声光控实验报告

2022-05-31 报告

　　篇一：声光控灯实验报告

　　（1）课题名称：声光控制路灯设计

　　（2）内容摘要：本次设计的小组成员有徐海龙、秦应昌，在思考、设计、焊制、调试阶段，我们一直共同努力。此次我们组需要设计的电路是声光控制路灯电路，在此电路中，我们希望达到的目的是，使电路能根据声音和光线的作用自动发光，并且自动熄灭。在白天强光照射时，电路中灯泡不发光；而晚上无灯光或被遮光，并且有声响时灯泡发光，且延续约10秒后熄灭。

　　此电路图的设计主要是基于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，用途非常广泛。

　　课题分析它主要由3部分组成：话筒，光敏电阻，555延时。能够通过调节电阻和电容的大小来改变灯亮的时间长短，如果，时间过长就应该减小电阻或电容的.值，反之，则增大。光敏电阻和话筒的高度也会使灯的时间受到影响。声光控节电开关，在白天或光线较亮时，555触发器呈关闭状态，灯不亮；夜间或光线较暗时，555触发器呈预备工作状态，当有人经过该开关附近时，脚步声、说话声、拍手声等都能开启节电开关。灯亮后经过10秒左右的延时节电开关自动关闭，灯灭。该开关扩展型适用于楼道、走廊、洗涮间、厕所等公共场合，能节电并延长灯泡使用寿命。给人们的生活带来了很多的方便，受到了广泛的应用。本电路是采用分分离元件的声控延时电路，其电路原理图如下图所示方框原理图说明：

　　（3）设计指标（要求）；设计一个声光控制开关，用声音和光照同时控制，当光线很暗的时候有声音触发就打开开关（控制一个6v/100mA小灯泡负载），开关延迟时间在10秒左右。当光线较强的时候声控不起作用。

　　（4）系统框图与方案选择；

　　方案一：

　　本方案中MIC捕捉到声音信号时，产生出交流信号经过Q1的阻容耦合放大电路放大，然后经过C3的隔直耦合电容给Q2的基极一个偏置电压使Q2导通，Q2导通前555触发器2脚电压等于VCC等于5V当Q2导通后2脚电压低于1/3VCC使555触发器进入工作状态LED亮当T=RC时555通过7，6脚放电完毕LED自动熄灭。光控是通过光敏电阻和100K电阻串联分压控制4脚电位来实现当有光时光敏电阻阻值约为20K使4脚电压很小555触发器处于关闭状态LED不会亮，当没光时光敏电阻阻值约为150K这时4脚处于高电位555处于预备工作状态当声音出发信号到达后LED灯亮并通过555达成延时熄灭。不采用此方案的原因：

　　由于方案一中有2个三极管增大了电路的复杂程度，使参数的计算、元件封装和焊接等的难度大大增加所以不采用方案一。

　　元器件选择；驻极体话筒；光敏电阻；晶体管；定时器555；发光二极管；电阻、电容器、二极管若干，三极管。

　　当MIC获得声音信号后转换成电信号通过放大电路放大。为了获得比较高的灵敏度则放大倍数应该尽量大所以Q1选取9014。光控电路中光敏电阻的阻值范围为20—150K所以选比较大的分压电阻使在有光时555触发器因4脚为第电平而处于关闭状态，无光时4脚高电平555能够工作。因为延时时间约为10秒，而延时时间由时间常数RC决定所以取R9=100K，C3=100u。

　　工作原理：

　　电路有声音信号输入时，MIC将声音信号转换成电信号后经由三极管Q1等元件构成的阻容耦合放大电路放大后送如555构成的单稳态触发器的输入端2脚，使2脚电位低于1/3VCC从而使触发器进入暂稳态输出高电平LED亮，2脚原来的电位是由R7（100K）和R10（68K）的电阻串联分压提供的两电阻阻值比约为3：2使2脚电压略大于1/3VCC触发器不工作，而声音信号经放大后的交流触发信号到来时刚好能使2脚电位低于1/3VCC。LED亮后随着电容C3（100u）的充电当Uc>2/3Vcc时，电容C3开始迅速放电，当放电完成时触发器回到稳定状态LED熄灭。

　　（5）组装调试；

　　封装时摆放元器件也是十分重要的，将原件摆放到合适的位置有利于整体版面的美观大方，各个元件之间既不能紧凑在一起，又不能离得太远了，因为在一起会给焊接带来很多麻烦，离得太远又耗费导线，导线应该沿着电路板的边缘铺设，避免交叉。

　　调试时会出现一下几种问题：

　　1．无光条件下输入声音信号LED不亮。

　　这种情况的主要原因是阻容耦合放大电路的放大倍数太小，声控电路部分对声音信号的灵敏度比较低。解决这个问题要仔细计算提高阻容耦合放大电路的放大倍数。

　　2．无光条件下不输入声音信号LED仍然会亮

　　出现这种情况，是由于R7与R10构成的2脚分压偏置中R10的阻值过小使2脚电压始终小于1/3VCC触发器一直处于暂稳态无论有无声音信号LED都会亮。所以应适当调整增大R10的阻值。

　　3．有光输入声音信号LED亮

　　这是由于与光敏电阻串联的分压电阻R5太小使有光条件下光敏电阻仍能分到较高的电压使555触发器能够工作。解决这个问题要适当增加R5的阻值。

　　（6）实际PCB图或布线图；

　　（7）电路方案的优缺点及改进展望

　　本电路的优点是电路的结构和原理简单，易于操作制作。缺点在于电路系统的稳定性和灵敏度等不是很好，同时电路的应用范围存在局限性无法应用到实际的生产生活中，工程意义不大。

　　电路的改进可以加入一些能提高稳定性、灵敏度的电路如交流整流、稳压等电路以应用于实际工程设计。

　　（8）设计结果与数据处理

　　篇二：声光控制灯实验报告

　　一、实训目的

　　专业设计实训Ⅰ是建立在已学的电工与电路、模拟电子技术和数字电子技术课程以后，综合运用课程所学的理论知识，实际进行课题的设计、安装和调试。是一门知识应用、综合、智力开发创新、工程技能训练、理论性和实际性极强的课程。其主要目的有以下几个方面：

　　（1）通过对电子技术的综合运用，使学到的理论知识相互融泄贯通，在认识上产生一个飞跃。

　　（2）初步掌握一般模拟电路、数字电路的设计方法，使学生得到一些工程设计的初步训练，并为以后的毕业设计奠定良好基础。

　　（3）培养同学自学能力，独立分析问题、解决问题的能力。对设计中遇到的问题，通过独立思考、查找工具书、参考文献、寻求正确答案；对实践中碰到的一些问题，能通过观察、分析、判断、改正、再实践、再分析等基本方法去解决。

　　（4）通过专业设计实训这一教学环节，树立严肃认真，文明仔细，实事求是的科学作风，树立生产观点，经济观点和全局观点。

　　二、内容与要求

　　设计内容：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、制作容易、工作可靠等优点。

　　设计要求：

　　①白天，即使有声音，灯也不会亮；

　　②晚上，当有脚步声或其它声音时，灯会自动点亮；

　　③亮灯延时时间60秒，60秒后照明灯自动熄灭；

　　④自制直流供电电路

　　三、实训过程

　　1．方案设计

　　（1）课题分析

　　根据设计任务，声光控制LED照明灯的基本组成框图如图3—1所示。

　　图3—1声光控制LED照明灯方框图

　　（2）方案论证

　　（1）确立电路形式及元器件型号

　　①放大电路：声音传感器的输出信号非常微弱，为方便后级电路处理要先行放大。用三极管放大或运算放大器都可以，可以根据情况自由选择。

　　②比较电路：当晚上，或有声音时输出高电平，这里用比较器来实现这一功能，可以运放构成单门限电路。

　　③与门电路：根据要求，LED灯必须是晚上，且有声音时才点亮，所以设置一个与门电路，可以用数字电路的与门电路，也可以用二极管构成与门电路。

　　④延时电路：为了保证触发之后，LED灯点亮至少60秒，必须设置延时电路，这里可以用简单的RC电路实现。

　　⑤驱动电路与开关电路：用于驱动LED照明灯，这个部分即要保证足够的驱动电流，又不能驱动过头。

　　2．电路原理

　　根据以上方案，画出系统的电路如下图3—2所示。。

　　图3—2

　　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D1～D4，电路结构简单。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．变为电子开关的开关动作。明确了电路的信号流向后，即可依据主要元器件将电路划分为若干个单元。

　　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D3进行电压放大，与非门D3此时是一个放大电路，放大的信号送到R3的一端。R3、R4构成分压电路，并接到控制门D4的13脚，作为声控信号。当有声音信号时，IC的10脚为高电平“1”，则R3、R4的中间分压为低电平“0”，即控制门D4的13脚为低电平。

　　为了使声光控开关在白天开关断开，即由光敏电阻RG等元件组成光控电路。R6和RG组成串联分压电路，夜晚无环境光时，光敏电阻的阻值很大，RG两端的电压高，则与非门D1的1脚为高电平“1”。通过与非门D1则为低电平“0”。再通过二极管D1输入到控制门D4的13脚，也为低电平“0”。使声光控电路工作具备了光控条件。白天较强的环境使RG的阻值很小。RG两端的电压几乎为0，即为低电平“0”，则与非门D1的1脚为低电平“0”，使声光控电路不具备光控条件，电子开关处于断开状态。

　　当夜晚．同时又有外界声音信号时，控制门（与非门）D4的输入端，有一端为低电平“0”，输出为高电平“1”。使单向可控硅导通，电子开关闭合；同时给C3充电，C3和R5构成延时电路．延时时间T=2πR5C3，改变R5或C3的值，可改变延时时间，满足不同的延时要求，C3充满电后只向R5放电，当放电到一定电平时，与非门D2的输入端5、6脚为低电平，输出为高电平．与非门的12脚为高电平“1”，同时没有声音信号时与非门的13脚也为高电平“1”，与非门D4，的两个输入端为高电平，则它的输出为低电平“0”，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R9降压，C4滤波后即为电路的直流电源，为BM、IC等供电。

　　3．元器件的选择

　　IC选用CMOS数字集成电路CD4011，CD4011有四个独立的与非门电路，内部功能见图3，Vss是电源的负极，VDD是电源的正极。可控硅T选用1A／400V的进口单向可控硅1006型，如负载电流大可选用3A、6A、10A等规格的单向可控硅，它的测量方法是：用RX1档，将红表笔接可控硅的负极，黑表笔接正极，这时表针无读数，然后用黑表笔触一下控制极K，这时表有读数，黑表笔马上离开这时表仍有读数（注意触控制极时正负表笔是始终连接的）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RX100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，无光时电阻值大干100MΩ，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。

　　4．安装制作

　　对照元件清单买到电子元器件后，首先对照材料清单将各材料认真清点一遍，并用万用表粗略地（因出厂前已测量过）测量一下各元件，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。

　　5．调试

　　调试前，先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。通电后，人体不允许接触电路板的任一部分，防止触电，注意安全。如用万用表检测时，将万需表两表笔接触电路板相应处即可。

　　本电路调试时请先将光敏电阻的光挡住，将AB分别接在电灯的开关位上，用手轻拍驻极体，这时灯应亮，若用光照射光敏电阻，再用手重拍驻极体，这时灯不亮。说明光敏电阻完好，这时表示制作成功。若不成功请仔细检查有无虚假错焊和拖锡短路现象。