声光智能开关毕业论文
声光智能开关毕业论文
摘 要
本电路是一种用于照明电路的声光控制节电开关。电路由电源电路、声光控制与门控制电路、延时电路及可控硅控制电路组成, 在白天受光照射, 无触发电压触发可控硅SCR, 灯不亮；夜晚无光照射, 由敏感元件BM 接收声源, 导通可控硅SCR, 灯点亮。做到白天无长明灯, 夜晚人走灯灭, 应用于楼梯、走廊、仓库、厕所等无人值守的场所, 安装简便, 节约用电。
关键词 电源；声光；与非门；延时；可控硅
目 录
第一章 绪论„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3 第二章 声光控延时开关原理分析……………………………………………4
2.1 声光延时开关的原理………………………………………………………………………..4 2.2 单元电路分析………………………………………………………………………. …………5
第三章 主要器件分析…………………………………………………………..7
3.1 四输入与非门CD4011……………………………………………………………………7 3.2 可控硅………………………………………………………………………………………… 7 3.3 驻极体话筒BM ……………………………………………………………………………….8
第四章 声光延时开关的制作与调试………………………………………9
4.1 原理图的设计和PCB 板的绘制„„„„„„„„„„„„„„„„„„9 4.2 元件的规格及安装与调试„„„„„„„„„„„„„„„„„„„10
第五章 结束语„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„13
致谢„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„14 参考文献„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„15
第一章 绪论
现在住宅楼道或过道中大都有照明灯, 但灯往往在夜晚处于常开状
态甚至在白天也是开着的, 这样就造成了资源浪费, 违背了我国建设节约型社会的原则。因此本次设计了一种自锁式声光控制照明电路, 即白天或光线较强时, 开关电路为自锁状态, 灯不亮, 当光线黑暗或晚上来临时, 开关进入预工作状态, 此时, 当来人有脚步声或说话声等声源时, 开关自动打开, 即灯亮, 并且延时一段时间后自动熄灭, 从而实现了“人来灯亮，人去灯灭”，杜绝了长明灯，免去了在黑暗中寻找开关的麻烦，特别是上下楼道带来不便。
本设计的电路原理主要是将声音信号，经声电转换器后转换成微弱的电信号，再将该电信号经放大后送往处理器处理，此时光信号也同时被送入了处理器中。而光信号在此决定了本次声信号是否有效，可直接地决定了负载的动作。声光信号经处理器处理, 将幅度、频率不尽相同的一群声波信号整形转变成一次电平信号。对延时电路充电，只有当延时电路达到工作时，电平信号才有效，再经处理器二次整形控制电子开关导通。当延时电路放电到一定程度，即电平信号变为低电平时，电子开关截止。完成一次完整的电子开关由开到关的过
程。符合设计要求。
第二章 声光控制电路工作原理分析
2.1声光控制电路工作原理
图 1
顾名思义，声光控制延时开关就是用声音来控制开关的“开启”，一段时间后
延时开关“自动关闭”。因此，整个电路的功能就是将声音信号处理后，变为电子开关的开关动作。本电路的主方框图如图1所示，由感光，检音，延时三大部共同控制照明灯的工作状态。
声光控制电路中的主要元器件是使用数字集成电路CD4011，其内部包含4个
与非门，即D1~D4，电路结构简单，可靠性高, 明确了电路的信号流程方向后，即可依据主要元器件将电路划分为若干个单元，由此又可画出图2所示的方框图。
图2
声音信号(脚步声、掌声等) 由驻极体话筒BM 接收并转换成电信号，经VT 的基极进行电压放大，放大的信号送到与非门D1的2脚。为了使声光控开关在白天开关断开，即灯不亮，由光敏电阻RG 等元件组成光控电路与与非门D1的1脚相连。夜晚环境无光时，光敏电阻阻值很大，RG 两端电压高，即为高电平。使光控电路具备光控条件。此时只要D1的2脚有信号，D1的3脚输出为低电平“0”。通过与非门D2整形后又变为高电平“1”，这时对延时电路中电容C3进行充电，当C3充到一定电平时，信号经与非门D3、D4二级整形后由D4的11脚输出高电平“1”送到可控硅T 的G 级，开关T 导通，灯亮。C3充满后只向R8放电，当放到一定电平时，经与非门D3、D4输出为低电平，使单向可控硅截止，电子开关T 断开，灯灭。完成一次完整的电子开关由开到关的过程。 白天光线较强的环境下，光敏电阻RG 阻值很小，RG 两端电压几乎为0，即为低电平“0”，使声光控电路不具备光控条件，电子开关T 处于截止状态。
2。2 单元电路分析
2.2.1 220V 交流电源处理
利用四个二极管VD1~VD4将220V 交流电进行桥式整流，将之变成脉动直流电，经R1降压，C2滤波即可为电路提供所需的直流电。
2.2.2 声音处理电路
声音信号(脚步声、掌声等) 由驻极体话筒BM 接收并转换成电信号，经放大电路进行放大，放大的信号送到与非门D1的2脚, 作为声控信号。当有声音信号时，IC 的2脚为高电平“1”。
2.2.3 光控电路
为了使声光控开关在白天断开，即由光敏电阻RG 等元件组成光控电路，R5和
RG 组成串联分压电路。夜晚环境无光时，光敏电阻的阻碍值很大，RG 两端的电压高，即为高电平“1”，即D1的1脚为高电平“1”，使声光电路具备了光控条件。白天光线较强的环境下，RG 两端电压几乎为0，则与非门的D1的1脚为低电平“0”，使光控电路不具备光控条件，电子开关处于截止状态。
2.2.4 延时工作电路
延时电路只有在具备声光控条件下，才会工作。即D2的4脚为高电平“1”
时，对延时电路中电容C3进行充电，当C3充到一定电平时，信号经与非门D3、D4二级整形后由D4的11脚输出高电平1送到可控硅T 的G 级，开关T 导通，灯亮。C3充满后只向R8放电，当放到一定电平时，经与非门D3、D4输出为低电平，使单向可控硅截止，电子开关T 断开，灯灭。完成一次完整的电子开关
由开到关的过程。
第三章 主要元器件分析
3.1四二输入与非门CD4011
IC 选用CMOS 数字集成电路CD4011。CD4011有四个独立的与非门电路，内部结构如图3。VDD 是电源的正极，VSS 是电源的负极。
图 3
其逻辑表达式为：
Y=
3.2 可控硅
可控硅T 选用1A/400V的进口单向可控硅1006型，如负载大可选用3A 、6A 、10A 等规格的单向可控硅。单向可控硅是一种可控整流电子元件，正向导通受控制极G 电流控制。
阳极A 电位高于阴极K 电位，控制极G 有足够的正向电压和电流时，从截止到导通。阳极A 电位高于阴极K 电位和阳极A 电流大于维持电流时，维持导通。阳极A 电位低于阴极K 电位和阳极电流小于维持电流时，从导通到截止。
3.3 驻极体话筒BM
话筒又称传声器，一种电声器材，属传声器，是声电转换的换能器。通过声
波作用到电声元件上产生电压，再转为电能。
电荷的公式是Q=C*V，反之V=Q/C也是成立的。驻极体总的电荷是不变的，当极板在声波压力下后退时，电容量减小，电容两极间的电压就会成反比的升高，反之电容量增加时电容两极间的电压就会造成反比的降低。最后再通过阻抗非常高的场效应将电容两端的电压取出来。同进进行放大，我们就可以得到和声音对应的电压了。由于场效应管是有源器件，需要一定的偏置和电流才可以工作在放大状态，因此，驻极体话筒都要加一个直流偏置才能工作。
第四章 声光延时开关的制作与调式
4.1 原理图的设计和PCB 板的绘制
原理图的设计是基于Protel99se 软件之上的，此软件的主要功能模块包括电路原理图设计，印制板电路的设计，可编程逻辑器件的设计，电路的模拟仿真等。其主要有两部分组成：原理图设计系统和印制板设计系统（PCB ）。
运行Protel99se 应用程序进入Schematic Document放置元件，并对所放的元件属性进行编辑，将放置好的元件，将它们相应地联接起来，如图4。并生成对应的网络表。
图 4
在绘制好的原理图后进入PCB 设计环境。操作步骤如下：
1、 2、
规划电路板，主要是确定电路板的边框，包括电路板的尺寸大小等等。 打开所有要用到的PCB 库文件后，调入网络表文件和修改元件封装。这一步是非常重要的一个环节，网络表是PCB 自动布线的灵魂，也是原理图设计和印制电路板设计的接口，只有将网络表装入后，。才能进行电路板车的布线。 3、
布线规则设置。布线规则是设置布线的各个规范。根据用户的需要设置层面，各组线宽，过孔间距，布线的拓朴结构等部分规则。 4、
自动布线和手工调整。自动布线后，会出现错误，这时就需要我们重新调整元件的摆放位置，或者删掉个别线，手工连接。 所绘制的PCB 图5
图 5
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摘 要
本电路是一种用于照明电路的声光控制节电开关。电路由电源电路、声光控制与门控制电路、延时电路及可控硅控制电路组成, 在白天受光照射, 无触发电压触发可控硅SCR, 灯不亮；夜晚无光照射, 由敏感元件BM 接收声源, 导通可控硅SCR, 灯点亮。做到白天无长明灯, 夜晚人走灯灭, 应用于楼梯、走廊、仓库、厕所等无人值守的场所, 安装简便, 节约用电。
关键词 电源；声光；与非门；延时；可控硅
目 录
第一章 绪论„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3 第二章 声光控延时开关原理分析……………………………………………4
2.1 声光延时开关的原理………………………………………………………………………..4 2.2 单元电路分析………………………………………………………………………. …………5
第三章 主要器件分析…………………………………………………………..7
3.1 四输入与非门CD4011……………………………………………………………………7 3.2 可控硅………………………………………………………………………………………… 7 3.3 驻极体话筒BM ……………………………………………………………………………….8
第四章 声光延时开关的制作与调试………………………………………9
4.1 原理图的设计和PCB 板的绘制„„„„„„„„„„„„„„„„„„9 4.2 元件的规格及安装与调试„„„„„„„„„„„„„„„„„„„10
第五章 结束语„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„13
致谢„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„14 参考文献„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„15
第一章 绪论
现在住宅楼道或过道中大都有照明灯, 但灯往往在夜晚处于常开状
态甚至在白天也是开着的, 这样就造成了资源浪费, 违背了我国建设节约型社会的原则。因此本次设计了一种自锁式声光控制照明电路, 即白天或光线较强时, 开关电路为自锁状态, 灯不亮, 当光线黑暗或晚上来临时, 开关进入预工作状态, 此时, 当来人有脚步声或说话声等声源时, 开关自动打开, 即灯亮, 并且延时一段时间后自动熄灭, 从而实现了“人来灯亮，人去灯灭”，杜绝了长明灯，免去了在黑暗中寻找开关的麻烦，特别是上下楼道带来不便。
本设计的电路原理主要是将声音信号，经声电转换器后转换成微弱的电信号，再将该电信号经放大后送往处理器处理，此时光信号也同时被送入了处理器中。而光信号在此决定了本次声信号是否有效，可直接地决定了负载的动作。声光信号经处理器处理, 将幅度、频率不尽相同的一群声波信号整形转变成一次电平信号。对延时电路充电，只有当延时电路达到工作时，电平信号才有效，再经处理器二次整形控制电子开关导通。当延时电路放电到一定程度，即电平信号变为低电平时，电子开关截止。完成一次完整的电子开关由开到关的过
程。符合设计要求。
第二章 声光控制电路工作原理分析
2.1声光控制电路工作原理
图 1
顾名思义，声光控制延时开关就是用声音来控制开关的“开启”，一段时间后
延时开关“自动关闭”。因此，整个电路的功能就是将声音信号处理后，变为电子开关的开关动作。本电路的主方框图如图1所示，由感光，检音，延时三大部共同控制照明灯的工作状态。
声光控制电路中的主要元器件是使用数字集成电路CD4011，其内部包含4个
与非门，即D1~D4，电路结构简单，可靠性高, 明确了电路的信号流程方向后，即可依据主要元器件将电路划分为若干个单元，由此又可画出图2所示的方框图。
图2
声音信号(脚步声、掌声等) 由驻极体话筒BM 接收并转换成电信号，经VT 的基极进行电压放大，放大的信号送到与非门D1的2脚。为了使声光控开关在白天开关断开，即灯不亮，由光敏电阻RG 等元件组成光控电路与与非门D1的1脚相连。夜晚环境无光时，光敏电阻阻值很大，RG 两端电压高，即为高电平。使光控电路具备光控条件。此时只要D1的2脚有信号，D1的3脚输出为低电平“0”。通过与非门D2整形后又变为高电平“1”，这时对延时电路中电容C3进行充电，当C3充到一定电平时，信号经与非门D3、D4二级整形后由D4的11脚输出高电平“1”送到可控硅T 的G 级，开关T 导通，灯亮。C3充满后只向R8放电，当放到一定电平时，经与非门D3、D4输出为低电平，使单向可控硅截止，电子开关T 断开，灯灭。完成一次完整的电子开关由开到关的过程。 白天光线较强的环境下，光敏电阻RG 阻值很小，RG 两端电压几乎为0，即为低电平“0”，使声光控电路不具备光控条件，电子开关T 处于截止状态。
2。2 单元电路分析
2.2.1 220V 交流电源处理
利用四个二极管VD1~VD4将220V 交流电进行桥式整流，将之变成脉动直流电，经R1降压，C2滤波即可为电路提供所需的直流电。
2.2.2 声音处理电路
声音信号(脚步声、掌声等) 由驻极体话筒BM 接收并转换成电信号，经放大电路进行放大，放大的信号送到与非门D1的2脚, 作为声控信号。当有声音信号时，IC 的2脚为高电平“1”。
2.2.3 光控电路
为了使声光控开关在白天断开，即由光敏电阻RG 等元件组成光控电路，R5和
RG 组成串联分压电路。夜晚环境无光时，光敏电阻的阻碍值很大，RG 两端的电压高，即为高电平“1”，即D1的1脚为高电平“1”，使声光电路具备了光控条件。白天光线较强的环境下，RG 两端电压几乎为0，则与非门的D1的1脚为低电平“0”，使光控电路不具备光控条件，电子开关处于截止状态。
2.2.4 延时工作电路
延时电路只有在具备声光控条件下，才会工作。即D2的4脚为高电平“1”
时，对延时电路中电容C3进行充电，当C3充到一定电平时，信号经与非门D3、D4二级整形后由D4的11脚输出高电平1送到可控硅T 的G 级，开关T 导通，灯亮。C3充满后只向R8放电，当放到一定电平时，经与非门D3、D4输出为低电平，使单向可控硅截止，电子开关T 断开，灯灭。完成一次完整的电子开关
由开到关的过程。
第三章 主要元器件分析
3.1四二输入与非门CD4011
IC 选用CMOS 数字集成电路CD4011。CD4011有四个独立的与非门电路，内部结构如图3。VDD 是电源的正极，VSS 是电源的负极。
图 3
其逻辑表达式为：
Y=
3.2 可控硅
可控硅T 选用1A/400V的进口单向可控硅1006型，如负载大可选用3A 、6A 、10A 等规格的单向可控硅。单向可控硅是一种可控整流电子元件，正向导通受控制极G 电流控制。
阳极A 电位高于阴极K 电位，控制极G 有足够的正向电压和电流时，从截止到导通。阳极A 电位高于阴极K 电位和阳极A 电流大于维持电流时，维持导通。阳极A 电位低于阴极K 电位和阳极电流小于维持电流时，从导通到截止。
3.3 驻极体话筒BM
话筒又称传声器，一种电声器材，属传声器，是声电转换的换能器。通过声
波作用到电声元件上产生电压，再转为电能。
电荷的公式是Q=C*V，反之V=Q/C也是成立的。驻极体总的电荷是不变的，当极板在声波压力下后退时，电容量减小，电容两极间的电压就会成反比的升高，反之电容量增加时电容两极间的电压就会造成反比的降低。最后再通过阻抗非常高的场效应将电容两端的电压取出来。同进进行放大，我们就可以得到和声音对应的电压了。由于场效应管是有源器件，需要一定的偏置和电流才可以工作在放大状态，因此，驻极体话筒都要加一个直流偏置才能工作。
第四章 声光延时开关的制作与调式
4.1 原理图的设计和PCB 板的绘制
原理图的设计是基于Protel99se 软件之上的，此软件的主要功能模块包括电路原理图设计，印制板电路的设计，可编程逻辑器件的设计，电路的模拟仿真等。其主要有两部分组成：原理图设计系统和印制板设计系统（PCB ）。
运行Protel99se 应用程序进入Schematic Document放置元件，并对所放的元件属性进行编辑，将放置好的元件，将它们相应地联接起来，如图4。并生成对应的网络表。
图 4
在绘制好的原理图后进入PCB 设计环境。操作步骤如下：
1、 2、
规划电路板，主要是确定电路板的边框，包括电路板的尺寸大小等等。 打开所有要用到的PCB 库文件后，调入网络表文件和修改元件封装。这一步是非常重要的一个环节，网络表是PCB 自动布线的灵魂，也是原理图设计和印制电路板设计的接口，只有将网络表装入后，。才能进行电路板车的布线。 3、
布线规则设置。布线规则是设置布线的各个规范。根据用户的需要设置层面，各组线宽，过孔间距，布线的拓朴结构等部分规则。 4、
自动布线和手工调整。自动布线后，会出现错误，这时就需要我们重新调整元件的摆放位置，或者删掉个别线，手工连接。 所绘制的PCB 图5
图 5