班级      电子0931

          

姓名      金晓君

          

学号      0919013137

指导老师  叶文甫

                                                

                                                                

20##-12-04

声光控延时开关设计

一、设计目的

1. 掌握三极管的概念及相关物理量。

2. 认识声光控开关电路的结构和原理

3. 熟练掌握三极管的参数、作用及测量方法。

4. 了解效应管、可控硅等元件的作用及测量方法。

5. 掌握放大电路的简单分析。

二、设计要求

整个电路由电源电路，放大电路，处理电路（声控电路、光控电路）及延时电路等部分组成。电源由家用220伏交流电源供电，光敏控电路对外界光亮程度的感应相对应的电压信号。从而实现白天灯泡不亮晚上遇到声响时，通过声控电路使灯泡自动点亮，声控电路主要将声音信号转变为电信号，从而要实现自动控制，延时电路声音消失后延长一段光照时间。以增强电路的实用性。

  1）电路稳定性和可靠性要高。这是控制电路性能的最基本要求，否则自控能力弱，严重时会失去自动控制功能。

  2）功耗要小。控制电路一直接于交流220伏电路上，若功耗特别是静态功耗大，则不利于节能，甚至还会大大缩短控制电路的寿命。

  3）灵敏度要能调节。这是控制电路正常工作时，对声光控制信息信号的最低要求，控制信号的灵敏度应满足不同的环境要求。

三、设计方案原理及电路图

1．设计原理

220V的市电经过灯泡和全桥整流后一路加在单向可控硅MCR 100-6上，另一路经R8限流后给本电路供电。由于一开始可控硅无触发信号，呈关断状态，灯不亮。C3为主滤波电容，四个二极管整流桥给本电路提供稳定的工作电压。Q1、R2、R3组成前级电压放大电路，对话筒MIC送来的微弱信号进行放大，然后再送入四输入与非门CD4011芯片进一步放大，经C2的正极给其充电，很快C2上就充到了门电路的翻转电压，无光时，当有声音信号时，芯片1高电平，2高电平，则通过R6输出信号为高电平使可控硅导通，电灯点亮。在这个过程中，声音信号只需一个瞬时即可，这是因为，当声音信号来时，C2上的电压很快就充到了电源电压，而这时即使声音信号消失， C2只能通过R6进行放电，所以C3上将维持一段时间的高电平，这个高电平将维持单向可控硅导通，这就是延时的效果，灯亮后所能延时的长短取决于C2上维持高电平的时间长短，所以选择C2的大小，可以控制延时的长短。当C2上的电压低时，3Y输出高电平，4Y输出低电平，单向可控硅的控制端没了触发信号截止，灯熄灭。 有光时，1B输入为低电平，不论1A为高低电平，最后4Y输出都是低电平，即可控硅MRC100-6都截止，则灯不亮。

2、电路图、

3模块说明

①整流模块

四只整流二极管D1~D4J接成电桥的形式，固有桥式镇流之称，如下图。在正半波电流通过电灯由线路3-2-可控硅再返回负极，在副半波时候电流通过4-1-2-可控硅再返回电源正极，于是达到镇流作用，使交流电变成直流电。

                     

②放大模块

通过一个三极管，使接受到的微弱点信号通过放大能明显作用于电路。如下图：

                     

③驱动模块和声光控开关模块

本电路图在通过放大时也需要驱动电路并且和声光控开关同事运用，因此采用CD4011，即一举两得。

                                        

CD4011功能:

四2输入与非门CMOS芯片

逻辑表达式：Y = A.B

A=Y.B

CD4011引脚图及引脚:

④延时模块                                                  

当声音消失后需要灯泡延时亮一定时间，在本电路中采用RC延时电路

                                  

延时时间为T=RC

PCB图

。

四、元器件清单

表1-1元件清单

五、硬件制作与调试

  硬件选择: MIC 用驻极体话筒， RG 用一般光敏电阻即可，YFA-YFD 用一片低工耗COMS四与非门电路 Cd4011，T1用9014低频管，放大倍数越大灵敏度越高，D1用IN4148，D2是7.5v的稳压管，C2、C3用电解电容、SCR可选用 MCR100-6 1A的单向可控硅，电阻均为 1/8w 炭膜电阻，阻值按图。D4-D7用IN4007，反向漏电必须小。电灯的功率不能超过60W。

调试:将焊好的电路板对照电路图认真核对一遍,不要有错焊 漏焊 短路等现象发生.通电,人体不允许接触电路板的任一部分,防止触电,注意安全,如用万用表检测是将万用表两表笔接触电路板相应处即可.

在调试的过程中，刚开始不能实现控制，仔细检查时在独石电容上的问题，我们在耦合阶段的电容采用了瓷片电容来取代了独石电容，于是我们更换成了瓷片电容，再检查还是不能实现，再仔细检查，原来发现CD4011是直接接再电路中的，不需要单独供电，于是我们改接到电路中，于是再一次试验终于达到了目的。对于光敏电阻，在打开电源开关，虽然蒙上了光敏电阻，但是不能达到声光控制，经过自习检查和查阅资料，了解到光敏电阻对光线很敏感，于是我们试着去严格控制光敏电阻的光线，在改变后，试验达到了目的。

 六．心得体会：

通过本次课题设计，不仅是对我们课本所学知识的考查，更是对我的自学能力和收集资料能力以及动手能力的考验。本次设计使我们对一个项目的整体设计有了初步认识，还认识了几种传感器，对电路板的制作有了一定的了解。本次设计使我们意识到了实验的重要性，在硬件制作和调试的过程中，出现了很多问题，最终都是通过实验的方法来解决的。还有以前对传感器只是一个很模糊的概念，通过这次的课题设计使我对传感器有了一个新的认识，

总之，在课题设计的过程中，无论是对于学习方法还是理论知识，我们都有了新的认识，受益匪浅，这将激励我们在今后再接再厉，不断完善自己的理论知识，提高实践操作能力

第二篇：声光控延时开关制作报告

声光控延时开关报告

实验小组：自动化工程学院 10班 2012079100 杨曦 王韵清 李昱霄

报告人：李昱霄

一、介绍           ...................................

二、电路的工作原理...................................

三、元器件的选择 ..................................

四、制作与安装   .....................................

五、实验总结     .....................................

六、附录         .....................................

【注：拓展部分为（6）（7）未包含于主电路报告中】

一、    介绍

用声光控延时开关代替住宅小区的楼道上的开关，只有在天黑以后，当有人走过楼梯通道，发出脚步声或其它声音时，楼道灯会自动点亮，提供照明，当人们进入家门或走出公寓，楼道灯延时几分钟后会自动熄灭。在白天，即使有声音，楼道灯也不会亮，可以达到节能的目的。声光控延时开关不仅适用于住宅区的楼道，而且也适用于工厂、办公楼、教学楼等公共场所，它具有体积小、外形美观、制作容易、工作可靠等优点。

二、    电路的工作原理

声光控延时开关的电路原理图见图1所示。电路中的主要元器件是使用了数字集成电路cd4011，其内部含有4个独立的与非门vd 1～vd4，使电路结构简单，工作可靠性高。

顾名思义，声光控延时开关就是用声音来控制开关的“开启"，若干分钟后延时开关“自动关闭"。因此，整个电路的功能就是将声音信号处理后，变为电子开关的开动作。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，由此可画出方框图。

真值表如下：

   结合图2来分析图1。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c1耦合到vt的基极进行电压放大，放大的信号送到与非门(vd1)的2脚，r4、r7是vt偏置电阻，c2是电源滤波电容。
    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，r5和rg组成串联分压电路，夜晚环境无光时，光敏电阻的阻值很大，rg两端的电压高，即为高电平间t=2πr8c3，改变r8或c3的值，可改变延时时间，满足不同目的。vd3和vd4构成两级整形电路，将方波信号进行整形。当c3充电到一定电平时，信号经与非门vd3、vd4后输出为高电平，使单向可控硅导通，电子开关闭合；c3充满电后只向r8放电，当放电到一定电平时，经与非门vd3、vd4输出为低电平，使单向可控硅截止，电子开关断开，完成一次完整的电子开关由开到关的过程。
    二极管vd1～vd4将交流220v进行桥式整流，变成脉动直流电，又经r1降压，c2滤波后即为电路的直流电源，为bm、vt、ic等供电。

（1）电源部分

这是由一个开关控制通断的直流电源，此从略。电容C1的功能只是为了改善电源的性能，减小电源的内阻，尤其在电池使用较久、电压下降时，C1可以使声控放大电路继续发挥较好的作用。

（2）声控电路

这里我们采用的声控电路不是三极管开关电路，而是三极管放大电路；利用放大电路的一个功能——简单一点讲，就是：当三极管基极电流变大时，集电极电流会有成百上千倍的增大（电流放大作用），同时使集电极电压下降。

电路中R1是三极管的偏流电阻，阻值2M（兆欧）。三极管的C集连接可变电阻W，调节这个电阻使C极的起始电压处在比与非门电路1A输入阀值（高低电平分界）略高一点的电位。1A的初始状态，由于两个输入端都是高电位，所以输出端是低电位。

压电陶瓷片是作为声音的传感器使用，当外界有一定声响，它输出电压给三极管的B、E极，产生Ib，如上所述它的C极电位下降，与非门1A输出端变为高电位；声响消失，1A的输出端又回复到低电位。

（3）4011内部几个与非门电路的工作过程

1A的1脚（以下简称1A1）始终是高电位，1A2的电位受三极管9014集电极的控制，当外界有一定强度声响，压电陶瓷片在此作为声音传感器，即把声响传到三极管9014，使9014的集电极电压发生变化（电位下降），它和1A2连接，使1A2的电位也下降而且低于阀值使之处于低电位，于是1A的输出端Y变为高电位；暂时忽略光敏电阻LR的作用，假设2A6处于高电位，那么2A的输出端Y处于低电位，于是电源通过电阻R4和二极管4148形成电流回路，由于二极管的箝位作用，使二极管的正极一端也处于低电位（只比负极端高出0.7V）也就是把3A8、3A9、4A12、4A13（它们都并联）全部拉到低电位，而3A、4A的输出端都变为高电位，它们输出的电流把发光二极管LE点亮。

（4）延时电路

但C2下端的低电位是不能持久的，因为它并联着电阻R4， R4的上端连接电源正极，把下端的低电位慢慢拉高，当电位达到和超过阀值，3A、4A翻转——输出端变为的低电位，于是LE熄灭，这就是延时功能；如果没有电容C2（47uF），那么下端的低电位可以很快上升，电容使上升的过程变慢，这就是电路的延时功能。

（5）光控电路

再看光敏电阻LR的作用：当环境有一定亮度时，LR阻值很小，所以2A6处于低电位，不论2A5是什么电位，2A的输出总是高电位，二极管4148因为电压反偏而截止， C2和R4下端始终处于高电位，也就是使3A、4A的四个并联输入端都处于高电位，它们的输出端处于低电位，所以电路在亮环境下不论出现多大强度音响LE都不会发光。

（6）闪烁电路

闪烁是借由NE555p通用时基电路来实现的。

（7）延时电路的时间控制

通过控制滑动电阻的阻值实现了电路延时从一到十间隔为一的递推。
三、元器件的选择

  ic选用cmos数字集成电路cd4011，其里面含有四个独立的与非门电路。内部结构见图3，vss是电源的负极，vdd是电源的正极。可控硅t选用1 a／400v的进口单向可控硅1 00-6型，如负载电流大可选用3a、6a、10a等规格的单向可控硅，单向可控硅的外形如图4所示，它的测量方法是：用r×1档，将红表笔接可控硅的负极，黑表笔接正极(如印制板图所示)，这时表针无读数，然后用黑表笔触一下控制极k，这时表针有读数，黑表笔马上离开控制极k这时表针仍有读数(注意触控制极时正负表笔是始终连接说明该可控硅是完好的。驻极体选用的是一般收录机用的小话筒，它的测量方法是：用r×100档将红表笔接外壳的s、黑表笔接d，这时用口对着驻极体吹气，若表针有摆动说明该驻极体完好，摆动越大灵敏度越高；光敏电阻选用的是625a型，有光照射时电阻为20k以下，无光时电阻值大于100mq，说明该元件是完好的。二极管采用普通的整流二极管1n4001～1n4007。总之，元件的选择可灵活掌握，参数可在一定范围内选用。其它元件按图1所示的标注即可。

四、    制作与安装

准备好全套元件后，用万用表粗略地(因出厂前已测量过)测量一下各元件的质量，做到心中有数。 
    焊接时注意先焊接无极性的阻容元件，电阻采用卧装，电容采用直立装，紧贴电路板，焊接有极性的元件如电解电容、话筒、整流二极管、三极管、单向可控硅等元件时千万不要装反，注意极性的正确，否则电路不能正常工作甚至烧毁元器件

1、 晶体管的安装

各种晶体管在安装时要注意分辨它们的型号、出脚次序和正负极性；要注意防止在安装焊接的过程中对它们造成损伤。小功率的三极管、场效应管和可控硅，封装外形有时完全相同，有些微型封装的器件，表面只能印一、两个标注字，容易混淆，应该尽量与它们的原包装一道拿取，一时用不完的要及时地放回原包装中去。有时即使是同一种型号的器件，由于生产厂家不同、其出脚的次序也有变化，一定要认准其排列不要相互插错。二极管的引出脚也有阴阳极之分，不能插反。

2、 电阻的安装

安装电阻时要注意区分同一电路中阻值相同而功率不同、类型不同的电阻，不要相互插错。小功率电阻大多采用卧式安装，并且要紧贴底板安装，以减少引线形成的分布电感。

3、 电容的安装

瓷片电容安装时要注意其耐压级别和温度系数。铝质电解电容、钽电解电容的正极所接电位一定要高于负极所接，否则将会增大损耗，尤其是铝质电解电容，极性接反工作时将会急剧发热，引起鼓泡、爆炸。

4、 焊接

焊接时烙铁头和焊锡靠近被元器件并认准位置，将烙铁头放在工件上进行加热，将焊锡丝放在工件上，熔化适量的焊锡，在送焊锡过程中，先将焊锡接触烙铁头，然后移动焊锡至与烙铁头相对的位置，这样做有利于焊锡的熔化和热量的传导。此时注意焊锡一定要润湿被焊工件表面和整个焊盘。待焊锡充满焊盘后，迅速拿开焊锡丝。

焊接完成后，检查一下焊点的质量看看有没有是否有错焊、漏焊、虚焊，再用手指触摸元器件有无松动、焊接不牢的现象，用镊子轻轻拨动焊接部或夹住元器件引线，轻轻拉动观察有无松动现象，确保在焊接这道工艺上不出错误。

5、 测试

把连接好的声光控开关和灯泡连上电源，将开关放置在黑暗处，发出声响，电灯被点亮，一会儿，又自动熄灭，开关起效。打开电源开关，二极管持续发光，分别调试延时开关有明显延时间隔。试验成功。

五、    实验总结

通过这次《ee杯 课题设计 》，锻炼了我们实验操作与动手能力，同时也检验了我们以前所学的知识理论扎实。这次《ee杯 课题设计 》，虽然时间短暂，课设难度不大，但这一过程不仅提高了我们个人的动手能力，更增强了我们团队意识，相互配合，动手实践，顺利完成课程设计。的确，收益匪浅！这次课设，最大的感触就是做任何事情都要细心，稍微焊错一个小器件电路就报废。做产品开始的第一件事就是清查元件并把元件分类好。同时，还要考虑合理配置元件，感谢老师的悉心指导，有我们组员的共同努力，才有最后项目的顺利地完成，在这一周时间里，我们提高了我们个人的动手能力，让我们在独立思考解决问题。同时也培养了我们团队精神，在这个分工越来越细的社会，分工合作成了社会的主流，而这次与组员合作正好给了我们这样的机会，以致顺利完成课程设计，同时也让我们知道课设是怎么一回事，要做些什么，怎样做，要注意些什么问题等，也使得我们对以后的毕业设计有所了解和有所准备。

六、    附录

 【一】 参考文献

主要参考资料：

[1]. 《模拟电子技术基础（第四版）》 清华大学电子学教研组 童诗白 华成英主编

【二】 致谢

本课题在进行过程中得到 邱渡裕老师、潘惠青老师、韩涛导生、武鹏德学长及自动化科协诸位学长学姐的的悉心指导。论文行文过程中，武鹏德学长多次帮助我分析思路，开拓视角，在我遇到困难的时候给予我最大的支持和鼓励。邱渡裕老师严谨求实的治学态度，踏实坚韧的工作精神，将使我终生受益。谨向邱渡裕老师、潘惠青老师、韩涛导生、武鹏德学长及自动化科协诸位学长学姐致以诚挚的谢意。

感谢在一起愉快的度过比赛的同学们，正是由于你们的帮助和支持，我们才能克服一个一个的困难和疑惑，直至本文的顺利完成。

                                                              20##年11月28日星期三