X X 学 院 

 课程设计说明书（论文）

课程设计题目：声光控制开关电路

学生姓名：XXX

学   号：XXX

院   系：XX学院

专业班级：

指导教师姓名及职称：

起止时间：

一、课题名称：声光控制开关电路

二、内容摘要：

        本实验通过设计一个电路来控制电灯，使得电灯在光线强的时候不会亮；在光线暗时，又有声音的情况下，电灯会正常工作。设计原理图包括了在DXP2004上绘制出原理图（包括了识别元件、连线、对元件命名等）、制作原理图元件库（包括绘制原理图元件、从元件库复制元件到原理图元件库等）、制作PCB图（包括将原理图转为PCB图、对各元件定位、布线、覆铜等）、制作PCB元件库（包括绘制PCB元件等）。识别现实中的元件（懂得读取标元件上的数字所示值、判别正负极、判别三极管等）、动手焊接万用板和声光控制电路板。

三、设计内容及要求：

1.内容

用声与光控制路灯，白天光线强，路灯不亮，只有光线暗时，通过声音触发路灯亮，并且灯点亮一定时间后，自动熄灭。

2.主要要求

（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。

（4）带负载能力要强。被控灯的功率不尽相同，因此要求控制电路的一定范围的驱动能力。

（5）触发延时时间要能按要求调节。延时时间至少在1分钟内可以调节。

四、比较和选定设计的系统方案，画出系统框图：

如图 1 所示，全波整流电路将交流 220V 电压变为约 200V 的直流电压，为 后面的控制电路供电，例如桥式整流电路；受控开关受触发延时电路输出信号的 控制，从而控制加于灯上的交流电压，达到控制开关灯的目的。例如可控硅，继电器触头等；降压滤波电路将输出的直流200V电压进行降压后滤波，从而为其 后的电路提供平滑直流工作电压，如电阻降压，电容滤波；声光控制元件将声光控制信息变成电信号，为放大触发延时电路提供输入控制信号，例如，驻极体话 筒和蜂鸣器等声控元件，光敏二极管和光敏电阻等光控元件；放大电路将较微弱 的声光控制信号进行放大，以推动触发延时电路工作，例如各种放大电路；触发 延时电路将放大电路输出的电压去推动触发延时电路工作，控制受控开关的闭合，达到控制灯亮时间长短的目的，实现声光控制功能。

五、单元电路设计、参数计算和元器件选择说明：

六、画出完整的电路图，并说明电路的工作原理：

       PCB版图

图2 电路原理图

电路原理如图2所示，D1-D4组成桥式整流电路，将220V交流电压变成200V左右的直流电压后，经R1降压，C1滤波得到约5V的直流电压，供U1（CMOS）门和MU1等工作使用。R3为MU1提供偏置电压，R4使 U1A 工作于放大状态，由于U1A与U1B直接相连，所以U1B也处于放大状态，C2和C3为耦合电容。R5、R6和R9对U1B输出的信号进行分压，以触发U1C、U1D、U1E和U1F工作，D5对C4单向充电，R7、C4决定延时时间，R8和C5使U1F翻转果断。单向可控硅受U1F输出电平的触发控制，R2为限流保护电阻。

白天，光线明亮，光敏电阻R9的阻值较小，U1C输入端的电位很低，即使MIC 送来的声音电信号经过两级放大后也不足以使U1C输入端为高电平，经U1C、U1D、U1E、U1F的传输处理后，U1F的输出端为低电平，可控硅V1的栅级G得不到触发电压，关断不工作，灯不亮。

晚上，光线暗淡，电阻R9的阻值较大，但R6的存在，U1C输入端对地的电阻值使其输入端的电位为低电平范围的某一固定值。由MIC送来的声音电信号经过两级放大，与U1C输入端固定电平相迭加后，使U1C的输入端出现高电平，经过U1C、U1D、U1E、U1F的处理后，U1F的输出端为高电平，可控硅触发极G 得到高电平触发电压，而导通工作，灯亮。此时输出的高电平迅速通过D5对C4充电，达到某一高电平值，保持U1E的输入端为高电平，使U1F的输入为低电平，输出为高电平，给可控硅控制极以导通所需的高电平，期间可控硅继续导通，保持灯亮。之后C4通过R7放电，由于R7的阻值较大，放电速度慢，以致U1E输入端能够维持一定时间的高电平，U1F输出维持可控硅导通所需的触发电平，从而保持灯亮一定的时间，时间的长短可以由C4和R7的乘积调节。MIC为驻极体话筒，4069为六反相器，R6用于调节灵敏度，R7用于调节延时时间的长短。可控硅CR3AM可以用NEC2P4M、BT169、BT148代换。

七、组装调试（软硬件）的内容。

1.测试与调试前的准备工作

（1）电阻R6焊接在印刷板的背面，不要正面焊接，以便调试灵敏度；

（2）4069 集成块先不插入集成块座上；

（3）准备一小块黑布；

（4）焊接好其它元件。

2.有关电压测试

（1）灯与控制电路一块接上220V电源，如原理图示；

（2）用直流250V档测量 R1两端的电压，大小应在175V左右，C1两端电

压应为 25V 左右，否则电路不正常；

（3）断电后插上4069集成块，再通电测C1两端大小应为+5V 左右，否则电路不正常；

（4）用小块黑布盖住R9光敏电阻，拍手发声音，使灯亮，再测C1两端电压应为1.8V左右则正常，否则不正常；

（5）移开黑布，用直流+5V档在线测U1A的输出电位（即2脚对地7脚的电位）同时，对着驻极体话筒拍手发声音，此时万用表指针会有一定角度的摆幅，否则电路有问题。

3.灵敏度的调节

（1）盖住光敏电阻R9，使之不被光照射；

（2）整个电路接上220V交流电源；

（3）调试R6阻值的大小，使有适当的声音，就能够触发灯亮；

（4）确定R6的阻值大小后，正面插入焊接好R6。

八、总结设计电路和方案的优缺点，指出课题的核心及实用价值，提出改进、意见和展望：

1.设计电路和方案的优缺点

（1）优点：本实验的设计电路是比较简单的声光控制电路，电路中的元件没有很复杂的元件，都是日常生活中比较常见到的元件，这有利于与我们学生的理解与接受，更容易明白电路的工作原理，使我们对本次实验的理解更加深刻；本实验的设计方案是先上理论课，再通过DXP2004来设计电路图，再由我们自己亲手焊接电路板。使用DXP2004使计电路图更加的容易、方便我们操作，也方便我们将学习带回宿舍，用宿舍的电脑进行学习；在焊接声光控制电路板前让我们懂得识别元件、焊接万用板使我们的焊接技术熟练，使我们在焊接声光控制电路板更加容易上手，也大大提高我们学生焊接电路的准确度。老师在上课的讲解很详细也很到位，老师所给予的资料也很详尽，使得我们学生在理解和自己动手操作的时候都更加容易和轻松。

（2）缺点：本人认为本实验的设计电路没有什么明显的缺点；设计方案在进行原理图电脑设计的时候，没有给出相应的实物参考，这不利于我们学生加深对原理图的元件和现实中的元件联系到一块；焊接的注意事项应该写在黑板时刻提醒我们学生，而不是老师讲一遍而过，这很容易导致学生犯错。

2.课题的核心和实用价值

本课题核心是关于声光控制电路的设计和制作成电路板，电路是通过多个电阻、电容和二极管等元件构成。其作用主要是电路中的光敏电阻在感受光强度的同时通过麦克风接收声音，使得电路可以达到在光线强的时候，无论有没声音电路中的电灯都不会正常工作；而当外界的光线强度暗时，有声音就可以触发电路中的电灯正常工作的目的。本课题的核心除了明白声光控制电路的工作原理之外，还有我们懂得操作DXP2004这款软件，懂得使用这款软件设计电路，这包括绘制出原理图（包括了识别元件、连线、对元件命名等）、制作原理图元件库（包括绘制原理图元件、从元件库复制元件到原理图元件库等）、制作PCB图（包括将原理图转为PCB图、对各元件定位、布线、覆铜等）、制作PCB元件库（包括绘制PCB元件等）等。除此之外，本课题的核心还包括了基本的焊接技术，通过焊接万用板来基本掌握焊接的基本技术，再进行焊接声光控制电路板来了解焊接电路板的过程和操作方法。在焊接过程中也要求作为学生的我们队现实生活中的元件有一定能力的辨别，能够读取元件所示的数字所表示的值的大小、分清元件的正负极、辨别三极管的的类型和三极管的b、c、e极等。

本课题的实用价值无需置疑。首先，我们设计焊接的声光控制电路板能够实现电灯的自动发亮、节能节电、延长电灯的寿命，这十分贴近我们的实际生活。声光控制电路不需要开关，只要能见度较低(即光线较暗）、有声音（如人的脚步声）即可触发电灯正常工作，当声音消失后一定时间电灯又会熄灭；当能见度较高（光线充足），无论多大的声音都无法触发电灯工作。我们可以将声光控制开关广泛应用在校园的道路、走廊、楼梯口等地方。声光控制开关将声音和光转化为电信号来控制电灯的工作状态，在现实生活中有着很大的实用价值；其次，基本掌握了DXP2004的操作，对于以后设计电路的原理图和讲原理图转化为PCB图有着现实的意义，对日后的电路板制作做好了基本的铺垫；最后，最有实用价值的莫过于自己亲自动手焊接电路板，自己亲手焊接一次电路板后，我基本了解制作一块电路板的基本流程（擦铜、贴电路纸、腐蚀腐蚀铜板、钻孔、安装元件、焊接、测试等），这不仅仅让我们懂得了焊接电路，也大大的提高了我们的动手能力。让我们学到一门手艺的同时也可以让我们的综合能力提高，所以说，本课题的实用价值无需多说。

3.在学习DXP2004的过程中，老师扩展了不少讲义上没有的内容，但是老师讲得太快，导致老师扩展的内容往往只能在上课的时候记住，下课就很快忘记了；还有万用板的焊接太多了点。希望老师讲课可以慢点。老师在制作电路板的时候，一堆同学围着，实在很难看到老师操作。希望老师以后可以用多媒体投影仪在我们面前演示一遍，再让我们自己动手制作。也希望学校以后多开设又可以学习理论，也可以提高动手能力的课程。

九、列出系统需要的元器件：

9 个电阻 R1-R9，

4 个 1N4007 二极管 D1-D4，

   1 个 1N4148 二极管 D5，

3 个电解电容 C1、C4 和 C5，

2 个瓷片电容 C2-C3，

1 个单向可控硅SCR，

1 个传声头MIC，

1 个灯泡Lamp，

1 个芯片 4069ICD

十、收获、体会：

通过对本课题的学习和对电子电路板的设计与制作，我基本学会用DXP2004设计和制作原理图、原理图元件库、PCB图、PCB元件库等；我还学会我基本的焊接技术、自己亲自动手制作了一块声光控制电路板，基本懂得了制作一块电路板的基本流程；这使我深深的体会到自己动手的不容易，凡事看起来简单，动手做起来难，所以我以后要更多的动手操作，自己动手去学习，在实践中学习，将学习到的只是运用到实践。我也希望学校方面可以开设更多这样的课程。

十一、参考文献：

1 周永明.一种性能优良的路灯声光控制电路[J].南方冶金学院学报，20##年第二期

2 陈尔绍等 编著《实用声光控制电子装置制作精选200例》.人民邮电出版社，1995年8月

第二篇：水位控制电路设计报告

水位控制电路设计

一、设计任务与要求

1、控制器能准确测量出水箱内的水位。

2、水位过低时控制器讲导通水泵自动供水，水位达到一定程度时便自动停止供水。

二、方案设计与论证

设五个水位分别为：最低水位、水箱1/3处，水箱1/2处、水箱3/4处、最高水位。五个发光二极管分别对应以上不同的水位。在水箱中插入一根绝缘棒，在绝缘棒对应位置上按上五个电极，拉出五根导线连在发光二极管上，并提供电源。若水位满过探头电极，利用不纯净水导电这一性质，电路导通，对应的发光二极管亮。利用水位是否满过电极控制水泵工作，实现自动供水功能。设水箱1/2处为水位下限点A，设水箱最高水位为上限B，当水位高于B点时，利用设计电路使水泵不导通，当水位低于B点时，水泵通过设计电路导通工作。导通关断工作可利用继电器、三极管等元件进行。

方案一、

本电路用一块555时基电路和少量外围元件，依靠电平变化来触发翻转使J吸合或释放控制电机工作。当水位低于B点时，Ic(555)②、⑥脚电压小于1／3Vcc③脚为高电平，J吸合抽水机工作。当水位升至a点时，②、⑥脚为高电平，③脚为低电平，J释放抽水停止，在此由R1使水位保持在A、B两点之间。重要部位就是A、B两接点。为了防止氧化，我用炭棒作接点材料。要使这两点悬空离池边3～10cm，c点用螺栓固定在水泵或水管任一部位。

方案二、

在水箱绝缘棒最低水位处设一个C点，C点连接电源。当水位低于A点或者在A、B之间的时候，利用与非门、三极管和继电器接通水泵，当水位处于B点时，A、B进入与非门，与非门输出为高电平，通过继电器导通水泵。

方案二容易成功，我们选择了方案二

三、单元设计电路与参数计算

一、电路与参数计算

图1是控制器电路图，在水箱中有两只检测探头"A"和"B"，其中"A"是下限水位探头，"B"是上限水位探头，12V直流电源接到探头"C"，它是水箱中储存水的最低水位。

下限水位探头"A"连接到晶体管T1(BC547)的基极，其集电极连到12V电源，发射极连到继电器RL1，继电器RL l接入与非门N3第○13脚。同样，上限水位探头"B"接到晶体管T2的基极(BC547)，其集电极连到12V电源，发射极经电阻R3接地，并接入与非门N1第①、②脚，与非门N2的输出第④脚和与非门N3的第○12脚相连，N3第①脚输出端接到N2第⑥脚输入端，并经电阻R4与晶体管T3的基极相连，与晶体管T3发射极相连的继电器RL2用来驱动电动机M。

当水箱向水位在探头A以下，晶体管T1与T2均不导通，N3输出高电平，晶体管T3导通，使继电器RL2有电流通过而动作，因而电动机工作，开始将水抽入水箱。当水箱的水位在探头A以上、探头B以下时，水箱中的水给晶体管T1提供了基极电压，使T1导通，继电器RLl得电吸合N3第○13 脚为高电平，由于晶体管T2并无基极电压，而处于截止状态，N1第①、②脚输入为低电平，第③脚输出则为高电平，而N2第⑥脚输入端仍为高电平，因而N2第④脚输出则为低电平，最终N3第11脚输出为高电平，电动机继续将水抽入水箱。

当水箱的水位超过上限水位B时，晶体管T1仍得到基极电压，继电器RLl吸合。N3第○13脚仍为高电平，同时，水箱中的水也给晶体管T2提供基极电压使其导通，Nl第①、②脚输入端为高电平，第③脚输出端为低电平，N2第④脚输出端为高电平，N3第○11脚第终输出低电平，使T3截止，电动机停止抽水。

若水位下降低于探头B但高于探头A，水箱中的水依然供给晶体管T1的基极电压，继电器RLl继续吸合，使N3第○13脚仍为高电平，但晶体管T2不导通，N1第①、②脚输入端为低电平，其第③脚输出端为高电平，N2第⑥脚为低电平，则N2第④脚输出为高电平，最终N3第○11脚输出端继续保持低电平，电动机仍停止工作。若水位降到探头A以下，晶体管T1与T2均不导通，与非门N3输出高电平，驱动继电器RL2，电动机又开始将水抽入水箱。 

图2为指示器／监控器电路图，共有五个发光二极管，如果发光二极管全部亮，表示水箱中的水已充满。12V电源送到水箱底部的水中，晶体管(T3～T7)只要得到基极电压，就会导通并点亮相应的发光二极管(LED5~LEDl)。当水箱中的水到达最低水位C时，晶体管T7导通，LEDl点亮；当水位上升到水箱的1／4时，晶体管T6导通，LEDl与LED2点亮；当水位升到水箱的一半时，晶体管T5导通，则LEDl、LED2和LED3点亮；当水位升到水箱的3／4时，晶体管T4导通，则LEDl～LED4均点亮；当水箱的水充满，晶体管T3导通，五个发光二极管全亮。因此从发光二极管点亮的状态，就能知道水箱中的水位发光二极管与水箱中的水位对应关系如附表所示。

其中电源为直流12V，保护电阻一律选用1K  。

四、仿真结果

五、原理及元件清单

1、总原理图

2、PCB电路板

3、元件清单

六、安装与调试

因为电路较简单，且只需一片CD4011集成电路，不需要调试即可使用。

七、性能测试与分析

八、结论与心得

九、参考文献