声控开关课程设计报告[8页].doc
传感器课程设计报告
设计题目声光控开关
学生专业班级 08级电子信息科学与技术二班学生姓名（学号）
指导教师
一、课程设计目的和任务
设计目的：掌握光敏传感器及其电路应用原理
设计任务：声光控延时开关采用行人脚步，拍手或咳嗽声来控制灯的开启。灯光延时一定时间自动关闭。白天光线强时将其闭锁，即使有行人的脚步声开关始终处于闭锁状
态也不会开启。实现声来灯亮、声离灯灭，令我们无论在家里还是在别处，方便
自如，都能够乐在其中”。ZX2027灯头型声光控延时开关，在灯头上装上白炽灯
安装在走廊、楼梯间或厕所里，白天不亮，晚上只要你发出声响灯就亮20秒，人
离开后灯熄灭。
设计要求：
（1）了解声光控延时开关电路的组成及工作原理。
（2）熟悉驻极体话筒和光敏电阻器的特性。
（3）学习声光控延时开关电路设计。
（4）光线暗时，声音触发开关接通灯亮，延时一定时间（20秒左右）后自动熄灭
二、分析与设计
1.设计任务分析
声光控开关电路应由电源电路、声控电路、光控电路、延时电子开关电路四大部分组成。如图：
声光控延时开关实现在白天呈关闭状态，只有在晚上且存在声响情况下（如人的脚步声等）才开启，开启后延时一段时间后又能自动关闭。2.设计方案论证：
通过查阅资料，得到当外部条件变化（天色变暗、有明显声响）时，光敏和声敏元件电位及电阻明显变化，微弱信号经放大器放大后足以使的控制开关开启，是电路导通。我认为此设计方案可行。
3.详细设计：
1）电路工作原理：
开关电路中声音检测采用驻极体话筒MIC，三极管T2组成放大器。无声响静态时T2是处于饱和导通状态，当有声响时，话筒MIC接收声响信号，可使T2截止。亮度检测由光敏电阻R G完成。电路使用的CMOS数字集成电路CD4011，内含有四个2输入端与非门。CD4011中除其中一个直接用为2输入端与非门作为判别电路外，其余三个均接成反相器作
放大器用。D6、R6、C4组成延时电路。开关采用可控硅T1。二极管D1~D4与可控硅T1组成可控整流电路，当T1导通时，灯泡发亮；T1截止时，灯泡熄灭。
白天时，光敏电阻R G受光照呈低阻态，CD4011○13脚始终为低电平。这时不管CD4011○12脚为高电平（有响声使T2截止）还是低电平（无声响T2饱和导通），与非门输出○11脚始终
10脚输出为低电平，可控硅T1截止，灯泡不亮。可见由于光敏为高电平。经三次反相后，○
电阻R G受光照作用，白天灯泡一直不会亮。
晚上天黑时，光敏电阻R G无光照呈高阻态，CD4011○13脚始终为高电平。这时如果无声响，T2饱和导通，○12脚为低电平，则与非门输出○11脚仍然为高电平，电路状态与白天相同。
12脚为高电平，与非门输出○11脚变但当有声响发生时，话筒MIC接收声响信号使T2截止，○
为低电平，经一级反相放大后，○3脚输出高电平。此时○3脚输出的高电平经导通的D6迅速对电容C4充电，使○5○6脚升至高电平，再经两级反相后，○10脚输出为高电平，由此触发可控硅T1导通，灯泡点亮。
声响消失后，T2恢复饱和导通，○12脚为低电平，○11脚输出高电平，经一级反相放大后，○3脚输出低电平。此时由于C4还来不及放电，D6截止。随后C4通过R6缓慢放电，C4两端电压即○5○6脚电压逐渐下降。当○5○6脚电压下降至低电平电压值（1V左右）时，○4脚输出高电平，○10脚输出低电平使T1截止，灯炮熄灭。
由此可见，灯泡发亮的维持时间主要取决于C4的放电时间常数。改变电阻R6的阻值，可调整延时时间，通常设计延时45~60秒左右。调整电阻R5，可改变电路白天到黑天的亮度阈值。话筒灵敏度可由R2调整。
2）光控电路
光控电路它是用外来的光源来控制电路的设备。其作用是把外来送入的光源转换电信号，从而用这种信号去控制所需要的电器设备。常用的电路有：发光器件电路、光敏器件电路和光电显示器件电路。本次实验的中我们选用光敏电阻作为传感器来实现光控。
光敏电阻器又叫光感电阻，其工作原理是基于内光电效应。
光敏电阻是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化）。
3）声控电路
我们选择MIC做为接收信号源，工作原理：话筒将声音信号转化为负极性的电信号。
声控电路通过声音信号控制可控硅的导通状态，其特征在于，所述声控电路包括电源部分，谐振放大部分及触发器，电源部分通过电容降压、整流及稳压提供声控电路所需的直流电压，谐振放大部分包括多极三极管放大，话筒接在第一级放大三极管的基极上并由电容耦合，一个由电感和电容构成的振荡电路接在末级放大三极管的基极上，放大后的信号影响触发器的翻转，并最终控制可控硅的控制极的电位。当光线不足或黑夜时，MIC接收到声信号，开始工作。
4）延时电子开关电路
延时电子开关电路它是用电路中送入的信号进行控制电路的设备。其作用是用送入来的信号去控制电路，使电路达到延时的效果。常用的延时电路有按键延时电路、感应延时电路、开关控制延时电路、光控延时电路、声光双控延时电路等。而本电路延时电子开关电路使用主要的电路为声光双控延时电路部分。声光双控电路是声、光控开关的组合。它是利用驻极体话筒是否采集到声音信号，光敏电阻感应光线的明暗来改变信号的高低电平，以达到控制电路输出高低电平的目的，再利用稳压管高电平导通的原理来控制灯泡的亮灭。
延时电子开关电路的设计，采用集成CD4011。
延时电路的设计主要由C3和R9组成。当夜晚有响声（如脚步声、说话声等），话筒接收到信号后内阻增大，CD4011的8、9脚为高电平，10脚为低电平，VD9截止，C3通过R9放电，放电的时间长短决定了灯亮的时间，直到C 3上的电放完到CD4011的15脚，这时为低电平，灯泡熄灭，等待下一次信号。
集成电路CD4011是一个包含4个与非门的CMOS电路（如图3-2），每个与非门有2个输入端一个输出端，与非门的特点是，输入端有低电平输出高电
平，输入端全部高电平输出低电平，逻辑表达式为：AB
Y 。
图3-2 CD4011内部结构
5）整流电路的设计
整流电路是把交流电能转换为直流电能的电路。根据电压的充分利用整流电路选用单向桥式整流电路。
单向桥式整流电路是由电源变压器T，4只整流二极管VD1～VD4和负载RL组成。电路图如2-1图所示。
图3-1 桥式整流电路原理图
工作原理：利用4个二极管接成电桥使在U2的正负半周的电压经过两
只二极管交替导通，即在负载上形成了单方向的全波脉冲电压。其中单向桥式整流电路对电压的利用率高。
4.原理图及元器件清单等
1）电路原理图：
2）元器件清单：
序
号
名称型号规格位号数
量
序
号
名称型号规
格
位
号
数量
1 集成
电路
CD4011 IC 1块12 集成电路
插座14脚
1个
2 三极
管
9014 VT 1支13 五金螺口
件
1个
3 单向
可控
硅
100-6 T 1支14 异形垫圈、
磷铜簧片
各1片
4 整流
二极
1N4007 VD1-VD6 6支15 印制板1块