动化二、进度安排本设计共安排1周，合计40学时，具体分配如下：实习动员及准备工作： 2学时总体方案设计： 4学时查阅资料，讨论设计： 24学时撰写设计报告： 8学时总结： 2学时教师辅导： 随时三、基本

2、要求1、课程设计的基本要求模电课程设计是在学习完模拟电子技术课程之后，按照课程教学要求，对学生进行综合性训练的一个实践教学环节。主要是培养学生综合运用理论知识的能力，分析问题和解决问题的能力，以及根据实际要求进行独立设计的能力。初步掌握模拟电子线路的安装、布线、焊接、调试等基本技能；熟练掌握电子电路基本元器件的使用方法，训练、提高读图能力；掌握组装调试方法。其中理论设计包括总体方案选择，具体电路设计，选择元器件及计算参数等，课程设计的最后要求是写出设计总结报告，把设计内容进行全面的总结，若有实践条件，把实践内容上升到理论高度。2、课程设计的教学要求模电课程设计的教学采用相对集中的方式进行，以班

3、为单位全班学生集中到设计室进行。做到实训教学课堂化，严格考勤制度，在实训期间累计旷课达到6节以上，或者迟到、早退累计达到8次以上的学生，该课程考核按不及格处理。在实训期间需要外出查找资料，必须在指定的时间内方可外出。 课程设计的任务相对分散，每3名学生组成一个小组，完成一个课题的设计。小组成员既有分工、又要协作，同一小组的成员之间可以相互探讨、协商，可以互相借鉴或参考别人的设计方法和经验。但每个学生必须单独完成设计任务，要有完整的设计资料，独立撰写设计报告，设计报告雷同率超过50%的课程设计考核按不及格处理。四、设计题目及控制要求声控走廊灯开关要求： （1）办公楼或居民楼应用的声控开关； （2

4、）白天光线充足时，灯不亮； （3）晚上光线暗，如无人声，灯不亮；若有人声，则亮。五、设计报告设计完成后，必须撰写课程设计报告。设计报告必须独立完成，格式符合要求，文字（不含图形、程序）不少于2000字，图形绘制规范。设计报告的格式如下： 1、封面 2、内容提要 3、目录4、正文(1) 所作题目的意义、本人所做的工作及系统的主要功能；(2) 方案选择及论证；(2) 设计步骤及原理图；(3) 元器件的选择；(4) 设计过程中出现问题的解决方法；5、心得体会 6、参考文献 六、考核方法模电课程设计的考核方式为考查，考核结果为优秀、良好、中等、及格和不及格五等，分数在90-100之间为优秀，80-89

5、分之间为良好，70-79分之间为中等，60-69分之间为及格，60分以下为不及格。 考核分三个方面进行：平时考勤：30% 实验及设计成果质量：40% 课程设计报告：30%有下列情形之一者，课程设计考核按不及格处理： 1、设计期间累计迟到、早退达8次；2、设计期间累计旷课达6节； 3、设计报告雷同率超过50%或无设计报告；4、不能完成设计任务，达不到设计要求。摘要声控走廊开关电路设计系统电路，本系统用驻极体话筒来接受声音信号,并将其转化为声音信号.用LM324构成运放将微弱的信号放大.用两片CD4013分别构成T触发器和单稳态电路,再加上一个单刀双置开关，当开关接在T触发器即可实现击掌一次灯亮，

6、再击掌一次灯灭。当开关接在单稳态电路上即可实现击掌一次灯亮，过一段时间灯自动熄灭。我们用三极管来作为发光二极管的驱动。本文首先对基础电路进行介绍，通过组装电路进行分析，验证，最终完成了课题的设计。 课程设计的声控灯由话筒,音频放大电路,选频电路,倍压整流电路,鉴幅限幅电路,延时关闭等电路组成。将实现：（a）开关式控制：击掌一次灯亮，再击掌一次灯灭；（b）延时式控制：一次击掌后灯亮，延时3秒后自动熄灭。目 录1 绪论- 1 -1.1 课题背景- 1 -1.2 课程简介- 1 -2 系统方案设计- 3 -2.1 设计思路- 3 -2.2 设计要求- 3 -3 系统硬件设计- 4 -3.1 传感器电

7、路- 4 -3.3 T触发器- 5 -3.4单稳定性电路- 6 -4 调试与检查结果- 8 -4.1调试仪器- 8 -DF1731SD3A 直流稳压电源- 8 -4.3 调试方法- 8 -总 结- 9 -参考文献- 10 -附 录- 11 -1 实物图- 11 -1 绪论1.1 课题背景科技的发展使灯的样式，种类都发生了很大的变化.随着社会的发展，出现了大量的开采，能量在慢慢的减少，所以我们要建立起节约能源的意识。光控电路有着广泛的应用。比如城市中的路灯或楼道照明等一般都是由人工操作的,如果采用光控电路,根据光线的强弱来自动开启和关闭照明灯,做到无人自动控制,可以减轻工人的劳动强度,有效的节约

8、能源。但光控电路有其缺陷,就是夜晚无光线的时候,照明灯将一直工作着,这样会造成资源的浪费,也会缩短照明，因此采用声控走廊开关。声控开关已经成为我们生活中必不可少的一部分，它不需要开关，当人经过时会自动亮起来；广泛用于走廊、楼道、招待所等公共场所，给人们的生活带来了方便 。因此，得到了广泛的应有。由于本电路在设计时运用了仿真软件，虽然运用的仅仅是EWB软件，但是在课程设计时是比较有说服力的。由于不少居民楼等公共场所使用机械开关，因此出现长明灯的现象，给国家造成了浪费，声控走廊开关在无声时呈断开状态，在有声音时就会闭合，为走廊照明，无声时会自动断开，实现了人走灯灭的现象。1.2 课程简介声控走廊灯

9、在目前已得到广泛的使用，它给人们的生活带来了很大的方便，与其他灯相比最突出的优点就是节约了很大一部分电能。生活中，不管是在居民的小区里，还是在工作的高楼大厦里，我们都能看到声控走廊灯的声影。 声控走廊灯是把声音信号（如脚步声）通过传感器转化成电信号，用电信号来驱动电灯泡。 声控走廊灯具有的特点： 1 稳定性好，及时的为人们提供照明。 2 作用时间合理，人进楼道口时亮，人尽可能离开时熄灭，不要人在中途时就熄灭。 3 节能性好，声控走廊灯需很少的电就能工作很长时间。 声控走廊灯的设计要求： （a） 开关式控制：击掌一次灯亮，再击掌一次灯灭。 （b） 延时式控制：一次击掌后灯亮，延时3秒后自动熄灭。

10、 声控走廊灯的设计原理： 根据设计任务的要求，首先要将声音信号转化成电信号，这需要传感器电路，由于传感器电路输出的电信号比较微弱，所以我们需要放大电路，经放大后的电信号要实现开关式控制和延时式控制两种控制方法，开关式控制中要求击掌一次灯亮，击掌一次灯灭，如果将击掌信号视为触发脉冲，这上述现象恰好与T触发器的翻转功能相一致，到另一端所以我们选用T触发器实现开关失控制；延时式控制要求击掌一次后灯亮10秒钟自动熄灭，如果我们将上述击掌信号视为触发信号，将此触发信号加到一个单稳态触发器上恰好可以满足上述要求，所以我们在放大电路后面用一个双路开关实现上述两种控制方式，开关拨到一端实现开关式控制，开关拨到

11、另一端实现延时式控制，经过T触发器或单稳态触发器输出的信号是数字信号，驱动能力略显不足，所以我们考虑增加一级驱动放大电路，然后再输出给电灯控制电路。2 系统方案设计2.1 设计思路 此次课程设计的声控灯由话筒,音频放大电路,选频电路,倍压整流电路，鉴于限幅电路,延时关闭等电路组成。从而实现击掌一次灯亮，再击掌一次灯灭；延时式控制：一次击掌后灯亮，延时数秒后自动熄灭。2.2 设计要求 据设计任务的要求，首先要将声音信号转换成电信号，这需要传感器电路，由于传感器电路输出的电信号比较微弱，所以我们需要放大电路，经放大后的电信号要实现开关式控制和延时式控制两种控制方式，开关式控制中要求击掌一次灯亮、击

12、掌一次灯灭，如果将击掌信号视为触发脉冲，则上述现象恰好与T触器的翻转功能相一致，所以我们选用T触发器实现开关式控制；延时式控制要求击掌一次后灯亮数秒钟自动熄灭，如果我们将上述击掌信号视为触发信号，将此触发信号加到一个单稳态触发器上恰好可以满足上述要求，所以我们在放大电路后用一个双路开关实现上述两种控制方式，开关拨到一端实现开关式控制，开关拨到另一端实规延时式控制，经过T,触发器或单稳态触发器输出的信号是数字信号，驱动能力略显不足，所以我们考虑增加一级驱动放人电路，然后再输出给电灯控制电路。综上所述，我们根据设计任务要求绘出如图所示的电路框图。 3 系统硬件设计设计概要图如下： 3.1 图设计概

13、要图3.1 传感器电路 本课题将声音信号转换成电信号的传感器选用驻极体话筒，驻极体话筒的电路如图所示，通过查找驻极体话筒的工作原理，可知输出电阻极高，考虑到电路的匹配，要求后级的放大电路有高输入阻抗与之匹配图中的100千欧电阻是为电容提供一个放电通 路。 图3.2 驻极体话筒电 图3.3相同比例放大电路3.2 放大电路 选用LM324放大电路如图3.3所示，LM324引脚图如图3.4所示。由于驻极体话筒输入阻抗高，我们选用高输入阻抗的同相比例放大电路，反相比例放大电路的输入阻抗较低。还有后续连接的是数字电路，如果后级选用TTL电路，要求本级输出的电压信号幅度大于2V，如果后级选用CMOS电路，

14、要求本级输出的电压信号幅度大于3.5V如图3.3所示，设经驻极体话筒转换的电信号UA=20mV，经放大后的电压如果选用CMOS电路，则要求放大后输出电压UB3V，这个放大后的输出电压也不要过高，以免过于灵敏。这样有下式： 3.4管脚连接图 AU=1+Rf/R3=UB/UA3/0.02=150取Au=200 这样Rf=200R3.而在同相比例放大电路中，R3的取值范围为1千欧到几千欧，Rf的取值范围几十千欧到几百千欧，最大可为几兆。 图3.4 LM324引脚图 因此取R3=1千欧，Rf=200千欧。对于LM324的电源，我们采用6V的干电池单电源连接方式供电，故R3上再串联上一个小电容接地。放大

15、后的输出信号最好再经过一次整形处理我们采用图5的二极管1N4148和电容C构成的滤波电路，图中的10千欧电阻是为滤波电路的电容C提供了一个放电通路。 图3.5 CD404013的引脚图3.3 T触发器采用CMOS电路实现，这是因为TTL电路的功耗大，且要求电源5V稳定，而采用CMOS电路318V的电源均可且省电，所以选用CD4013实现触发器和单稳态电路。CD4013的引脚图如图3.5所示。根据设计要求，将击掌信号即为触发信号，利用CD4013中的一个D触发器实现触发器的电路图如图3.6所示。 3.6 触发器与单稳态电路 3.7驱动显示电路3.4单稳定性电路 选用CD4013加外围电路实现，如

16、图3.6单稳态电路所示，这里运用三要素法对电路中的R,C进行计算。CMOS电路的阈值电压Ut=0.5Vcc。当有击掌信号即触发脉冲到来时，Q置1对C开始充电，当充电电压到达阈置电平时UT时复位信号R有效，Q复位，单稳态过程结束。 f(t)=f()+f(0+)-f()e-t/T上式中f()=Vcc, f(0+)=0,以t=510s为例进行计算，代入上式得：1/2Vcc=Vcc+0-Vcce-5/T 得t=7.1414.2由于T=RC，取C=220微发，R=51千欧。 在图3.1的电路原理框图中，开关放在数字电路，但考虑到上述T触发器和单稳态电路之间不能直接线与，所以将上述开关修正到数字电路后。3

17、.5 驱动显示电路 选用三极管电流放大电路，采用发光二极管模拟灯的的显示，如图3.7所示。下面对基极电阻RB和集电极电阻Rc的选取进行计算。发光二极管如果选用普亮的发光二极管，流过的电流要求为510mA，选用高亮的发光二极管，流过的电流要求为1mA，发光二极管的管压降为1.82V。下面以选用普亮的发光二极管ID=510mA为例进行计算。 Rc=Vcc-UD-UCES/ID=(6-2-0.3)V/510mA=370740欧，故图3.7中的R7=510欧。三极管选用NPN型三极管9013，其电流发达倍数为60120，Ics=510mA。取放大倍数为100，Ics=10mA，故IBS=100微安。I

18、B=(Vcc-0.7)/RB，而IB=（35）IBS较好，代入上式得到RB=1017千欧，故取RB=10千欧，即图3.7中的R6=10千欧。综上所述，各单元电路计算完毕，总电路图如图3.8所示： 3.8总电路4 调试与检查结果4.1调试仪器EE1641B1 函数信号发生器CS-1830 30M 模拟示波器DT890D 数字万用表DF1731SD3A 直流稳压电源4.2 调试环境时间 2013-6温度 27度击掌的次数灯亮情况击掌一次灯亮击掌二次灯灭击掌的次数灯亮情况延迟多长时间后灯灭击掌一次灯亮 3.0s击掌二次灯亮2.9s击掌三次灯亮3.0s4.3 调试方法 首先对各单元电路进行调试，驻极体

19、话筒接受声音信号并将其转化为电信号，但电信号比较微弱不能进行有效的测量，微弱的电信号经放大电路放大后的信号我们可以测量其电压的大小，看放大后的电压能否达到所要求的，如果没有，可以调节放大电路的反馈电阻增大其放大倍数。再测试T的输出端Q经一次击掌后有没有达到高电平，二次击掌后是否为低电平。最后再测试单稳态电路的输出端看是否得到所需的波形。等单元电路测试都成功后，再把整个电路都连接好，看灯的亮灭情况。4.4 调试数据总 结经过一个星期的努力，课程设计终于大告成功了。通过这次的设计使我认识到我对单片机方面的知识知道的太少了，对于书本上的很多知识还不能灵活运用，有很多我们需要掌握的知识在等着我去学习，

20、我会在以后的学习生活中弥补我所缺少的知识。本次的设计使我从中学到了一些很重要的东西，那就是如何从理论到实践的转化，怎样将我所学到的知识运用到我以后的工作中去。此次最大的困难是如何利用软、硬件配合的方式产生中断，对中断的初始化、具体设置、中断返回还不是很清楚，程序设计一度陷入停滞状态，最后在同学的帮助下，我才完成了该实验，实现了数字电子时钟的基本功能。 经过这次课程设计，也总结了很多问题： 本系统采用驻极体话筒，LM324，CD4013等器件出色的完成了本题目的各项要求。本系统当开关拨到T触发器，击掌一次灯亮，再击一次灯灭。当开关拨到单稳态电路，击掌一次灯亮，过三秒后自动熄灭。而且本系统采用的器

21、件都非常便宜，在市场上都能买到。在设计程序过程中遇到问题是很正常的,但我们应该将每次遇到的问题记录下来,并分析清楚,以免下次再碰到同样的问题。 我觉得课程设计反映的是一个从理论到实际应用的过程，但是更远一点可以联系到以后毕业之后从学校转到踏上社会的一个过程。在大学的课堂的学习只是在给我们灌输专业知识，而我们应把所学的用到我们现实的生活中去，此次的电子时钟设计给我奠定了一个实践基础，我会在以后的学习、生活中磨练自己，使自己适应于以后的竞争。参考文献1、模拟电子技术基础实验与课程设计 李万臣等编著2、实验单元电路及其应用 黄继昌等编著3、新型实用电路制作200例 杨邦文编著4、数字电子技术基础（第五版） 阎石主编 5、模拟电子技术基础（第四版） 童诗白等编著附 录1 实物图2硬件原理图