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1、题目： 声光控制节能开关设计 班级： 12能源2班 学号： 姓名： 指导： 时间： 2014年12月16日 景德镇陶瓷学院电工电子技术课程设计任务书姓名： 班级：13能源2班 指导老师： 设计课题：声光控制节能开关设计设计任务与要求设计一个声光控制节能开关，根据电路的功能，完成以下任务：1、说明电路由几个部分组成，并用方框图对它进行整体描述；2、对电路的每个部分分别进行单独说明，画出对应的单元电路，分析电路原理、元件参数、所起的作用、以及与其他部分电路的关系等等；3、用简单的电路图绘图软件绘出整体电路图，在电路图中加上自己的班级名称、学号、姓名等信息；4、对整体电路原理进行完整功能描述；5、列
2、出标准的元件清单。6、列出设计中所涉及的所有参考文献资料。设计步骤1、查阅相关资料，开始撰写设计说明书；2、先给出总体方案并对工作原理进行大致的说明；3、依次对各部分分别给出单元电路，并进行相应的原理、参数分析及计算、对功能以及与其他部分电路的关系进行说明；4、列出标准的元件清单；5、总体电路原理相关说明；6、绘制总体电路；7、列出设计中所涉及的所有参考文献资料。参考文献【1】夏克组,郑聚爽.一种声光双控节能自动开关的研制J.中国照明电器.2011,(03)【2】秦曾煌；电工学简明教程；高等教育出版社；2007.6【3】廖贻谋.声光控延时灯J.电子世界.2005.(10) 【4】焦忠平.照明灯
3、声光控制电路及制作J.科教文汇(中旬刊).2007.(05)【5】李丽军.声光双控延时节能灯J.电子制作.2005.(04)【6】王晓静.声光延时控制电路的制作J.电子测试.2009.(04)【7】夏克组,郑兆聚.一种声光双控节能自动开关的研制J.电器开关.2001.(01)【8】卢涛.声光控节能灯的制作J.电子制作.2006.(10)【9】叶永茂.声光控延时节电开关J.电子科技.2000.(03)【10】赵阳.声光控制延时开关电路的设计与制作J.电子制作.2007.(10)【11】索明何,王立刚,饶运涛.基于555定时器的双光双控照明灯设计J.科技信息(科 学教研).2008.(01)目录1
4、、 总体方案及原理说明. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .42、 外接电路. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .53、 延时控制电路. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .64、 光信号输入电路. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .75、 声音信号输入电路. . . . . . . . . . . . .
5、. . . . . . . . . . . . . . . .86、 降压滤波电路 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .97、 桥式整流电路. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .108、 总电路原理及相关说明. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .119、 总体电路原理图. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6、. . . . . . . .1210、元件清单. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1311、参考文献. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1412、设计心得体会. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15一、总体方案及原理说明随着人们生活现代化水平不断提高，国民经济的快速发展，电力的供需矛盾日益加剧生产更多的电即意味着要消耗更多的煤、石油、天
7、然气、核原料等不可再生资源，还会带来许多相应的环境问题。为此，我们应该从身边做起，珍惜并节约每一度电。所以，现在很多住宅楼道都安装了自动控制楼道灯。图1 声光双控电路框图如图1所示，本设计主要由降压滤波电路、桥式整流电路、光信号输入电路、延时控制电路、声音信号输入电路以及外接电路6部分组成。桥式整流电路将220V市电变成脉动直流电压，再经过限流，稳压，滤波输出12V直流电压，为集成块及三极管提供电源。光敏电阻感受到的光信号和声音信号以“与”的关系来控制集成块输出高低电平，构成的延时电路，实现自动延时，然后集成块的输出控制晶体管的导通和断开，从而控制灯泡的亮与灭。二、外接电路图2 外接电路原理图
8、图中的L1为白炽灯，除了发亮之外，还起到降压保护电路的作用。 三、延时控制电路 图3延时控制电路 延时控制电路的原理是：见图8的电路图，当在夜晚同时有声音信号时，与非门U1A的输入端1脚和2脚都为高电平，其输出为低电平，再经过与非门U1B反相输出高电平，通过二极管D1给电容C3充电，当C3充电电压达到与非门U1C的低电平时，使与非门U1D输出高电平，通过R5触发可控硅D7使其导通，主回路便有较大的电流通过白炽灯使其发光。当声音消失后，与非门U1A的输入端的2脚变为低电平，则其输出端为高电平，从而使与非门U1B输出为低电平，因D1的阻断作用，电容C2只能通过R5缓慢放电，经过大约1分钟下降到与非
9、门U1C的阈值电压以下，使与非门U1D输出低电平，当交流电过零点时，可控硅自动关断，白炽灯熄灭。在白天的时候，逻辑电路与非门U1A的输入端1脚是低电平，3脚则被锁定为高电平，这和脚2的输入电平的高低无关，电路封锁了声音通道，声音信号不能通过，这时灯泡亮灭不受声音控制。这时，与非门门U1A的3脚输出的高电平经过门U1B、U1C、U1D三次反相后成低电平，晶体管D7无触发信号不导通，灯不亮。 延时时间理论值为： t=2RC=210uF1M62.8S四、光信号输入电路 图4 光信号输入电路原理图 光信号输入电路是由图8中的电阻R4和光敏电阻RG组成。 光敏电阻的工作原理是基于内光电效应。在半导体光敏
10、材料两端装上电极引线，将其封装在带有透明窗的管壳里就构成光敏电阻。为了增加灵敏度，两电极常做成梳状。构成光敏电阻的材料有金属的硫化物、硒化物、碲化物等半导体。半导体的导电能力取决于半导体导带内载流子数目的多少。当光敏电阻受到光照时，价带中的电子吸收光子能量后跃迁到导带，成为自由电子，同时产生空穴，电子空穴对的出现使电阻率变小。光照愈强，光生电子空穴对就越多，阻值就愈低。当光敏电阻两端加上电压后，流过光敏电阻的电流随光照增大而增大。入射光消失，电子-空穴对逐渐复合，电阻也逐渐恢复原值，电流也逐渐减小。 光信号输入电路的工作原理：光的强弱经光敏电阻RG转换为高、低电平后送入集成电路CD4011的1
11、脚。由降压滤波电路知，光敏电阻和R4的总电压U为12V,白天光线射到光敏电阻RG上时，其阻值变得很小，约为20K,则光敏电阻的电压U1为： U1=URG/(R4+RG)=12V20/(180+20)=1.2V CD4011的1脚为低电平，则3脚被锁定为高电平，与2脚的输入高低电平无关，所以电路封锁了声音通道，使声音信号不能通过，即灯泡亮灭不受声音控制。这时，门U1A的3脚输出的高电平经过门U1B、U1C、U1D三次反相后成低电平，晶闸管D7无触发信号不导通，灯不亮。夜晚，RG因无光线照射呈高阻，约为10M。则光敏电阻的电压U2为： U2=URG/(R4+RG)=12V10000000/(180
12、+10000000)12V 则与非门U1A的输入端1脚变成高电平，门U1A的3脚输出状态受2脚输入电平的控制，这为声音通道的开通创造了条件。五、声信号输入电路图5 声音信号输入原理图声音信号输入原理图由图8中的驻极体话筒MIC、电阻R1、R2、R3、电容C1和三极管Q1组成。 驻极体话筒的基本结构是由一片单面涂有金属的驻极体薄膜与一个上面有若干小孔的金属电极（背电极）构成。由于实际电容器的电容量很小，输出的电信号极为微弱，输出阻抗极高，可达数百兆欧以上。因此，驻极体话筒不能直接与放大电路相连接，必须连接阻抗变换器。通常用一个二极管和场效应管复合，组成阻抗变换器。 声音信号输入电路的原理是：当有
13、声音时，声音信号经话筒MIC转换为电信号后经C电容耦合至三极管放大，其集电极由低电平转变成高电平并送入集成电路CD4011的2脚；当没有声音时，三极管Q1处于饱和状态，CD4011的2脚则处于低电平。六、降压滤波电路 图6 降压滤波电路原理图降压滤波电路是由图6中的电阻R7、电容C2和稳压管D6组成。电路中白炽灯也起到了降压的作用。桥整流电路输出的脉冲直流电压经过电阻限流降压，电容滤波，从而得到的直流电压比较小，加到稳压管D6上，获得的直流电压为12V，刚好作为控制电路的电源。七、桥式整流电路图7 桥式二极管整流电路桥式二极管整流电路是由图7中的二极管D2、D3、D4、D5组成。它的功能功能是
14、将220V的交流电转换为脉冲直流电。 桥式整流电路的原理是 ： 桥式整流电路是将交流转换为直流的电路，桥式整流电路中的二极管的作用是当作开关，因为其具有单向导电性。 八、总体电路原理及相关说明总体电路采用CD4011作为核心来控制晶体管的通断。其工作电路如图8所示。二极管D2-D5组成桥式整流电路将交流电变成直流电，再经过R7限流，桥式整流电路稳压，降压滤波电路滤波输出12V直流电压，为三极管Q1提供直流电源。光敏电阻RG感受到的光信号以及驻极体话筒MIC的声音信号以“与”的关系来控制CD4011输出高低电平，经过延时电路，实现自动延时，然后CD4011的输出控制晶体管的导通和断开，从而控制灯
15、泡的亮与灭。九、总体电路原理图：图8 总体电路原理图十、元件清单序号名称元件标号型号数量1电阻R127k12电阻R22.2M13电阻R333k14电阻R4180k15电阻R551k16电阻R61M17电阻R7270k18三极管Q1901419可控硅D7MCR100-6110稳压二极管D612v111驻极体话筒MIC112瓷片电容C1104113电解电容C2100uF114电解电容C310uF115二极管D2-D51N4148616击穿二极管D11N4007117光敏电阻RG118灯泡L1220V、40W119集成芯片U1A120集成芯片U1B121集成芯片U1C122集成芯片U1D1十一、参考
16、文献【1】秦曾煌；电工学简明教程；高等教育出版社；2007.06【2】夏克组,郑聚爽.一种声光双控节能自动开关的研制J.中国照明电器.2011,3【3】索明何,王立刚,饶运涛.基于555定时器的双光双控照明灯设计J.科技信息(科 学教研).2008.1【4】夏克组,郑兆聚.一种声光双控节能自动开关的研制J.电器开关.2001.1【5】李丽军.声光双控延时节能灯J.电子制作.2005.4【6】王晓静.声光延时控制电路的制作J.电子测试.2009.4【7】焦忠平.照明灯声光控制电路及制作J.科教文汇(中旬刊).2007.5【8】赵阳.声光控制延时开关电路的设计与制作J.电子制作.2007.10【9
17、】卢涛.声光控节能灯的制作J.电子制作.2006. 10【10】叶永茂.声光控延时节电开关J.电子科技.2000.03【11】廖贻谋.声光控延时灯J.电子世界.2005.10十二、设计心得体会一个星期很快就过去了，在这一周中，我明白了声光控制节能开关该怎样设计，以及了解了它工作的原理。通过本课程设计，我进一步熟悉了各元器件的工作原理及功能，比如可控硅和驻极体话筒的管脚分布、工作原理及参数，进一步掌握了原理图的设计。在选择了这个题目后，就开始从网上和图书馆找相关的内容和基本的原理，在几天的时间里，我不断的完善着我不懂的环节，最终设计出了声光控制节能开关。这次设计的声光控制节能开关安全节电、成本低且使用寿命长。达到了设计前提出的要求。同时也实现了自动延时，可以广泛使用于公共场所的照明。这种开关可以实现以下几种功能：1. 在白天，无论有没有声音，灯都不会亮；2. 在晚上，当没有声音的时候，灯不会亮；3. 这种开关成本低，使用寿命比较长，不易损坏；4. 有声音的时候，灯就会亮；5. 灯泡在亮了一段时间后，会自动地熄灭并且延时15秒左右。
