PAGE課程設(shè)計(jì)報(bào)告題目：聲光控延時(shí)開關(guān)電路的設(shè)計(jì)系別：電子信息與電氣工程系專業(yè)：電子信息工程_______班級(jí)：姓名：導(dǎo)師：成績(jī)：________________________年月日聲光控延時(shí)開關(guān)控制器設(shè)計(jì)摘要介紹一種聲光控節(jié)能燈的組成性能，適用范圍及工作原理，并介紹出了電路原理及元件參數(shù)選擇。整個(gè)電路由聲控電路、延時(shí)電路、光控電路、電子開關(guān)、電源電路組成。220V供電電壓供電，光敏控電路對(duì)外界光亮程度進(jìn)行檢測(cè)，輸出與亮度程度相對(duì)的電壓信號(hào)。從而實(shí)現(xiàn)白天燈泡不亮，晚上遇到聲響時(shí)，通過聲控電路使燈泡自動(dòng)點(diǎn)亮，聲控電路主要將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，從而要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，延時(shí)電路聲音消失后延長(zhǎng)一段光照時(shí)間。關(guān)鍵詞：聲光控制開關(guān)；聲光技術(shù)；光電效應(yīng)；聲控電路

OpticaldelayswitchcontrollerdesignABSTRACTThispaperintroducesakindofacousticelectricenergy-savinglampsperformance,scopeofapplicationandworkingprinciple,andintroducesthecircuitprincipleandcomponentparameterselection.Thewholecircuitbyacousticcontrolcircuit,timedelaycircuit,electriccircuit,electronicswitches,powersupplycircuit.220vpowersupplyvoltageofpowersupply,lightcontrolcircuittotestthedegreeofexternallight,theoutputvoltagesignalwithbrightnessrelatively.Soastorealizethedaylightbulbnotbright,eveningwhenyoumeetthenoiseautomaticallybythevoicecontrolcircuittomakethelightbulblight,acousticcontrolcircuitismainlythevoicesignalintoelectricalsignal,thustoachieveautomaticcontrol,timedelaycircuitnoisedisappearafterprolongedaperiodoflight.Keywords:soundandlightcontrolswitch;Acousto-optictechnology;Thephotoelectriceffect.Voicecontrolcircuit目錄目錄 4第一章實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮腿蝿?wù) 1第二章分析與設(shè)計(jì) 12.1設(shè)計(jì)任務(wù)與分析 12..2實(shí)驗(yàn)原理 22.2.1局部模塊工作原理 22.2.2整體電路工作原理 2第三章元件原理 33.1光敏電阻 33.1.1光敏電阻原理圖 43.2駐極體話筒 43.3集成模塊CD4011 43.3.1集成模塊CD4011工作原理 43.3.2集成電路CD4011各引腳功能圖 53.4可控硅 5第四章實(shí)驗(yàn)步驟 64.1電路原理設(shè)計(jì)步驟 64.2硬件焊接步驟 6第五章電路原理圖及元器件庫(kù)設(shè)計(jì) 75.1原理圖設(shè)計(jì) 75.2CD4011原件庫(kù)設(shè)計(jì) 75.3元件清單 85.4電氣規(guī)則檢查（ERC） 95.5CD4011封裝庫(kù)設(shè)計(jì) 95.6網(wǎng)表生成/載入 105.7PCB板圖 10第六章心得體會(huì) 11參考文獻(xiàn) 11致謝 12附件 12PAGE12第一章實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮腿蝿?wù)1．要求電路能夠通過照明燈開關(guān)對(duì)光線強(qiáng)弱的感應(yīng)和通過照明燈開關(guān)對(duì)聲強(qiáng)的感應(yīng)設(shè)置兩級(jí)開關(guān)，控制照明燈的亮滅。2．要求電路能夠?qū)崿F(xiàn)有光線時(shí)滅，無(wú)光線時(shí)有聲亮，并且照明燈點(diǎn)亮一段后自動(dòng)關(guān)斷。3．要求電路如果在照明燈點(diǎn)亮期間又有新的聲源出現(xiàn)，照明燈應(yīng)重新開啟。4．根據(jù)上述要求選定設(shè)計(jì)方案，畫出系統(tǒng)框圖，寫出詳細(xì)的設(shè)計(jì)過程。5．學(xué)習(xí)掌握焊接技術(shù)以及電路元件的裝配。熟悉手工焊錫的常用工具的使用及其維護(hù)與修理。6.針對(duì)原理電路，通過計(jì)算參數(shù)，選擇合適的元器件，搭建電路，并調(diào)試通過。第二章分析與設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)任務(wù)與分析顧名思義，聲光控延時(shí)開關(guān)就是用聲音和光來(lái)控制開關(guān)的“開啟"，若干分鐘后延時(shí)開關(guān)“自動(dòng)關(guān)閉"。因此，整個(gè)電路的功能就是將聲音信號(hào)處理后，變?yōu)殡娮娱_關(guān)的開動(dòng)作。明確了電路的信號(hào)流程方向后，即可依據(jù)主要元器件將電路劃分為若干個(gè)單元，由此可畫出圖所示的方框圖。圖1聲光控開光延時(shí)控制器方框圖2..2實(shí)驗(yàn)原理2.2.1局部模塊工作原理 聲光控延時(shí)開關(guān)電路共有四個(gè)模塊：整流濾波模塊、光控模塊、聲控模塊、延時(shí)模塊和集成模塊CD4011。整流濾波模塊：220V交流電經(jīng)過整流橋整流、200K電阻降壓和電解電容100uF濾波輸出直流電壓3.55V給集成塊CD4011供電。光控模塊：由光敏電阻3K-5M構(gòu)成，在光控模塊電路中，光敏電阻和270K電阻串聯(lián)形成分壓電路，當(dāng)有光照時(shí)，光敏電阻阻值變小，分壓小；當(dāng)無(wú)光時(shí)，光敏電阻阻值大，分壓大。聲控模塊：由駐極體話筒MK1構(gòu)成，聲音信號(hào)經(jīng)過駐極體話筒轉(zhuǎn)化為微弱的電信號(hào)，由于駐極體話筒內(nèi)部有放大電路，可以將微弱的電信號(hào)放大，使其能夠采集。延時(shí)模塊：由47uF電解電容和1M的電阻構(gòu)成RC充放電電路，實(shí)現(xiàn)延時(shí)功能。集成模塊CD4011：CD4011是由4個(gè)與非門模塊構(gòu)成，在本實(shí)驗(yàn)中使用了3個(gè)與非門模塊。2.2.2整體電路工作原理為了使聲光控開關(guān)在白天開關(guān)斷開，即燈不亮，由光敏電阻R5等元件組成光控電路，R5和R6組成串聯(lián)分壓電路，夜晚環(huán)境無(wú)光時(shí)，光敏電阻的阻值很大，R5兩端的電壓高，即為高電平間t=2ΠR4C2，改變R4或C2的值，可改變延時(shí)時(shí)間，滿足不同目的。D3和D4構(gòu)成兩級(jí)整形電路，將方波信號(hào)進(jìn)行整形。當(dāng)C2充電到一定電平時(shí)，信號(hào)經(jīng)與非門11腳后輸出為高電平，使單向可控硅導(dǎo)通，電子開關(guān)閉合；C2充滿電后只向R4放電，當(dāng)放電到一定電平時(shí)，經(jīng)與非門11腳D3、D4輸出為低電平，使單向可控硅截止，電子開關(guān)斷開，完成一次完整的電子開關(guān)由開到關(guān)的過程。

二極管VD11～VD44將交流220v進(jìn)行橋式整流，變成脈動(dòng)直流電，又經(jīng)R1降壓，C2濾波后即為電路的直流電源，為Mk、CD4011等供電。220V電壓經(jīng)過整流降壓、濾波模塊輸出電壓3.55V左右使集成模塊正常工作。當(dāng)有聲音時(shí)MK1駐極體話筒將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，經(jīng)過瓷片電容C3使集成模塊CD4011的8、9引腳由低電平變成高電平，從而使10號(hào)引腳由高電平瞬間變?yōu)榈碗娖?，由于聲音信?hào)非常短暫，8、9引腳由剛才的高電平變?yōu)榈碗娖?，所?0號(hào)引腳也會(huì)瞬間從低電平變成高電平，在這瞬間變化的過程中，由電流信號(hào)經(jīng)過瓷片電容C5，經(jīng)過上拉電阻R7使集成模塊5號(hào)引腳變?yōu)楦唠娖?；?dāng)無(wú)光時(shí)，光敏電阻R5阻值變大，在與電阻R6串聯(lián)電路中分壓大，集成模塊6號(hào)引腳得到高電平，從而使集成模塊4號(hào)引腳輸出低電平。由于集成模塊12、13號(hào)引腳和4號(hào)引腳是由二極管D6連接，當(dāng)集成模塊4號(hào)引腳變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，集成模塊12、13號(hào)引腳由高電平變?yōu)榈碗娖?，從而使集成模塊11號(hào)引腳輸出高電平，控制可控硅D5為高電平，使可控硅導(dǎo)通，燈發(fā)光。由于RC充放電電路在集成模塊4號(hào)引腳變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，實(shí)現(xiàn)充電；當(dāng)集成模塊4號(hào)引腳變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，由于電容兩端電壓不能躍變，RC電路放電使集成模塊12、13號(hào)引腳持續(xù)為低電平導(dǎo)致集成模塊11號(hào)引腳持續(xù)為高電平，可控硅D5持續(xù)導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)延時(shí)功能。當(dāng)有聲有光、無(wú)聲有關(guān)、無(wú)聲無(wú)光時(shí)都無(wú)法使可控硅導(dǎo)通，從而使燈無(wú)法發(fā)光。第三章元件原理3.1光敏電阻光敏電阻的工作原理是基于內(nèi)光電效應(yīng)。在半導(dǎo)體光敏材料兩端裝上電極引線，將其封裝在帶有透明窗的管殼里就構(gòu)成光敏電阻，為了增加靈敏度，兩電極常做成梳狀。用于制造光敏電阻的材料主要是金屬的硫化物、硒化物和碲化物等半導(dǎo)體。通常采用涂敷、噴涂、燒結(jié)等方法在絕緣襯底上制作很薄的光敏電阻體。3.1.1光敏電阻原理圖圖2光敏電阻原理圖3.2駐極體話筒駐極體話筒體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，電聲性能好，價(jià)格低廉，應(yīng)用非常廣泛。高分子極化膜上生產(chǎn)時(shí)就注入了一定的永久電荷(Q)，由于沒有放電回路，這個(gè)電荷量是不變的，在聲波的作用下，極化膜隨著聲音震動(dòng)，因此和背極的距離也跟著變化，也就是鎖極化膜和背極間的電容是隨聲波變化。我們知道電容上電荷的公式是Q=C·U，反之U=Q/C也是成立的。駐極體總的電荷量是不變，當(dāng)極板在聲波壓力下后退時(shí)，電容量減小，電容兩極間的電壓就會(huì)成反比的升高，反之電容量增加時(shí)電容兩極間的電壓就會(huì)成反比的降低。最后再通過阻抗非常高的場(chǎng)效應(yīng)將電容兩端的電壓取出來(lái)，同時(shí)進(jìn)行放大，我們就可以得到和聲音對(duì)應(yīng)的電壓了。由于場(chǎng)效應(yīng)管是有源器件，需要一定的偏置和電流才可以工作在放大狀態(tài)，因此，駐極體話筒都要加一個(gè)直流偏置才能工作。3.3集成模塊CD40113.3.1集成模塊CD4011工作原理管腳功能：1A數(shù)據(jù)輸入端

2A數(shù)據(jù)輸入端

3A數(shù)據(jù)輸入端

4A數(shù)據(jù)輸入端

1B數(shù)據(jù)輸入端

2B數(shù)據(jù)輸入端

3B數(shù)據(jù)輸入端

4B數(shù)據(jù)輸入端

VDD電源正

VSS地

1Y數(shù)據(jù)輸出端

2Y數(shù)據(jù)輸出端

3Y數(shù)據(jù)輸出端

4Y數(shù)據(jù)輸出端VDD電壓范圍：－０.5Vto18Ｖ功耗：雙列普通封裝700mW

小型封裝500mW工作溫度范圍：

CD4011BM-55℃-+125℃

CD4011BC-40℃-+85℃

3.3.2集成電路CD4011各引腳功能圖圖3CD4011各引腳功能圖3.4可控硅可控硅是P1N1P2N2四層三端結(jié)構(gòu)元件，共有三個(gè)PN結(jié)，分析原理時(shí)，可以把它看作由一個(gè)PNP管和一個(gè)NPN管所組成，其等效圖解如右圖所示圖4可控硅等效圖解圖“一觸即發(fā)”。但是，如果陽(yáng)極或控制極外加的是反向電壓，晶閘管就不能導(dǎo)通?？刂茦O的作用是通過外加正向觸發(fā)脈沖使晶閘管導(dǎo)通，卻不能使它關(guān)斷。那么，用什么方法才能使導(dǎo)通的晶閘管關(guān)斷呢?使導(dǎo)通的晶閘管關(guān)斷，可以斷開陽(yáng)極電源（圖3中的開關(guān)S）或使陽(yáng)極電流小于維持導(dǎo)通的最小值（稱為維持電流）。如果晶閘管陽(yáng)極陰極之間外加的是交流電壓或脈動(dòng)直流電壓，那么，在電壓過零時(shí)，晶閘管會(huì)自行關(guān)斷。第四章實(shí)驗(yàn)步驟4.1電路原理設(shè)計(jì)步驟1、查閱相關(guān)資料對(duì)設(shè)計(jì)說明2、先給出總體方案并對(duì)工作原理進(jìn)行說明3、依次對(duì)各部分給出模塊設(shè)計(jì)功能參數(shù)計(jì)算、分析計(jì)算說明4、列出標(biāo)準(zhǔn)的元件清單5、利用Protel99SE繪制原理圖以及PCB板圖6、總體電路的繪制及電路原理說明7、繪制實(shí)物圖4.2硬件焊接步驟1分析原理圖，掌握其局部原理以及基本功能2購(gòu)買元器件3掌握焊接基本功能與方法，正確使用電烙鐵，在焊接過程中不能出現(xiàn)虛焊等問題4利用工具檢測(cè)器件是否完好無(wú)損，進(jìn)行篩選5完成焊接，調(diào)試控制器。第五章電路原理圖及元器件庫(kù)設(shè)計(jì)5.1原理圖設(shè)計(jì)圖5聲光控延時(shí)開光控制器原理圖5.2CD4011原件庫(kù)設(shè)計(jì)圖6CD40115.3元件清單圖7元件清單5.4電氣規(guī)則檢查（ERC）圖8電氣規(guī)則檢查5.5CD4011封裝庫(kù)設(shè)計(jì)圖9CD4011封裝庫(kù)設(shè)計(jì)5.6網(wǎng)表生成/載入圖10網(wǎng)表生成/載入5.7PCB板圖圖11聲光控延時(shí)開光PCB板圖第六章心得體會(huì)這次課程設(shè)計(jì)將我們學(xué)到知識(shí)應(yīng)用到實(shí)踐，深化了對(duì)傳感器設(shè)計(jì)的認(rèn)識(shí)，是我們從實(shí)踐中獲得新知。本次設(shè)計(jì)還有很多的不足，做得比較辛苦效果也許不好，很多東西平時(shí)學(xué)得也不透徹，我覺得這次課程設(shè)計(jì)從每一個(gè)細(xì)節(jié)都在鍛煉著我們。我希望我們都能從中收獲很多，能把知識(shí)變成自己的東西。在設(shè)計(jì)過程中，通過查閱資料，閱讀文獻(xiàn)，我們學(xué)到了很多切實(shí)有用的分析方法和技巧，這對(duì)于我們以后的學(xué)習(xí)有很大的幫助。這更使我們認(rèn)識(shí)到，學(xué)習(xí)學(xué)的是方法，設(shè)計(jì)學(xué)的是思想。因此，要多總結(jié)別人的方法，來(lái)形成自己的思想，這樣學(xué)到的東西才實(shí)實(shí)在在。在這次課程設(shè)計(jì)中我們不僅學(xué)會(huì)了對(duì)于電子專業(yè)不可缺少的一種軟件——PROTEL99SE,而且由于本次實(shí)訓(xùn)還使我們更加了解到想要成功設(shè)計(jì)出一種可以實(shí)現(xiàn)并且實(shí)用價(jià)值的電路是一件困難的事，在實(shí)訓(xùn)中了解到更多知識(shí)和設(shè)計(jì)電路時(shí)所必要的