樓道聲控燈課程設計---光控路燈控制器的設計

1、<p>　　光電子技術課程設計論文</p><p>　　光控路燈控制器的設計</p><p><b>　　學生姓名： </b></p><p><b>　　指導教師： </b></p><p>　　專 業(yè)：電子信息工程</p><p><b>　　班

2、 級： </b></p><p><b>　　學 號：01</b></p><p>　　設計時間：2009年06月15日</p><p>　　至 2009年06月26日</p><p><b>　　實驗地點： </b></p><p><b>

3、;　　第一章 緒論</b></p><p><b>　　一.選題背景:</b></p><p>　　光電子技術是繼微電子技術之后近30年來迅猛發(fā)展的綜合性高新技術。1962年半導體激光器的誕生是近代科學技術史上一個重大事件。經歷十多年的初期探索，從70年代后期起，隨著半導體光電子器件和硅基光導纖維兩大基礎元件在原理和制造工藝上的突破，光子技術與電子技術開

4、始結合并形成了具有強大生命力的信息光電子技術和產業(yè)。</p><p>　　光電子技術是一個比較龐大的體系，它包括信息傳輸，如光纖通信、空間和海底光通信等；信息處理，如計算機光互連、光計算、光交換等；信息獲取，如光學傳感和遙感、光纖傳感等；信息存儲，如光盤、全息存儲技術等；信息顯示，如大屏幕平板顯示、激光打印和印刷等。其中信息光電子技術是光電子學領域中最為活躍的分支。在信息技術發(fā)展過程中，電子作為信息的載體作出了巨

5、大的貢獻。但它也在速率、容量和空間相容性等方面受到嚴峻的挑戰(zhàn)。采用光子作為信息的載體，其響應速度可達到飛秒量級、比電子快三個數(shù)量級以上，加之光子的高度并行處理能力，不存在電磁串擾和路徑延遲等缺點，使其具有超出電子的信息容量與處理速度的潛力。充分地綜合利用電子和光子兩大微觀信息載體各自的優(yōu)點，必將大大改善電子通信設備、電子計算機和電子儀器的性能。</p><p>　　二.光電子技術簡介：</p>&l

6、t;p>　　光電子技術激光在電子信息技術中的應用形成的技術。光電子技術確切稱為信息光電子技術。20世紀60年代激光問世以來，最初應用于激光測距等少數(shù)應用，到70年代，由于有了室溫下連續(xù)工作的半導體激光器和傳輸損耗很低的光纖，光電子技術才迅速發(fā)展起來?，F(xiàn)在全世界敷設的通信光纖總長超過1000萬公里，主要用于建設寬帶綜合業(yè)務數(shù)字通信網(wǎng)。以光盤為代表的信息存儲和激光打印機、復印機和發(fā)光二極管大屏幕現(xiàn)實為代表的信息顯示技術稱為市場最大的電

7、子產品。人們對光電神經網(wǎng)絡計算機技術抱有很大希望，希望獲得功耗的、響應帶寬很大，噪音低的光電子技術。 </p><p>　　光電子技術又是一個非常寬泛的概念，它圍繞著光信號的產生、傳輸、處理和接收，涵蓋了新材料（新型發(fā)光感光材料，非線性光學材料，襯底材料、傳輸材料和人工材料的微結構等）、微加工和微機電、器件和系統(tǒng)集成等一系列從基礎到應用的各個領域。光電子技術科學是光電信息產業(yè)的支柱與基礎，涉及光電子學、光學、電子

8、學、計算機技術等前沿學科理論，是多學科相互滲透、相互交叉而形成的高新技術學科。</p><p>　　第二章 系統(tǒng)整體設計</p><p>　　2.1 光控制路燈控制器課程設計的目的</p><p>　　1. 能夠全面的鞏固和應用課程中所學的基本理論的基本方法，并初步掌握綜合系統(tǒng)設計的基本方法。</p><p>　　2. 能合理、靈活的應用各

9、種標準集成電路等器件實現(xiàn)規(guī)定的系統(tǒng)設計。</p><p>　　3. 培養(yǎng)獨立思考、獨立準備資料、獨立設計規(guī)定功能的綜合設計能力。</p><p>　　4. 培養(yǎng)獨立進行試驗，包括電路布局、安裝、調試和排除故障的能力。</p><p>　　5. 培養(yǎng)書寫綜合設計實驗報告的能力。</p><p>　　2.2 光控制路燈控制器的設計任務與要求<

10、;/p><p>　　利用光照的強度作為路燈的起控點，實現(xiàn)光線較亮時，自動關閉，晚上光線較暗時，自動開啟路燈的控制。</p><p>　　了解常用路燈控制的各種方法，及各自的優(yōu)缺點，通過相互的比較，確定設計方案，并對所用傳感器進行選型，同時加以電路的設計與分析，完成設計任務。</p><p>　　2.3 設計中各電路原理的介紹</p><p>　　

11、一．聲控電路圖及原理</p><p><b>　　1.電路圖:</b></p><p>　　圖2-1 聲控電路圖</p><p>　　2.原理:聲控電路是把聲音轉換為電信號,利用放大電路將該電信號放大從而驅動其他電路工作.</p><p><b>　　3.電路框圖:</b></p>&

12、lt;p>　　二．光控電路圖及原理 </p><p><b>　　1.電路圖:</b></p><p>　　圖2-2 光控電路圖</p><p>　　2.原理: 當有光照射到光敏電阻時，其阻值減?。◣资甂左右），使電壓比較器5腳電壓為0V，輸出為低電平；反之光敏電阻沒有光照時，其阻值增大（幾M），使電壓比較器5腳電壓大于6腳電壓，輸出為高

13、電平。 </p><p>　　三．NE555構成的施密特觸發(fā)器</p><p>　　1.NE555的電路圖：</p><p>　　圖2-3 NE555的結構圖及其引腳圖</p><p>　　2.NE555的工作過程：</p><p>　　當2腳，即比較器A2的反相輸入端加進電位低于?VDD的觸發(fā)信號時，則VT9、VTl

14、l導通，給雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器中的VTl4提供一偏流，使VTl4飽和導通，它的飽和壓降Vces箝制VTl5的基極處于低電平，使VTl5截止，VTl7飽和，從而使 VTl8截止，VTl9導通，VT20完全飽和導通，VT21截止。因此，輸出端3腳輸出高電平。此時，不管6端(閾值電壓)為何種電平，由于雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(VTl4-VTl7)中的4．7kΩ電阻的正反</p><p>　　饋作用(VTl5的基極電流是通過該電阻提供的)，

15、3腳輸出高電平狀態(tài)一直保持到6腳</p><p>　　出現(xiàn)高于?VDD 的電平為止。當觸發(fā)信號消失后，即比較器A2反相輸入端2腳的電位</p><p>　　高于?VDD，則VT9、VTll截止，VTl4因無偏流而截止，此時若6腳無觸發(fā)輸入，則</p><p>　　VTl7的Vces飽和壓降通過4.7kΩ電阻維持VTl3截止，使VTl7飽和穩(wěn)態(tài)不變，故輸</p&

16、gt;<p>　　出端3腳仍維持高電平。同時，VTl8的截止使 VT6也截止。當觸發(fā)信號加到6腳時，</p><p>　　且電位高于?VDD時，則VTl、VT2、VT3皆導通。此時，若2腳無外加觸發(fā)信號使VT9、</p><p>　　VTl4截止，則 VT3的集電極電流供給VTl5偏流，使該級飽和導通，導致VTl7截止，</p><p>　　進而VTl

17、8導通，VTl9、VT2。都截止，VT21飽和導通，故3腳輸出低電平。當6腳的</p><p>　　觸發(fā)信號消失后，即該腳電位降至低于?VDD時，則VTl、VT2、VT3皆截止，使VTl5</p><p>　　得不到偏流。此時，若2腳仍無觸發(fā)信號，則 VTl5通過4.7kΩ電阻得到偏流，使</p><p>　　VTl5維持飽和導通，VTl7截止的穩(wěn)態(tài)，使3腳輸出端維

18、持在低電平狀態(tài)。同時，VTl8</p><p>　　的導通，使放電級 VT6飽和導通。通過上面兩種狀態(tài)的分析，可以發(fā)現(xiàn)：只要2腳的</p><p>　　電位低于?VDD，即有觸發(fā)信號加入時，必使輸出端3腳為高電平；而當6腳的電位</p><p>　　高于 ?VDD時，即有觸發(fā)信號加進時，且同時2腳的電位高于?VDD時，才能使輸出</p><p&g

19、t;　　端3腳有低電平輸出。4腳為復位端。當在該腳加有觸發(fā)信號，即其電位低于導通的</p><p>　　飽和壓降0.3V時，VT8導通，其發(fā)射極電位低于lV，因有D3接入，VTl7為截止狀態(tài)，</p><p>　　VTl8、VT21飽和導通，輸出端3腳為低電平。此時，不管2腳、6腳為何電位，均不</p><p>　　能改變這種狀態(tài)。因VT8的發(fā)射極通過D3及VTl7

20、的發(fā)射極到地，故VT8的發(fā)射極電</p><p>　　位任何情況下不會比1.4V電壓高。因此，當復位端4腳電位高于1.4V時，VT8處于</p><p>　　反偏狀態(tài)而不起作用，也就是說，此時輸出端3腳的電平只取決于2腳、6腳的電位。</p><p>　　3.NE555組成的施密特觸發(fā)器：</p><p>　　將NE555的2腳與6腳接在一起

21、，就構成了施密特觸發(fā)器。</p><p>　　4. 施密特觸發(fā)器的電路圖和波形圖：</p><p>　　圖2-4 施密特觸發(fā)器的電路圖及波形圖</p><p><b>　　四．LM358</b></p><p>　　1.LM358的引腳圖：</p><p>　　圖2-5 LM358的引腳圖<

22、/p><p>　　2.LM358的介紹：</p><p>　　LM358 內部包括有兩個獨立的、高增益、內部頻率補償?shù)碾p運算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無關。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運算放大器的場合。</p><p><b>　　五．74

23、122</b></p><p>　　1.74122的工作原理：</p><p>　　（1）穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器只有一個穩(wěn)定狀態(tài)，一個暫穩(wěn)態(tài)。</p><p>　?。?）在外加脈沖的作用下，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可以從一個穩(wěn)定狀態(tài)翻轉到一個暫穩(wěn)態(tài)。</p><p>　　（3）由于電路中RC延時環(huán)節(jié)的作用，該暫態(tài)維持一段時間又回到原來的穩(wěn)態(tài)，暫穩(wěn)態(tài)維持的

24、時間取決于RC的參數(shù)值。</p><p>　　2.單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的特點：</p><p>　　目前使用的集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器有不可重復觸發(fā)型和可重復觸發(fā)型兩種。不可重復觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器一旦被觸發(fā)進入暫穩(wěn)態(tài)后，再加入觸發(fā)脈沖不會影響電路的工作過程，必須在暫穩(wěn)態(tài)結束后，它才能接受下一個觸發(fā)脈沖而轉入暫穩(wěn)態(tài)，比如74121、74221、74LS221都是不可重復觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。而可重復觸發(fā)的單穩(wěn)

25、態(tài)觸發(fā)器就不同了，在電路被觸發(fā)而進入暫穩(wěn)態(tài)后，如果再次加入觸發(fā)脈沖，電路將重新被觸發(fā)，使輸出脈沖再繼續(xù)維持一個Tw寬度，屬于可重復觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器有74122、74LS122、74123、74LS123等。本次實驗所用到的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器便是可以重復使用的74122觸發(fā)器。</p><p>　　3.74122的引腳圖：</p><p>　　圖2-6 74122的引腳圖</p>

26、<p>　　第三章 硬件電路的測試</p><p>　　3.1 所需器件及器件的介紹</p><p><b>　　1.實驗儀器：</b></p><p>　　光敏電阻（一個），絕緣實驗臺，5V電壓源，光敏電阻(一個);駐極體話筒(一個);運放LM358、74LS122、NE555（各一個）；發(fā)光二極管（一個）；電容（若干）；電阻（若

27、干）；導線（若干）。</p><p><b>　　2.實驗工具：</b></p><p>　　剝線鉗，鑷子，焊錫，數(shù)字萬用表，偏口鉗，電烙鐵。</p><p><b>　　3.器件的介紹： </b></p><p>　　光敏電阻：光敏電阻器是利用半導體光電導效應制成的一種特殊電阻器，對光線十分敏感，

28、它的電阻值能隨著外界光照強弱（明暗）變化而變化。它在無光照射時，呈高阻狀態(tài)；當有光照射時，其電阻值迅速減小。</p><p><b>　　電阻色環(huán)：</b></p><p>　　每種顏色代表不同的數(shù)字，如下： </p><p>　　棕1 紅2 橙3 黃4 綠5 藍6 紫7 灰8 白9 黑0 金、銀表示誤差 </p><p&g

29、t;　　各色環(huán)表示意義如下： </p><p>　　第一條色環(huán)：阻值的第一位數(shù)字； </p><p>　　第二條色環(huán)：阻值的第二位數(shù)字； </p><p>　　第三條色環(huán)：10的冪數(shù)； </p><p>　　第四條色環(huán)：誤差表示。 </p><p>　　3.2 電路工作原理及原理圖</p><p&g

30、t;　　1.工作原理：白天有光照射時，光敏電阻阻值變小，電壓比較器的輸入端5腳電壓小于6腳電壓Vcc／2，則輸出低電平并加到施密特觸發(fā)器的復位端，使輸出端OUT為低電平,122的1、2腳沒有觸發(fā)脈沖，故燈不亮；夜晚沒有燈光，則光敏電阻阻值變大，使5腳的輸入電壓大于6腳的電壓Vcc／2，此時輸出高電平，加到施密特觸發(fā)器的復位端后使復位端無效，當沒有聲音時，第一個變?yōu)殡妷焊S器，輸出為Vcc／2，并加到施密特觸發(fā)器的2腳和6腳，則使施密特觸

31、發(fā)器的輸出為高電平，而加到122單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的1腳和2腳為上升沿脈沖，故不觸發(fā)輸出無效燈不亮；當有聲音時，變?yōu)閭€聲音信號轉化為電信號，經放大器放大后，加到觸發(fā)器的2腳和6腳，使輸出為低電平，同時送給122單穩(wěn)態(tài)電路一個下降沿，使輸出為低電平，故燈發(fā)光，并且會維持5秒，然后熄滅，再有聲音時又會變亮，從而達到聲光控制的目的。</p><p><b>　　2.電路原理圖：</b></p>

32、;<p>　　圖3-1 聲光控制燈電路原理圖</p><p>　　3.3 電路的參數(shù)計算</p><p><b>　　1.電壓放大倍數(shù)</b></p><p>　　2.輸出脈沖寬度tW</p><p>　　輸出脈沖寬度就是暫穩(wěn)態(tài)維持時間，根據(jù)輸出端的電路結構和輸入端的電路結構可以求出計算輸出脈沖寬度的公式

33、：Tw≈0.69RextCext</p><p>　　通常Rext的取值在2～30K之間，Cext的取值在10Pf～10uF之間，得到的Tw范圍可達20ns～200ms,而在本次實驗中所需要的Tw值為5s，經計算后得到的電容值和電阻值分別為47uF、150K，近似等于5s,故符合要求。</p><p>　　3.4 焊接技術的介紹</p><p>　　焊接技術就是高溫

34、或高壓條件下，使用焊接材料(焊條或焊絲)將兩塊或兩塊以上的母材(待焊接的工件)連接成一個整體的操作方法。焊接技術主要應用在金屬母材上，常用的有電弧焊，氬弧焊，CO2保護焊，氧氣-乙炔焊，激光焊接，電渣壓力焊等多種，塑料等非金屬材料亦可進行焊接。</p><p>　　3.5 制成的PCB板</p><p>　　圖3-2 電路的PCB板</p><p>　　第四章 電

35、路的檢測與調試</p><p><b>　　4.1 調試過程</b></p><p>　　首先，在連接電路時要確定好電容的正負極不要接反，長引腳為正極，短引腳為負極，如果不能確定可以利用萬用表進行測量；其次要確定發(fā)光二極管的正負極，確定不要接反；再次還有光敏電阻的正負極，最后由于電源線和地線比較多，所以要確定好它們位置，以免接錯。</p><p&g

36、t;　　將接好的電路板電源線與5V電壓源連接，地線接電壓源負極，測試是否能實現(xiàn)設計要求的功能。</p><p>　　4.2 調試過程中出現(xiàn)的問題</p><p>　　1.檢測電路板的連接情況，發(fā)現(xiàn)有的地方沒有連接好，重新將其進行焊接。</p><p>　　2.在電路板焊接好后，將其接入5V電源，發(fā)現(xiàn)在有光時仍然會發(fā)光。</p><p>　　4

37、.3 問題的解決辦法</p><p>　　利用萬用表測試光敏電阻的阻值，發(fā)現(xiàn)在有光時阻值為4.2K，無光時為5.7K，相差阻值很小，故將其移動到光線比較好的地方，再次檢測，達到預期的效果。</p><p>　　4.4 該電路的優(yōu)點</p><p>　　天黑有人走過樓梯通道時，當有腳步聲或其它聲音時，樓道燈會自動點亮，提供照明，當人們進入家門或走出公寓，樓道燈延時幾分

38、鐘后會自動熄滅。在白天。即使有聲音。樓道燈也不會亮，可以達到節(jié)能的目的。聲光控延時開關不僅適用于住宅區(qū)的樓道，而且也適用于工廠、辦公樓、教學樓等公共場所，它具有體積小、外形美觀、制作容易、工作可靠等優(yōu)點，適合廣大電子愛好者自制。</p><p>　　第五章 總結與展望</p><p>　　通過這學期對樓道聲光控制燈的設計，我深刻的理解了“學以致用”這句話。正所謂“紙上談兵終覺淺，覺知此

39、事要躬行”。學習任何知識，僅從理論上去求知，而不去實踐、探索是不夠的，所以在本學期在數(shù)電剛學完之際，緊接著來一次電子電路課程設計是很及時、很必要的。這樣不僅能加深我們對電子電路的任職，而且還及時、真正的做到了學以致用。理論聯(lián)系實際是很重要的，空有理論知識而沒有實際的動手操作是不會對理論知識有進一步的了解的。通過本次的課程設計，我學到了很多東西，從自己動手設計原理圖到電路板的焊接，都是一個個需要信心和耐心的過程。在設計過程中，和老師的悉心

40、指導是分不開的，對于學生的問題，老師都很耐心的給予細致的講解。</p><p>　　通過本篇論文的設計，使我們對NE555，74122，LM358有了本質的理解，掌握了這些芯片的引腳功能、工作波形等內部構造及其工作原理。利用集成芯片連接電路調方便，功能完備。信號質量好，精度高。系統(tǒng)輸出頻率范圍較寬且經濟實用。</p><p>　　對于電路的設計，要積極培養(yǎng)自己的動手能力。在反復摸索中學會實

41、際的效果。同時小組成員之間的團結合作也是很重要的。當然，豐富的理論知識在設計中是堅固的基礎。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]《數(shù)字電子技術基礎》（第五版） 主編：閻石 高等教育出版社</p><p>　　[2]《電子技術基礎模擬部分》（第五版）主編：康華光 高等教育出版社</p>