模擬電子技術(shù)課程設(shè)計模擬電子技術(shù)課程設(shè)計題目：聲控走廊燈開關(guān)設(shè)計摘要本設(shè)計運用了模擬電子技術(shù)，課程運用了模擬電路的基本知識，聲控開關(guān)內(nèi)部有光敏電阻、碳晶咪頭、晶閘管、三極管、電容器等電子元件。聲控開關(guān)一般都是串接在白熾燈泡電路聲控開關(guān)內(nèi)部有光敏電阻、碳晶咪頭、晶閘管、三極管、電容器等電子元件。聲控開關(guān)一般都是串接在白熾燈泡電路中的。220V交流市電經(jīng)過燈泡送達聲控開關(guān)。開關(guān)內(nèi)部有一個整流橋。可以將交流電整流成直流電。社會的進一步發(fā)展，各種各樣的燈層出不窮，為了防止公物損壞，節(jié)約用電，設(shè)計了各種控制燈，例如公共場所和居民居住區(qū)的公共樓道普遍使用機械手動開關(guān)。由于各種原因常常出現(xiàn)許多燈泡點亮長明的現(xiàn)象，故使燈泡壽命短，浪費電量，為國家，單位，個人造成經(jīng)濟損失，由于頻繁開關(guān)和其他人為因素，墻壁開關(guān)的損壞率很高，既增大了維修量，浪費了資金，又容易造成事故隱患。因此，設(shè)計研制一種電路新穎、安全節(jié)電、結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便的走廊聲控?zé)裟茏詣娱_關(guān)就顯得格外重要。使公共場所和居民居住區(qū)的公共樓道燈在白天時不亮，晚上聞聲自亮，待人走后，幾十秒后自動關(guān)閉，既方便又省電。目錄第1章 緒論 模擬電子技術(shù)設(shè)計課程緒論1.1設(shè)計背景和意義由于今年國內(nèi)政府的房地產(chǎn)調(diào)控，地產(chǎn)經(jīng)濟的不景氣，導(dǎo)致房產(chǎn)銷量降低，對整個住宅行業(yè)及相應(yīng)電子設(shè)備產(chǎn)業(yè)會起到一定的打壓作用，智能聲控?zé)舻氖袌鏊媾R的客戶群體將有所減低。但業(yè)內(nèi)人士普遍認為“機遇與挑戰(zhàn)并存”，樓市調(diào)控對智能聲控?zé)粜袠I(yè)不會帶來太大的震動。早在2008年住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布的《關(guān)于進一步加強住宅裝飾裝修管理的通知》，就已經(jīng)在政策層面上，引導(dǎo)和鼓勵新建商品住宅一次裝修到位或菜單式裝修模式。因此，樓市控制將迫使地產(chǎn)商走精品路線，推出“量少質(zhì)精”的項目工程，做差異化營銷，智能聲控?zé)麸@然是最大的賣點，這對智能聲控?zé)粜袠I(yè)發(fā)展的影響是積極的。而且從長期來看，由于房屋成交量的減少，必將導(dǎo)致房產(chǎn)公司競爭的加劇，就會增加功能性的裝修，所謂增加功能性就是為智能聲控?zé)舻陌l(fā)展帶來了機會。同時，投資客的減少，就會增加部分別墅或者大戶型的自住率，因此，有可能會讓智能聲控?zé)魪牟贿x擇，變成可選擇方案。1、未來5年觸摸控制，將成為智能聲控?zé)羝占靶偷目刂品绞?，通過一個智能觸摸控制屏實現(xiàn)對家庭內(nèi)部為燈光，電器，窗簾，安防，監(jiān)控，門禁等智能控制，這是必配的。2、智能手機，將成為未來智能聲控?zé)糇钪匾囊苿邮街悄芸刂平K端，通過手機的智能聲控?zé)艨蛻舳塑浖騑EB方式，實現(xiàn)對家庭內(nèi)部的遠程監(jiān)控與控制，實現(xiàn)對家里遠程開鎖，客人圖像確認，遠程開啟空調(diào)以及暖器設(shè)備。這將成為每個人必需要移動控制方式。3、無線與有線控制系統(tǒng)，將會無縫結(jié)合，干線區(qū)域采用布線控制系統(tǒng)，小區(qū)域采用無線控制系統(tǒng)，這將是未來智能聲控?zé)艨刂葡到y(tǒng)與技術(shù)的發(fā)展方向。智能聲控?zé)粼谖磥砜赡苡袃纱蟀l(fā)展方向：1、智能聲控?zé)魧⒊蔀榧彝グ娴奈锫?lián)網(wǎng)，實現(xiàn)家庭內(nèi)部所有物體的相互通訊將是智能聲控?zé)粑磥戆l(fā)展方向；2、智能聲控?zé)粝到y(tǒng)將于智慧國家智能系統(tǒng)，智能城市系統(tǒng)，智能樓宇與智能小區(qū)，實現(xiàn)無縫聯(lián)接，所有的智能聲控?zé)粝到y(tǒng)，都必然會兼容與以上大系統(tǒng)的無縫控制聯(lián)動。1.2設(shè)計的任務(wù)和要求1、鞏固加深對模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)的理解，提高綜合運用所學(xué)知識的能力，培養(yǎng)學(xué)生獨立分析問題、解決問題的能力。2、通過查找資料、選方案、設(shè)計電路、寫報告等環(huán)節(jié)的訓(xùn)練，熟悉設(shè)計過程、步驟。為今后從事電子線路的設(shè)計、研制電子產(chǎn)品打下良好的基礎(chǔ)。3、設(shè)計模擬和數(shù)字電子混合電路，實現(xiàn)特定功能。學(xué)習(xí)這一技能，積累這方面的經(jīng)驗。4、辦公樓或居民樓應(yīng)用的聲控開關(guān)；5、白天光線充足時，燈不亮；6、晚上光線暗，若無人聲，燈不亮；若有人聲，則燈亮。第2章設(shè)計理論本設(shè)計主要由橋式整流電路、降壓濾波電路、聲音信號輸入電路、光信號輸入電路、延時控制電路以及外接電路6部分組成。原理如下：由四個二極管組成的橋式整流電路將輸入電路的220V50Hz交流電壓變換成脈動直流。該脈動直流電壓一路有R3和R1、C3分壓并濾波后得到傳感及邏輯控制電路所用的電壓VCC；另一路接到晶閘管BT169的陽極。當(dāng)BT169的控制級（柵極）為高電平且輸入的交流信號Vi=COS(wt+Φ)處于正半周期時，電流由D2→地→D4→燈流過而將燈點亮。當(dāng)Vi處于負半周期時，電流由燈→D3→地→D1而將燈點亮。當(dāng)BT169的控制級為低電平時，晶閘管截止，此時不會產(chǎn)生驅(qū)動燈的電流，此時燈是熄滅的。由此可見，燈的亮滅是由晶閘管的控制級電平?jīng)Q定的。因此，關(guān)鍵問題是如何控制其柵極電平的高低。有光時燈滅；無光無聲時燈滅；無光有聲時燈亮。對光敏電阻RW而言，當(dāng)有光時，RW<2kΩ，此時HD14011的1腳即第一個與非門的一個輸入端為低電平（地），所以3腳為高電平、4腳為低電平，10腳為高電平，11腳為低電平，則此時晶閘管截止，燈泡是滅的。相反，如果無光時，RW>2MΩ，此時HD14011的1腳是高電平，此時第一個與非門的輸出取決于2腳的狀態(tài)，而2腳的狀態(tài)將由噪聲傳感器來決定，當(dāng)沒有聲音時，2腳為低電平，因此A為高電平，B為低電平，C為高電平，D為低電平，此時晶閘管截止，燈泡滅。當(dāng)有聲音產(chǎn)生時，在麥克風(fēng)兩端產(chǎn)生一個交流信號，經(jīng)過電容而將2腳置為高電平，此時A為低電平，B為高電平，C為低電平，D為高電平，從而將晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通，燈泡點亮，同時由于B為高電平，可對電容C2充電，這樣，當(dāng)聲音消失后，由于C2和R7的存在，使C點維持在低電平直到C2放電結(jié)束，在此過程中，燈泡將會一直保持在亮的狀態(tài)直至此過程結(jié)束。第3章仿真測試電路設(shè)計3.1VCC值的確定可由R3、R1的分壓作用將家用電壓經(jīng)整流后所得電壓V0=220x1.414=311V，輸入電壓的表達式為：Vcc=R1*V0/(R1+R3)，算的VCC=5V。3.2延遲的確定圖3.1延遲電路部分由R7、C2組成延遲電路，要求延遲時間為1min，與非門工作高低電平為3.4V，0.3V，延遲T計算公式：T=R7C2ln(Vt+/Vt-)，算得R7=1.1MΩ，C2=22uf3.3與非門的高低電平的輸入確定如果無光時，RW>2MΩ,與非門有一腳是高電平，此時第一個與非門的輸出取決于另腳的狀態(tài)，此腳的狀態(tài)將由噪聲傳感器來決定。當(dāng)沒有聲音時：燈不亮，要求第一個與非門的一腳為低電平，即使三極管工作在飽和區(qū)滿足條件且輸入的電壓為0.3V。此時A為高電平，B為低電平，C為高電平，D為低電平，此時晶閘管截止，燈泡為暗[13]。由三極管的工作參數(shù)得:Ibs=(Vcc-Vce)/R8β=0.2uAIb=(Vcc-Vce)/R2=1.4uA在飽和工作區(qū)不滿足IC=βIb且Ib>Ibs令I(lǐng)b=10Ibs由此可得R8=510KΩR2=3MΩ當(dāng)有聲音時：燈亮，要求第一個與非門的一腳為高電平，三極管工作在放大區(qū)且輸出高電平3.4V。在麥克風(fēng)兩端產(chǎn)生一個交流信號，經(jīng)過電容而將腳置成高電平，此時A為低電平，B為高電平，C為低電平，D為高電平，從而將晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通，燈泡點亮。R=R6//R2算得R=35ΩI=Ib+Vce/R算得I=20mA滿足聲音傳感器的額定電流I=20mA電壓1~12V。圖3.23.4整流電路的設(shè)計整流電路有單相橋式整流電路，單相半波整流電路，單相全波整流電路等，本系統(tǒng)選用單相橋式整流電路。整流電路的工作原理：橋式整流電路是最基本的將交流轉(zhuǎn)換為直流的電路，如圖3.4所示。整流電路中的二極管是作為開關(guān)運用，具有單向?qū)щ娦?。根?jù)圖3.4的橋式二極管整流電路和圖5的整流波形圖可知：當(dāng)正半周時，二極管D1、D3導(dǎo)通，在負載電阻上得到正弦波的正半周。當(dāng)負半周時，二極管D2、D4導(dǎo)通，在負載電阻上得到正弦波的負半周[12]。在負載電阻上正、負半周經(jīng)過合成，得到的是同一個方向的單向脈動電壓。3.3橋式二級管整流電路3.4波形參數(shù)計算：二極管橋式整流電路輸入、輸出之間的數(shù)量關(guān)系及二極管選擇的條件：輸出電壓VO、輸出電流IO與輸入電壓V2的關(guān)系：VO=2×0.45V2=0.9V2IO=0.9×(VO/RL）二極管所承受的電流及耐壓值IV=IO/2=0.45×(VO/RL）VRM=V2m單向橋式整流電路二極管選擇條件：IVZ≥IO/2=0.45×(VO/RL）VRM≥V2m3.5電容濾波電路濾波電路利用電抗性元件對交、直流阻抗的不同，實現(xiàn)濾波。電容C對直流開路，對交流阻抗小，所以C應(yīng)該并聯(lián)在負載兩端。電感器L對直流阻抗小，對交流阻抗大，因此L應(yīng)該與負載串聯(lián)。經(jīng)過濾波電路后，既可保留直流分量、又可以濾掉一部分交流分量，改變了直流成分的比例，減小了電路的脈動系數(shù)[11]，改善了直流電壓的質(zhì)量。濾波電路常有電容濾波，電感濾波和RC濾波等，本系統(tǒng)設(shè)計在單相橋式整流電路直接接并聯(lián)電容構(gòu)成電容濾波電路，經(jīng)過此電容濾波電路去整流輸出電壓紋波。電容濾波電路如圖3.5中濾波原理：若電路處于正半周，二極管D2、D4導(dǎo)通，變壓器次端電壓V2給電容C充電。此時C相當(dāng)于并聯(lián)在V2上，所以輸出波形同V2，是正弦形。所以，在t1到t2時刻，二極管導(dǎo)電，C充電，VC=VL按正弦規(guī)律變化；t2到t3時刻二極管關(guān)斷，VC=VL按指數(shù)曲線下降，放電時間常數(shù)為RLC。圖3.5電容濾波電路當(dāng)放電時間常數(shù)RLC增加時，t1點要右移，二極管關(guān)斷時間加長，導(dǎo)通角減小，見圖7中的曲線；反之，RLC減少時，導(dǎo)通角增加[10]。顯然當(dāng)RL很小，即1L很大時，電容濾波的效果不好，見圖7中的曲線。反之，當(dāng)RL很大，即1L很小時，盡管C較小，RLC仍很大，電容濾波的效果也很好，見圖3.5中曲線。3.6晶閘管的工作原理晶閘管的工作原理分析：晶閘管可用兩個不同極性（P-N-P和N-P-N）晶體管來模擬，如圖8所示。當(dāng)晶閘管的柵極懸空時，BG1和BG2都處于截止?fàn)顟B(tài)，此時電路基本上沒有電流流過負載電阻RL，當(dāng)柵極輸入一個正脈沖電壓時BG2導(dǎo)通，使BG1的基極電位下降，BG1因此開始導(dǎo)通【8】，BG1導(dǎo)通使得BG2的基極電位進一步升高，BG1的基極電位進一步下降，經(jīng)過這一個正反饋過程使BG1和BG2進入飽和導(dǎo)通狀態(tài)。電路很快從截止?fàn)顟B(tài)進入導(dǎo)通狀態(tài)，這是柵極就算沒有觸發(fā)脈沖電路由于正反饋的作用將保持導(dǎo)通狀態(tài)不變。如果此時在陽極和陰極加上反向電壓，由于BG1和BG2均處于反向偏置狀態(tài)所以電路很快截止，另外如果加大負載電阻RL的阻值使電路電流減少，BG1和BG2的基極電流也將減少【9】，當(dāng)減少到某一個值時由于電路的正反饋作用，電路將很快從導(dǎo)通狀態(tài)翻轉(zhuǎn)為截止?fàn)顟B(tài)，我們稱這個電流為維持電流。在實際應(yīng)用中，我們可通過一個開關(guān)來短路晶閘管的陽極和陰極從而達到晶閘管的關(guān)斷【7】。3.7元器件表3.7元器件清單列表序號元器件名稱型號位號數(shù)量1與非門74LSOO12噪聲傳感器CZN-15EMic13二極管IN4007D1~D554光敏電阻隨光度變化Rw15電阻10KΩR116電阻3MΩR217電阻590ΩR318電阻18KΩR419電阻35ΩR6110電阻1MΩR7111電阻510KΩR8112電阻43KΩR9113電容22ufC2~C4314電容0.1ufC1115燈泡220V/100W116晶閘管SCRBT169S11第4章調(diào)試及結(jié)果分析4.1仿真圖仿真圖4.14.2調(diào)試在通電調(diào)試之前，必須認真檢查電路連線是否正確，對照電路圖按照一定順序逐級檢測,特別要注意電源是否接錯，電源與地是否有短接，二極管是否接反，輕輕撥一撥元器件，觀察焊點是否牢固。安裝保險管后才能給電路通電。電源接通后首先保證安全,觀察電路中是否有冒煙、起火等現(xiàn)象。如果有，應(yīng)立即斷電，故障排除后繼續(xù)通電，并注意觀察各器件引腳電壓是否正常。打開電源，給系統(tǒng)加上激勵信號源(如系統(tǒng)的啪手聲、打擊聲)，用眼睛直接觀察燈泡是否亮和按時熄滅。先用萬用表測量電路有關(guān)點電位是否正常。檢查發(fā)光二極管是否正常工作。發(fā)現(xiàn)不正?，F(xiàn)象時，及時找出原因進行修改,注意接線不得有誤，接入電源，使脈沖發(fā)生電路正常工作。在光電二極管有光與無光的情況下看總體電路的工作情況。觀察燈泡是否按要求進行亮暗變化。如不能順利完成以上功能,則應(yīng)認真檢查電路的連接及功能設(shè)計是否有誤并作出相應(yīng)調(diào)整。總結(jié)白天的時候，光敏電阻的阻值較小。就會屏蔽掉咪頭的信號輸入。這樣即使有很大的聲音。但是因為光敏電阻的下拉導(dǎo)致信號無法繼續(xù)傳送，所以白天的時候不亮。夜晚的時候，光敏電阻阻值變大。此時如果有較大的聲音的話。聲音會通過咪頭轉(zhuǎn)化為電信號。然后后級的放大電路將此小信號放大。最后推動晶閘管導(dǎo)通，此時燈泡就會點亮。在晶閘管驅(qū)動電路