声光控制楼道开关设计大学毕设论文.docx
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声光控制楼道开关设计大学毕设论文
榆林职业技术学院神木校区
2012级毕业设计(论文)
题目声光控制楼道开关设计
年级:
学号:
姓名:
专业:
指导教师:
目录
摘要4
第1章绪论5
1.1声光控灯的历史与现状5
1.2声光控制灯的设计方案6
1.3声光控制开关的主要原理6
1.3.1声光控制开关电路功能6
2.1电源电路设计7
2.2延时处理电路设计8
2.2.1定时器8
2.2.2定时器构成的单稳态电路9
2.3声控电路设计10
2.4继电器控制电路设计10
2.5光控制电路设计11
第3章整机电路13
第4章电路方针15
第5章实物设计的调试16
5.1常用电子元器件的安装16
5.1.1IC插座的安装16
5.1.2晶体管的安装16
5.1.3电阻的安装16
5.1.4电容的安装16
5.2焊接17
5.2.1焊接准备17
5.2.2焊接过称17
5.3调试18
5.3.1动态调试18
5.3.2动态调试18
总结19
致谢20
参考文献21
榆林职业技术学院神木校区
毕业设计(论文)任务书
姓名
王阳
专业
机电一体化
班级
13级机电
毕业设计(论文)题目
声光控制楼道开关设计
毕业设计(论文)工作起止时间
地点
毕业设计(论文)的内容:
毕业设计(论文)的要求:
指导教师签名:
摘要
声光控制楼道开关,能自动控制白天开关,夜晚亮灯,人走灯灭。
这里介绍声光控制自动延时开关,综合了声光和延时,工作稳定,节电并延长灯泡寿命。
整个电路由声控电路,延时电路,光控电路,电源电路组成。
220V供交流电压供电,光控电路对外界光亮程度进行检测,输出与亮度程度相对的电压信号。
从而实现白天灯不亮,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,从而实现自动控制,延时电路当声音失后延长一段光照时间。
在白天或光线较强的场合,即使有较大振动声响也能控制灯泡不亮;晚上或光线较暗时遇到声响,振动后自动点亮,并延长一段时间。
声光控制楼道灯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,它具有灵敏,低耗,使用寿命长,节能,体积小,外形美观,制作容易,工作可靠等优点。
关键词声控;延时;光控;光照强度;节能
第1章绪论
1.1声光控灯的历史与现状
科技的进步使电灯的样式,种类以及对灯的控制方式千变万化,随着社会的发展,资源的大量开采,能源在不断的减少,所以我们要建立起节约能源的意识,电能的节约首当其冲,而电灯的使用最为普遍,所以设计一种自动控制灯开关的电路是非常必要的,可行的,声光控制灯开关就是其中的一种。
1.2声光控制灯的设计方案
设计声光控制开关,最起码要考虑三方面的问题,其一是灯泡的开关控制,这是由220V市电供电。
其二是光控制,使其在有光时,即使有声音也不能亮。
其三就是声音控制,在晚上或光线不足时,只要有人经过,发出声音,灯泡就会点亮并延时。
电路由定时电路,声光控电路,电源电路组成。
白天光线较强时,光控部分
将开关自动断开,声控部分不工作。
夜晚光线较暗时,光控部分将开关自动接通,负载电路的通断受控于声控部分,电路是否接通,取决于声音信号强度。
当声音信号强度达到一定程度时,电路自动接通,点亮电灯泡,灯泡开始延时,延时时间到开关自动断开,以此循环动作。
1.3声光控制开关的主要原理
声光控制楼道开关主要利用光学,声学和电子学的原理,即用光敏电阻和声
音传感器将光亮程度和信号转换成电信号,从而推动NE555的Q端输出高电平继
电器吸合使电路正常。
1.3.1声光控制开关电路功能
1.白天不亮;
2.晚上有响声时灯亮,延时几十秒(设成30s)后熄灭;
3.灯泡任意功率。
第2章单元电路设计
2.1电源电路设计
电源电路由变压,整流,滤波,稳压四部分组成,电源电路框图如图2-1
所示。
降压过称是将220V单相交流电压直接输入有一定匝数比的变压器,得到降
压后的电压。
然后将变压器副边的交流电压通过单相桥式整流电路,得到脉动系
数较大的直流电压。
为了减小电压的脉动,将经过整流桥整流后的直流电压通入
由滤波电容构成的滤波电路。
稳压电路有电阻个稳压二极管构成,利用二极管的
稳压特性,使得到不受电网电压波动和负载电阻变化影响的稳定性较高的直流电
压。
2.2延时处理电路设计
2.2.1定时器
定时器的内部电路封装和引脚图组成如图2-3所示。
定时器的内部主要包括两个运放构成的集成电路电压比较器,一个R-S触发器,
一个晶体管和几个电阻。
下面介绍定时器各引脚的连接及功能:
1脚为接地端,也是芯片的公共端;
8脚为电源端Vcc;
3脚为电路的输出端;
7脚为放电端,相当于一个开关;
4脚为电路的复位端,其接地时,输出为低电平,且保持不变,一般将4脚接地
在电源的正极上,电路能正常工作;只要在此输入低电平,输出端立即被置为低
电平,不受其他输入状态影响。
正常工作时接高电平可直接接到电源上。
5脚为比较电压控制端,如果Vcc端没有外加电压时两个比较器的参考电压,由
电源电压经过三个等值电阻分压提供,则在这种情况下,该端可通过电容
(0.01uf)接地,防干扰信号窜入。
如果该端接入外电压Vco时,因此Vco可改
变参考电压值Vr。
2,6脚为两个电压比较器的输入端,一个为反相输入端,一个为同相输入端,
他们输入的信号可以是数字信号也可以是模拟信号,分别与比较器所设置的参考
电压进行比较便于控制输出状态。
同时它们和7脚在电路中的接法决定了工作状
态.
R为置0输入端,当R=0时,定时器的输出OUT为0;当R=1时,定时器具有以下功能:
1.当高触发端TH>2/3Vcc,且低触发端TR>1/3Vcc时,比较器C1输出为低电平;C1输出的低电平将RS触发器置为0状态,即Q=0,使得定时器的输出OUT为0,同时放电管VT导通。
2.当地触发端TR<1/3Vcc,且高出发端TH<2//3Vcc时,比较器C2输出为低电平;
C2输出的低电平将RS触发器置为1状态,即Q=1,使得定时器的输出OUT为1,同时放电管VT截止。
3.当TH<2/3Vcc,TR>1/3Vcc时,定时期的输出OUT和放电管VT的状态保存不变。
根据分析,可以得出定时器的功能表,如表2-1所示。
2.2.2定时器构成的单稳态电路
将抵触发端TR作为触发信号u1的输入端,再将高触发端TH和放电管输出端D接在一起,并与定时元件R,C连接,则可以构成一个单稳态触发器。
具体电路及工作波形。
当触发脉冲u1下降沿到来时,由于TR<1/3Vcc,而TH=Uc=0,从定时器的功能表不难看出,输出端OUT为高电平,电路进入暂稳态,此时放电管VT截止。
由于VT截止,Vcc则通过R对C充电,当=Uc≥2/3Vcc时,输出端OUT跳变为低电平,电路自动返回稳态,此时放电管VT导通,电路返回稳态后,C通过导通的放电管VT放电,使电路迅速恢复到初始状态。
可以算出,输出脉冲的宽度Tw=1.1RC。
所谓光控制就是利用光敏三极管对不同光照呈现的阻抗不同,从而对NE定
时器的进行高低电平控制,使定时器等待触发状态或处于强制复位状态。
白天,亮度较强时,当有足够的光通量照射在光敏电阻上时,其电阻值突然降得很低,既光敏电阻两边的电压就变小,Q6基极电流大于集电极电流,从而工作于饱和导通状态,集电极与发射极短路,定时器呈低电平,使定时器强制复位状态,Q端不输出高电平,继电器不吸合电灯不亮。
夜晚,亮度较暗时,在黑暗状态下光敏电阻RV1呈高阻态,阻值≥100KΩ,电路通过光敏电阻RV1形成低电平,不能使Q6饱和导通,Q6工作于截止状态,集电极与发射极断路,定时器呈高电平,定时器触发处于单稳态触发状态。
电灯点亮的时间即单稳态电路触发后高电平持续的时间,它取决于单稳态电路的时间常数,其大小为:
Tw≈1.1×470k×47uf≈30s
经计算,电路的的单稳态时间为30s,即电灯点亮后30s熄灭。
2.3声控电路设计
驻极体话筒属于电容式话筒的一种,它是在电容器金属极板之间加上一层驻
极体薄膜,作为电介质。
当薄膜受声波作用而振动时,就引起电容量的变化,
并在机板间产生电荷。
如果施以直流电源电压,即可输出音频信号,实现声一电
转换。
本电路的信号放大部分主要采用由多级三极管组成的谐振放大电路,其电路原理
图
拾音器采用电压蜂鸣器HTD35-14,当有音响作用到压点陶瓷片上时,声震导致的绕曲变形就会产生相应的点效应。
当话筒感应到声音时,就马上把声音信
号转换成电信号,电信号直接经过C1耦合,再由Q1,Q2构成的直藕式音频放大
器进行放大。
电信号此时从Q2的集电极出来经过二极管D1导通流向Q3基极。
此时,Q3工作于饱和导通状态,集电极输出低电平去触发单稳态电路。
2.4继电器控制电路设计
继电器是一种电子控制器件,它具有控制系统和被控制系统,通常应用于自
动控制电路中,它实际上是用较大电流的一种“自动开关”。
故在电路中起着自
动调节,安全保护,转换电路等作用。
电磁继电器的工作原理和特性:
电磁式继电器一般由铁芯,线圈,衔铁,触电簧片等组成的。
只要在线圈两端加
上一定的电压,线圈中就会流过一定的电流,从而产生电磁效应,衔铁就会在电
磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯,从而带动衔铁的动触点与静触
点吸合。
当线圈断电后,电磁的吸力也随之消失,衔铁就会在弹簧的反作用力返
回原来的位置,使动触点与原来的静触点吸合。
这样吸合,释放,从而达到了在
电路中的导通,切断的目的。
对于继电器的“常开,常闭”触电,可以这样来区
分:
继电器线圈未通电时处于状态的静触点,称为“常开触电”;处于接通状态
的静触点称为“常闭触电”。
Q端输出高电平,继电器吸合,L2发光;Q端出低电平,继电器断开,L2
不发光。
继电器控制电路如图
2.5光控制电路设计
在光线较暗时,光敏电阻呈高阻态;在光线较亮时,光敏电阻呈低阻态;光
敏电阻通常都工作于直流或低频状态下。
光控电路由光敏电阻器RV1,电阻R8,
R9和Q6组成。
如图2-9所示。
在黑暗状态下光敏电阻RV1呈高阻态,电路通过光敏电阻RV1形成低电平,不能使Q6饱和导通。
当时时有声音信号时,经过声音信号转换为电信号后放大使后级电路工作。
在白天,有足够的光照射在光敏电阻上时,其电阻值突然降得很低,既光敏电阻两边的电压就很低,Q6基极电流大于集电极电流,从而工作于饱和导通状态,集电极与发射极短路,4脚呈低电平,使处于强制复位状态,Q端不
输出高电平,继电器不吸合电灯不亮。
第3章整机电路
通过对电源电路,延时电路,声音信号处理电路,继电器控制电路以及控制电路
的设计与分析。
整机电路原理图如图
D3,D4,D5,D6四个二极管构成桥式整流电路,它利用二极管的单向导电特性将
220V的交流电转换成脉动的直流电;C8,C9为电容滤波,它将整流后的脉动成
分滤掉,使之变成比较平滑的直流电:
U2,C3,C4组成的三端固定式稳压器,
稳压后输出稳定的+5V直流电压,当话筒感应到声音时,就马上把声音信号转换
成电信号,电信号直接经过C1耦合,再由Q1,Q2构成的直藕式音频放大器
放大。
电信号此时从Q2的集电极出来经过二极管D1导通流向Q3基极。
此时,
Q3工作于饱和导通状态,集电极输出低电平去触发单稳态电路。
白天,亮度较强时,当有足够的光通量照射在光敏电阻上时,其电阻值突然
降得很低,既光敏电阻两边的电压就变小,Q6基极电流大于集电极电流,从工
作于饱和导通状态,集电极与发射级短路,NE555的4脚呈低电平,使5555处
于强制复位状态,Q端不输出高电平,继电器不吸合电灯不亮。
夜晚,亮度较暗时,在黑暗状态下光敏电阻RV1呈高阻态,阻值≥100KΩ,
电路通过光敏电阻RV1形成低电平,不能使Q6工作于截止状态,集电极与发
射极断路,NE555的4脚呈高电平,NE555触发器处于单稳态触发状态。
此时
当话筒感应到声音时,就马上把声音信号转换成电信号,电信号直接经过C1耦
合,再由Q1,Q2构成的直藕式音频放大器进行放大。
电信号此时从Q2的集电
极出来经过二极管D1,Q2构成的直藕式音频放大器进行放大。
电信号此时从
Q2的集电极出来经过二极管D1导通流向Q3基极。
Q3工作于饱和导通状态,
以触发定时器的2脚。
2脚接受到触发信号而使定时器翻转置位,3脚输出高电
平,继电器线圈中就会流过一定的电流,从而产生电磁效应,街铁就会在电磁力
吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯,从而带动街铁的动触点与静触点吸
合。
灯泡L2发光。
图片电路的单稳态延时时间为30s,即电灯点亮30s就熄灭,
等待下一次信号的触发。
第4章电路方针
一个应用系统,要完成各项功能,首先必须有较完善的硬件作保证。
同时
还必须得到相应设计合理软件的支持,本设计方针软件对硬件部分进行仿真。
首
先绘制仿真图。
经过仿真测试,本设计成功实现了任务需求。
仿真的目的是测试灯开关在
不同光照强度及有无声音状态下的工作情况,测试结果如表4-1
表4-1仿真测试结果
光照强度
有无生源
灯的工作状态
强(白天)
有
灯不亮
强(白天)
无
灯不亮
弱(夜晚)
有
灯亮(待声源消失后灯持续亮30s)
弱(夜晚)
无
灯不亮(但有声源时灯亮,声源消失后持续亮30s)
第5章实物设计的调试
5.1常用电子元器件的安装
电路板上元器件的安装次序应该以前道工序为原则,一般是先装低矮的小功率卧式元器件,然后装立式元器件和大功率卧式元器件,再装可变元器件,易损元器件,最后装袋散热器的元器件和特殊元器件。
5.1.1IC插座的安装
尽管插座本身在电气上并无极性可言,但错误的安装方向将对以后IC的插入形成误导。
另外特别要注意每个引脚的焊接质量,因为IC插座的引脚的可焊性差,容易出现虚焊,焊接时可以适当采用活性较强的焊剂,焊后应加强清洗。
5.1.2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,场效应管和继电器,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级之分,不能插反。
5.1.3电阻的安装
安装电阻时要注意区分同意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。
5.1.4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。
5.2焊接
焊接,是用加热的方式使两件金属物体结合起来。
如果在焊接的过程中需要溶入第三种物质,则称之为“钎焊”,所加熔上去的第三种物质称为“焊料”。
按焊料熔点的高低又将钎焊分为“硬钎焊”,通常以450度为界,低于450度的称为“软钎焊”。
电子产品安装工艺中的所谓“焊接”就是软钎焊的一种,主要用锡,铅等低熔点合金做焊料。
当一个合格的焊接过程完成后,在这两个界面上都必定会形成良好的扩散层。
要形成扩散层,必须满足以下几个条件:
1.两金属表面能充分接触,中间没有杂质隔离。
2.温度足够高。
3.时间足够长。
5.2.1焊接准备
焊接开始前必须清理工作台面,准备好焊接,焊剂和镊子等必备的工具。
更重要的是要准备好电烙铁。
准备好电烙铁不仅是要选好一只功率合适的电烙铁,而且是说要调整好电烙铁的工作温度。
不可让温度过高,否则烙铁头就会被烧死。
烙铁头一旦烧死就必须锉掉表面重新上锡,这对于长寿烙铁头来说就是致命的损伤了。
必须注意调节电烙铁的工作温度,使其大约维持在300度左右。
5.2.2焊接过称
1.元器件引出脚的上锡
即将元器件引出脚及焊片,焊盘等被焊物分别地预先用烙铁搪上一层焊锡。
这样可以基本保证不出现虚焊。
在焊接操作中,一定要养成将元器件预先上锡的进行表面的清洁处理,手工焊接时一般采用刮削的办法处理。
刮削时必须注意做到全面,均匀。
尤其是处理那些小直径线头时,不能在刮削的起始留下伤痕。
较粗的引脚可以在粗糙的工作台板的边缘上边转边刮,细线头则应该夹在刀片和手指之间进行。
焊接的操作手法
手工焊接有两种基本手法:
一种是用实芯焊锡条时的手法,一种是使用松香焊锡丝做焊料时的手法。
操作要领是:
始终带着焊剂液膜操作,让焊锡在凝固以前总是处于晶莹发亮的状态。
因为焊锡液滴变哑色就说明表面一层已经氧化,已经不是金属,在焊接温度下不会溶解,隔着这层固体杂质,金属间的浸润,扩散将无法进行。
两种焊接手法的基本要求是一致的,就是要在尽量短的时间里得到一个有着完美合金层的真焊点。
实际操作时在第二种手法中往往掺和着第一种手法。
焊接的质量检修
检修焊接质量有多种方法,比较先进的方法是用仪器进行。
而在通常条件下,则
采用观察外观和用烙铁重焊的方法来检验。
(1)外观观察检验法
一个焊点的焊接质量最主要的是要看它是否为虚焊,其次才是外观。
一个良好的焊接点其表面应该光洁,明亮,不得有拉尖,起皱,鼓气泡,夹渣,出现麻点等现象;其焊料到被焊金属的过渡处应呈现圆滑流畅的浸润状凹曲面。
带松香重焊检验法
带松香重焊是最可靠的检验方法,同时多用此法还可以积累经验,提高用观察法检查焊点的准确性。
5.3调试
由于元器件特性参数的分散性,装配工艺的影响以及其他如元器件缺陷和干扰等各种因素的影响,使用安装完毕的电子电路不能够达到设计要求的性能指标,需要通过调整和试验来发现,纠正,弥补,使其达到预期的功能和技术指标,这就是电子电路的调试。
5.3.1动态调试
所谓静态调试即在电路末加输入信号的直流工作状态下测试扣调整其静态工作点和静态技术性能指标。
5.3.2动态调试
所谓动态调试即对电子电路输入适当信号的工作状态下测试和调整其动态指标。
动态调试是在静态调的基础上进行的。
调试的关键是善于对实测的数据,波形和现象进行分析和判断,发现电路中存在的问题和异常现象,并采取有效措施进行处理,使电路技术性能满足预定要求。
这需要具备一定的理论知识和调试经验。
调试的方法是在电路的输入端适当频率和幅值的信号,并循着信号的流向琢级检测各有关点的波形,参数和性能指标。
发现故障现象,应采取不同的方法缩小故障范围,最后设法排除故障。
因为电子电路的各项指标互相影响,实际情况错综复杂,出现的问题多种多样,处理的方法也是灵活多变的。
总结
我设计的题目是声光控制楼道开关,设计初不知如何下手,经过广泛查阅资料和马老师的精心指导,我掌握了各部分电路的功能,独立完成了一个简单声光控制楼道开关的设计,虽然设计的简单,但简洁清晰易懂,其中声控电路,光控电路,延时电路是本设计的核心部分。
在设计基本完成后,我体会到在实践中学习的重要性,对于将来我走上工作岗位具有十分重要意义。
由于前期工作不彻底,对所设计的需求分析的要求认识不够清楚,体会到在设计中每一步的重要性,如果上一个步骤不能很好的完成,在后续的设计将会付出百陪的代价。
在整个设计阶段我感受最为深刻的是掌握学习的方式和解决问题的方法。
首先是了解问题的方式,其次就是解决问题的方法,在设计过程中,我深刻体会到了这一点的重要性,在今后的学习和研究中我也会继续将这种方法延续下去。
通过这次毕业设计不仅让我巩固和加深了以前所学的知识,加深了对模拟数字电路的理解,对元器件的使用,同时也让我发现了自身的不足。
学习不能只学表面的,很多知识需要我们深入理解的。
学习也不只是一时的,知识的日新月异需要我们长期的坚持和日积月累。
技术只是一方面,更多的我是学会了利用资源。
“时间作为一种最宝贵的资源”,让我在设计中体会观察。
由于在这设计过程中有很多事情要做,所以时间显得特别紧张。
但我制定了论文写作计划。
当然,我要付出比别人更多的时间和精力,因为我专业课学的不是很精。
本次设计虽然在磕磕绊绊中完成了,但学习过程中暴露出我的不足,同时,我也看到了方向,大学生活的结束并不代表对知识追求的结束,相反这仅仅是学习的开始。
差距激励人进步,我想在今后的生活学习中我会更好的充实自己的,向着自己希望的方向努力飞翔。
致谢
时光过得真快,转眼间即将毕业,即将离开这读了三年的大学,经过大学三年的学习,我学到了许多知识,同时也从中明白了许多道理。
在毕业前的这段日子里,为了对大学三年来自己学习成果进行验证,我在同学与老师的帮助下圆满的完成了这份毕业设计,在这次毕业设计中,我学到了许多的知识,并且也认识到了自己的不足之处。
在这里,我首先向我得指导老师马老师致以深深的谢意,马老师平日里工作繁忙,但是在我做毕业设计遇到困难请教他的时候,他总是给予我悉心的指导和帮助。
马老师细心的指导我论文写作,耐心的帮助我楼道开关系统过程中遇到的种种问题,可以说,没有马老师的悉心的指导和帮助,我是不可能顺利完成我的毕业设计的。
其次,我要感谢我的同学,在我毕业设计期间,他们细心的帮我收集资料,并且帮我检查设计中的不足,及时给我建议,在我遇到困难的时候,帮助我一起解决困难。
在整个毕业过程中,无论老师还是同学都给予了我极大关心和帮助,并对我的毕业设计进行了悉心的指导,马老师定期检查我的设计进度,对于设计中出现的问题都给我及时纠正正是由于他的耐心的指导,使我顺利的完成了整个设计。
从他的身上我不仅学到了设计的思想,还学到了严谨的学风和敬业的精神。
我感谢大学三年来所有教过我的榆林职业技术学院的老师们,是他们传授了我们专业知识。
使我在整个毕业过程中能顺利完成毕业论文,在此向他们致以深深的谢意!
最后,衷心感谢每一位我成长中关心过我,爱护过我的人,谢谢大家对我的帮助与支持,谢谢大家!
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