声光控制楼道开关最全毕业设计论文.doc-资料库

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目录摘要………………………………………………………………..2 引言………………………………………………………………..2 第 1 章设计流程 ………………………………………………………………..3 第 2 章电源模块 ………………………………………………………………..5 2.1 电源电路的设计 ……………………………………………………….5 2.1 电源电路的工作原理及相关参数的分析……………………………...5 2.3 电源电路的其他设计…………………………………………………...7 第 3 章信号收集模块…………………………………………………………..9 3.1 光信号收集电路………………………………………………………...9 3.1.1 光信号电路的设计……………………………………………………9 3.1.2 光信号电路的工作原理相关参数的分析…………………………...10 3.2 声音信号收集电路.…………………………………………………….10 第 4 章信号处理模块………………………………………………………….12 4.1 芯片 TC4081BP 的介绍………………………………………………..12 4.2 芯片 TC4081BP 的工作原理…………………………………………..12. 第 5 章延时模块………………………………………………………………...14 5.1 延时电路的设计……………………………………………………….14 5.2 延时电路的工作原理………………………………………………….14 5.3 RC 电路的放电过程…………………………………………………….15 5.4 RC 电路的时间常数……………………………………………………15 5.5 延时时间的可优化性……………..........................................................16 第 6 章被控制模块……………………………………………………………...17 6.1 被控制电路的设计………………………………………………….….17 6.2 被控制电路相关参数的分析…………………………………………..18 总结………………………………………………………………………………...22 致谢……………………………………………………………………………..….22 参考文献…………………………………………………………………………...24 附录……………………………………………………………………………...…25 1

摘要声光双控延时开光不仅适用于住宅区的楼道，而且也适用于工厂、办公室、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，而且降低能耗，节约能源，注重环保是当今世界的主潮流。此外，它在一定的场所使用还可起防盗作用。它是公共场所照明开关的理想选择，被人们誉为“长明灯的克星”。本次设计的是一个灵敏度较高的声光控制开关，行人只要拍个巴掌就能电路触发。本电路仅使用一只 CMOS 门电路 TC4081BP、一个 CRZ2-113F 型小型驻极体式电容话筒、一个 CdS 型光敏电阻器以及若干电阻、电容配合就能将电路触发，使其导通，将电灯打开。它不需要发送关闭信号，由电路自身的延时电路将灯关闭。当灯被打开后，延时电路延时约 25s 后将灯自动关闭。该电路还具有自动光控作用，在白天由光敏电阻器控制着电路。即使受到声音信号的触发，开关也不会打开。在此电路的设计中，要注意三点，第一是要合理设计三极管的静态工作点，使之处于饱和或截止两状态；第二要调节好电位器，从而使声控开关和光敏电阻具有良好的灵敏度；第三要合理设定延时 RC，实际和理论延时时间总会有差距的。关键词：声光双控延时节电开光引言近年来，城市居民住宅越来越趋向高层化。高层建筑的一个不可忽略的问题是楼道等公用部分的照明问题。楼道照明灯如果能做到随手关灯，将是一个极大的能源消耗，以一栋六单元十二层楼房为例：每层安装一只 15 瓦的灯泡，就是 72 只灯泡，每小时耗电 1.08 度。如果这些灯彻夜通明，一晚耗电 10 多度，一年就是 4000 多度。一般住户在开灯后往往忘了或不愿意再费事去专门关灯。感应式楼道照明开关是解决这个问题的一种简单方法。它可以在开灯后一定时间内自动熄灭。在白天，即使有人走过，楼道等也不会亮，可以达到节能的目的。声光双控延时开关体积小，外形美光，制作容易，且节能环保，是当今世界的主潮流。由于今年我国的照明器材行业的迅速崛起，中国已经成为电光源产品的主要输出国之一。随着全球经济一体化，发达国家产业调整的步伐进一步加快，一般照明电器产品生产大量向发展中国家转移，而中国又是一个比较适合的国家，一是中国具备生产这些产品的条件，而是劳动力成本比较低，从而使中国逐步成为照明电器产品出口大国。展望未来的国内市场，需求仍会呈逐年增长趋势。因此我设计一个声光双控延时开关来解决此浪费问题。夜晚，行人经过楼道出入口时，照明灯点亮 25s 后熄灭；白天，照明灯自动停止工作。 2

第一章设计流程此设计是为了实现声控光控延时开关的功能。在白天时无论是否有声音，小灯都不能被点亮，即白天时不需要光照，在夜晚当有声音产生时，小灯被点亮，且在声音消失后，小灯能够维持一段时间亮度，即在夜晚有人经过的时候，灯被点亮，并有足够的时间让人通过。所设计的电路分为五个模块：电源模块，信号收集模块，信号处理模块，延时模块和被控制模块。(模块图如 1-2)电源模块为整个电路提供稳定的直流电源，使驱动三极管，芯片 TC4081BP 和小灯。信号收集模块分为声音信号收集模块和光信号收集模块。声音信号收集模块将声音信号转变为音频电信号从而能够输入电路，起到控制开关的作用。光信号收集模块将光强度的改变转变为电压的改变，与声音信号一起控制芯片的输入。信号处理模块即是芯片 TC4081BP 对声音，光信号导致的电信号的改变进行处理，从而驱动被控制电路，并作用于延时模块。延时模块是在信号处理模块的作用下工作，起到延时的作用。被控制模块在信号处理模块及延时模块的共同作用下工作，达到设计的目的。声光控制楼道开关电路原理图 3

检音 BM 放大 VT 感光电阻控制门 D1 灯泡整形 D2 继电器 T 延时 R8,C3 二级整形 D3,D4 图 1-2 4

第 2 章电源模块这一章详细介绍电源模块的电路设计，电路中各个器件参数确定的相关分析，其工作原理及其他类似的设计。为整个电路提供 5V、12V 的直流电源，是电路的动力来源。 2.1 电源电路的设计电源电路采用降压、整流、滤波和稳压的组合电路，将 220V 的交流电压变为 5V 和 12V 的直流电压。模块图如图 2-1 电源变压器整流电路滤波电路稳压电路图 2-1 降压过程是将 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，使输出较为平滑的电压。要得到稳定的直流电源需将滤波后的电压输入稳压电路。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 电源电路的工作原理及相关参数的分析电源电路原理图：为了得到 5V 和 12V 的直流电源，将 220V 频率为 50 ZH 的单项正弦波交流图 2-2 5

n 电输入变压器，其原边与副边的比为 1 220 n 得到 1 n =15 2 2 n ，经过变压器得到 2u =12.5V n u  1 n 2 2 （2.2.1）交流电 2u 通入单项桥式整流电路经过全波整流得到平均值为 ( O AVU )1 =0.9 2u 的直流电压，其脉冲系数很大。单相桥式电路中的整流桥的二极管选用 IN4007。的直流电压通入滤波进行滤波，可以得到平均值为然后将 ( O AVU )1 O AVU ( )2 =1.2 2u =18V 的直流电压。滤波电路中的电容为 1C ，与 1C 并联的负载为 LR ， 1C 的取值满足 T LR 1C =（3~5） 2 1 LR T 得到 1C =（3~5） 2 理想情况下可将交流分量全部滤掉，使输出电压仅为直流电压，然而，由于 (2.2.2) 滤波电路为无源电路，所以接入负载后必会影响其滤波效果，要得到稳定的直流电源需将滤波后的电压输入稳压电路。稳压电路中的稳压管 Dz1 选用稳压值为 12V 的稳压二极管，其型号为 2CW19;Dz2 选用稳压值为 5V 的稳压器二极管，其型号为 2CW12 经过查阅电子元器件的手册，Dz2 的最小工作电流为 2min ZI =10mA 最打工作电流为 2max ZI =45mA 内阻为 2r ≦50Ω。R2 和 Dz2 对 Dz1 的电压 1ZU 进行分压， Dz2 上电压为 2ZU ，则 2R 上的电压为 2RU U R U R 2 I R 2   U Z 2  U Z 1 U  Z 1 2 U  Z 2 R 2 R 2 I   I RZ Z 2max I Z 2min 则得到 2R 的阻值范围为 U R 2 I Z 2max UR  2  R 2 I Z 2min 6 (2.2.3) (2.2.4) (2.2.5) （2.2.6）

所以 155.6Ω≦ 2R ≦700Ω，所以去 2R =500Ω 查阅手册得到稳压管 1ZD 的最小工作电流为 1min ZI =5mA ，最大工作电流为 ZI 1max =17mA，内阻为 1r ≦35Ω.所以 I I  I Z 1  Z 1min U O AV ( )2  1 R I 1max Z U  Z 1 R 1  I 1  I R 2  I 1 R  I Z 2 I Z U 1 R  O AV ( )2 U Z 1 R 1  I Z 2max  I Z 1min U O AV ( )2  U Z 1 U O AV ( )2  U Z 1 I Z 1max  I Z 2min  R 1  R 1 U  I Z  I Z 1max 2min U  O AV ( )2 Z 1 I Z 1min  I Z 2max （2.2.7）（2.2.8）（2.2.9） (2.2.10) (2.2.11) (2.2.12) 所以 120Ω≦ 1R ≦222Ω, 所以取 1R =200Ω 根据电路图得到 LR  R r  1 1 / /( r 2  R 2 ) (2.2.13) 因此得到 0.9uF≦ 1C ≦1.5uF，取 1C =1uF 2.3 电源电路的其他设计此电源电路还有其他方式的设计。如图 2-3 由于该电路所要求的电压值可以在一定的范围内波动，可以将 220V 交流电图 2-3 7

源通过整流桥后用两个阻值较大的电阻 R1、R2 进行分压，并用电容 C 在电阻 R2 上并联，对 R2 的电压进行滤波，最后在电容 C 形成上正下负的直流电压。R1、 R2 的取值应该较大，使得电路上的电流较小，其中 R2 上的电压值要考虑与 R2 并联的负载大小，在此次电路设计中，后面连接的被控制电路、芯片、声控、光控电路上的电阻连接起来大约为 20K，所以取 R2 为 20K，R1 为 150K,,则 R2 上分得的电压为 U=0.9×220(R2∥RL) ／(R2∥RL+R1) （2.3） 8

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