声控设计报告书

河南机电高等专科学校电气工程系

电子课程设计报告设计题目：声音检测

专业：电气工程系

班级：电力121

学号：120313255

姓名：王枫

指导教师：仝战营

设计时间：2014-6-15

微控制器技术课程设计任务书

设计题目：声音检测

设计时间：2014.6.07---2014.6.15

设计任务：

在Proteus中画出原理图或使用实物，编制程序，实现以下功能：

1、使用LED数码管显示声音强度（分贝）；

2、实物使用驻极体或其他声音检测原件；仿真采用Audio源提供声音。

3、可设定声音强度上限，超过上限有声音提示。

背景资料：1、单片机原理与应用

2、检测技术

3、计算机原理与接口技术

进度安排：

1、第一天，领取题目，熟悉设计内容，分解设计步骤和任务；

2、第2-3天，规划设计软硬件，编制程序流程、绘制硬件电路。

3、第4-6天，动手制作硬件电路，或编写软件，并调试。

4、第7天，中期检查。

5、第9-10天，完善为完成内容，书写设计报告。

6、第11天，提交设计报告，整理设计实物，等待答辩。

7、第12天，设计答辩。

题目：声光控传感器应用电路设计

一、设计要求

1、功能与用途

我想我要设计的是类似于楼道中的节能灯的系统即：在白天或光线较亮时，节电开关呈关闭状态，灯不亮，夜间或光线较暗时，节电开关呈预备工作状态。当有人经过该开关附近时，脚步声等把节电开关启动，灯亮，延时40-50秒，不同的是我们这里用5～15V直流稳压电源供电，由分离元器件或数字集成电路组成。

2、组成部分

1.控照明电路：

作为声控电路对声音信号的要求既不能太强也不能太弱，太强声控难以实现；而太弱电路结构复杂也难以实现，最好是能接收到如人的讲话声，脚踏地板声。当这类信号转化为电信号时，电信号一般较弱，必须对其进行放大对此可选择功放电路，运放电路，差分电路等，根据电路对信号的要求一般选择运放电路较好，提高信号输出电压。经过这一步实现了声音信号到电信号的转换。有了电信号实现声控就容易了，我们可以让产生的电信号去触发触发器使电路导通。半导体器件必须保证灵敏度高，各电参数精确稳定。实验还提示了驻极体话筒，可以直接将声音信号转换为电信号，下面就运用声音传感器设计的声控照明电路加以分析：

声控照明电路的主要原理:是利用了声学和电子学的原理即用声音传感器将声音信号转换成电信号从而推动触发器触发使电路。

作为一个智能化声控照明电路应具有以下功能：

①能在声音的控制下实现电路的导通与截止。

②声音的发出应是多方面的如脚步声，物体打击声等。

③响应时间应越短越好。

2.控照明电路：

如555定时器，作为一个延时电路，在整个电路中其应在延时结束后能发出一个结束信号，控制电路是否继续工作下去。

总之，在白天由光控部件控制电路，无论外界有无声音发出电路都不会工作，而到了夜晚光控部件就不在起作用由声控部件控制电路，只要在一定范围内有声音发出且达到一定响度电路就会导通工作，又由延时部件控制其工作时间。声、光、延时三部分是相互联系。

光敏元器件的应用在光照的情况下使其电参数发生变化从而使其对电流的阻碍作用减小或增大，进而使电路导通或截止，电信号强弱的改变光控转化为电控电路功能的实现便容易了。在这样的电路设计中，对电路元器件的要求也极为高尤其是光敏元件是光控电路功能实现的核心，必须保证其各项参数的精确，稳定。故在选择这类元器件时一定要选择高灵敏度工作稳定可靠的元件，当然电路工作的稳定是否？功能能否实现？并不仅仅只和电路元器件有关，外加电源也是不可忽视的，与声控电路一样最好也是给光控电路加上一个稳压电路确保电路能正常工作。

3.时电路：

即我是要利用电子计数器的原理实现定时功能。

由硬件构成的定时器，一般是用改变R 、C 元件值控制定时的，其效率较高。

二、设计方案及其特点 如图所示，我的设计组成是这样的，它主要由一个话筒，电压比较器，有光敏电阻控制的总开关和声控电子开关，一个延时电路等部分组成。我设计的这个声光联控延时照明电路的主要原理就是利用光控部件控制电路白天不工作，而夜晚则由声控部件控制其工作，再由延时部件控制其工作时间。在白天由光控部件控制电路，无论外界有无声音发出电路都不会工作，而到了夜晚光控部件就不在起作用由声控部件控制电路，只要在一定范围内有声音发出且达到一定响度电路就会导通工作，又由延时部件控制其工作时间；由该事例可知声、光、延时三部分是相互联系的没有光控电路不完善，没有声控电路也谈不上延时，而没有延时电路也谈不上控制，总的来说电路的设计较完备。

图1总设计框图

往常的开关路灯，在无人的时候也亮着，无疑的是一种浪费。而在一些学校、办公楼、街道设施等公共设施大多的灯都是通过开关电路控制，这种浪费不仅加大了财政支出，且对于用电高峰时无疑是一种负担；为了节约用电大多数设施都采用节能灯，可是这还是有浪费现象。 驻

极

体

话

筒 声---电 比较电压 光敏开关 延时电路

同时，也越来越多的学校、企业重视这个问题，采用声光控来做为节能的一个重要环节，例如：为了节能减排，北交大对学校的基建设施进行了全方位技改，学校投入60多万元更换新型的节能灯管，在楼道内安装声光控开关，年节电约30万度；沃尔玛位于王家湾武汉摩尔城的新门店开业，配备声

光控书架式冷柜，有人靠近冷柜时，冷柜灯才会自动打开，比普通冷柜节能3成以上……

声光控电路不仅应用于灯开关，还可以应用很多的自动开关电路，甚至还可以做成简易的报警电路；做为学电子信息的一名学生，我们还可在这一领域探讨研究，将声光控电路加以改进。

光敏元器件的应用在光照的情况下使其电参数发生变化从而使其对电流的阻碍作用减小或增大，进而使电路导通或截止，电信号强弱的改变光控转化为电控电路功能的实现便容易了。在这样的电路设计中，对电路元器件的要求也极为高尤其是光敏元件是光控电路功能实现的核心，必须保证其各项参数的精确，稳定。故在选择这类元器件时一定要选择高灵敏度工作稳定可靠的元件，当然电路工作的稳定是否？功能能否实现？并不仅仅只和电路元器件有关，外加电源也是不可忽视的，与声控电路一样最好也是给光控电路加上一个稳压电路确保电路能正常工作。

3.时电路：

即我是要利用电子计数器的原理实现定时功能。

由硬件构成的定时器，一般是用改变R、C元件值控制定时的，其效率较高如555定时器，作为一个延时电路，在整个电路中其应在延时结束后能发出一个结束信号，控制电路是否继续工作下去。

总之，在白天由光控部件控制电路，无论外界有无声音发出电路都不会工作，而到了夜晚光控部件就不在起作用由声控部件控制电路，只要在一定范围内有声音发出且达到一定响度电路就会导通工作，又由延时部件控制其工作时间。声、光、延时三部分是相互联系。

四、声光联控延时照明电路图

图1联控延时照明电路

电路工作原理

利用声光传感来控制电。VD1～VD4构成桥式电路，R4、VD8、DW1、C3组成稳压二极管稳压电路产生5V直流电压给控制电路供电。在白天，光线强，光敏电阻R8阻值小，V3饱和，U1D的13脚为低电平，U1D输出高电平，VD10截止，U1B的5、6脚为高电平，故4脚输出低电平，U1A的3脚输出高电平，V2饱和，可控硅V1的G极为低电平，V1截止，灯不亮。在晚上无声音状态，光敏R8阻值增大，V3退出饱和，U1D的13脚为高电平，该门的输出由12脚的电平控制。无声音，MIC内阻大，U1C的8、9脚高电平，10脚输出低电平，VD9截止，C3无充电电压，故U1D的12脚为低电平，维持11脚输出高电平，与上相同，灯不亮。在晚上有声音状态，MIC内阻减小，U1C的8、9脚低电平，10脚输出高电平，VD9导通，U1D的12、13脚为高电平，11脚输出低电平，VD10导通，U1B5、6脚低电平，4脚输出高电平，U1A的1、2脚高电平，3

脚输出低电平，V2截止，可控硅V1的G极为高电平，V1导通，灯亮。延时控制：声音过后，MIC内阻增大，U1C的8、9脚高电平，10脚输出低电平，VD9截止，C3通过R9放电，放电时间长短决定灯亮的时间，放电至U1D的12脚为低电平时，灯灭。

图 2 555定时器示意图

图3 单稳态触发器

五、声光联控延时照明电路的参数选择

1、总体描述

首先输入一次脉冲信号，调节555定时器做的单稳态触发器中的可调变阻器RW ，使延迟时间变为实验所需的40-50秒，即可正常工作。

实验结果：

7 4 8 6 Q 555 3 2 1 5 Vcc 5v 0.01uf Uo

300欧 10k 欧 U1 8 7 6 5

1

2 3 4 Vcc Dis TH Vm GND ‘TR’ Q Rd

当白天时，光敏电阻RL成低阻状态，与非门输出高电平，555定时器3脚则保持低电平，继电器开关K保持断开状态，照明电路断开，有声音时灯也不会亮。

当夜晚时，光敏电阻RL成高阻状态。阻值远远大于R6，输出高电平。这是如果话筒未接收到声音时，LM3900的4脚输出为高电平，电容C2右端为高电平，信号通过逻辑门电路后变为高电平，输入到555定时器2脚，555定时器3脚则保持低电平，继电器开关K保持断开状态，照明电路断开，灯不亮。如果话筒接收到声音时，LM3900的4脚输出为低电平。由于电容两端电压不能突变，电容C2右端为低电平，信号通过逻辑门电路后变为低电平。输入到555定时器2脚，当555定时器2脚接收到一个低电平时，555定时器3脚则输出一定时间的高电平，使三极管T导通，继电器开始工作，继电器开关K闭和，照明电路接通。照明持续一段时间后，555定时器3脚变为低电平，继电器开关K关断，照明电路断开。

2、元器件选择

IC选用CMOS字集成电路CD4011, C D4011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1 A/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，无光时电阻值大于1M，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Rl-R13。

3、元器件清单

表1元器件清单

元件清单

C1 , c2 , c4 0.1uf

C3 100uf

R1,R4,R5 2.2k欧

R2 1M欧

R3 470k欧

R6 91K欧

R7 10K欧

R8 270K欧

R9 56K欧

滑动变阻器100k欧

RL 亮组<=10M

暗组>=1M

非门

与非门

电压比较放大器LM3900

555定时器

蓄电器开关

三极管

LED 5w

直流稳压电源5v

六、总结

随着社会的发展，电子信息、传感器产品在日常生活中屡见不新，更新的速度也飞之极快。在学习《自动转换与测量技术》中我们也了解了一些常用传感器。

传感器是一种物理装置或生物器官，能够探测、感受外界的信号、物理条件（如光、热、湿度）或化学组成（如烟雾），并将探知的信息传递给其他装置或器官，也就是我们所说的将非电量转化为电量的一种仪器。

基于传感器的设计与制作，我选择以光敏传感器为核心，并利用在PCB课程中所学的声光控开关来设计我的课题。其声光控在生活应用中随处可见，实用性也较为广泛，因此把由光敏传感器组成的声光控开关电路作为本次课题。

这次课程设计让我很难忘，通过此次电子设计我明白了想要把所学的知识应用于实践一定要有扎实的基本功，完整的知识体系，所以说这次课程不仅锻炼了我的创作能力——用所学知识设计了自己的电子产品，而且加深了我对模拟电路和数字电路的了解和利用，大幅度提高了自己的知识水平和运用知识的能力，也认识到了由于自己知识水平有限，没有使用更合理技术，设计出更好的作品。设计的作品缺陷是电路复杂，但能比较精确的控制时间，能基本达到任务书中所要求的内容，当然我知道这还远远不够。

我还认识到了不光是理论课，与之配套的实验课内容有着同等重要的作用，我的这次设计主要要解决的就是延迟电路的设计，而给我思路与灵感的正是这学期所学的，与数字与模拟电路实验课所学的，咱们大庆石油学院自编的实验教材——“《脉冲与数字电路》实验讲义”中对555定时器的推广应用——“单稳态触发器”，有了这个理论基础做后盾后，剩下的问题显得迎刃而解，一个光敏总开关，一个麦克当信号源跟稳态触发器一接，再加个电源，我很快就完成了设计

任务，心里很高兴，有一种说不出的成就感，毕竟这是我从理论走向实际，从让老师手把手教的学生变成一个自主运用知识解决实际问题的设计者，这是我在大学学习生活的又一大收获。

参考文献

[1] 郭勇.PROTEL DXP 2004 SP2印制电路板设计教程.机械工业出版社[M].2009

[2] 梁森、黄杭美.自动检测与转换技术.机械工业出版社[M]2010

[3] 周绍敏.电工基础.高等教育出版社[M].2009

[4] 百度百科传感器https://www.360docs.net/doc/c38906453.html,/view/16431.htm

[5] 方金兰.高校节能减排的一个成功样本. 经济参考报[J] 2009-12-31