智能灯具交互体验研究论文

课程设计说明书课程设计名称： 模拟电路课程设计 课程设计题目：声光控路灯控制系统设计－控制驱动模块 学 院 名 称： 信息工程学院 专业： 通信工程 班级： 080423 学号： 20 姓名： 龙光平 评分： 教师： 陈琼、刘敏 20 10 年 4 月 2 日模拟电路 课程设计任务书2009－2010学年 第 2 学期 第 1 周－ 2 周 题目 声光控路灯控制系统设计内容及要求1. 设计要求：①光照度强（白天）路灯不点亮，光照度暗（夜晚）路灯可由声音控制；②有声音时路灯点亮，否则不点亮。2. 电路组成框图 3. 组织安排：6人一大组，每2人一小组完成框图中的一个独立部分。进度安排1. 布置任务、查阅资料、选择方案，领仪器设备： 2天； 2. 领元器件、制作、焊接：3天3．调试＋验收： 天4. 提交报告：2009-2010学年第二学期3～7周学生姓名：刘帅、李星、龙光平、徐帮帮、陈健刚、冯希龙指导时间：第1～2周 指导地点：E楼610室任务下达 2010年 1 月16 日 任务完成 2010 年 3 月 13 日考核方式 1.评阅 √□ 2.答辩 √□ 3.实际操作√□ 4.其它√□指导教师 陈琼、刘敏 系（部）主任 陈琼摘要随着科学技术的发展，公共场所照明控制手段也将逐步更新，除现在已有的声光控开关外，还有微波感应开关和热释远红外感应开关。目前，微波感应开关的抗干扰性能尚不理想，红外感应开关在性能上较为理想，但安装复杂，比较娇气，价格也偏高，比较适合在一些管理完善的场所如宾馆、大饭店楼道及家庭走廊应用，在普通住宅楼、办公楼道等场所的照明控制考虑到价格、管理及安装方便等因素，根据我国国情，可以预计在相当一段时期内，声光控路灯将是首选的主流产品。本次课题是声光控路灯控制系统设计，此控路灯系统的设计采用模块化结构，主要由以下三个模块组成，即声音检测放大模块、光照度检测放大模块和控制驱动模块。在设计此控制系统时，采用模块化的设计思想，使设计起来更加简单、容易、条理清晰。同时调试起来也更容易。此电路是通过对外界信号的选择而使灯泡亮的功能。本电路利用LM324对信号进行放大，LM393构成比较电路，筛选信号主要用到与门7408，和继电器控制驱动，实验中灯泡用发光二极管串联一个10k的电阻代替。该声光控路灯初步评测使用还比较方便，应用也相对比较广泛。该系统在白天或者是亮度比较大的情况下不会亮，在光照度比较小的条件下遇到声响就会亮，并且持续一段时间然后自动熄灭。该电路可应用于商品房、公司等走道上，能满足这些特定场合的需要，具有广泛的应用价值。通过本次实验，加强了我对模拟电子技术的理解以及对模拟电路的应用经过初步分析、准备和老师指导，本次课题设计除在美观方面处理得不够得当之外,本次电路设计基本完成了全部的设计要求。关键字： LM324 LM393 7408 延时 目 录第一章设计要求…………………………………………………………………… 基本要求…………………………… …………………………………… 设计任务及目标 ………………………………………………………… 主要参考器件 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 2第二章 电路设计原理及单元模块•••••••••••••••••••••••••••••••••••• 设计原理••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 设计方案••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 单元模块••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 与门7408信号筛选模块 ………………………………………… multisim仿真图…………………………………………………6 三极管放大模块 ……………………………………………… 继电器驱动模块………………………………………………… 8第三章 安装与调试••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 电路的安装••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 控制驱动电路的调试•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 系统调试…………………………………………………………………11第四章 实验小结•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 心得与体会 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 结论………………………………………………………………………13参考文献•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••14附 录一••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 15附 录二••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 16第一章 设计要求 基本要求：（1）白天由于光敏电阻或其它器件控制，不受声音的影响，不工作。（2）晚，正常受声音控制，拍手之类的声音灯亮，亮后30秒熄灭； 设计任务及目标： （1）根据所学知识画出设计原理图。（2） 分析各模块电路的功能。（3）按原理图焊接好电路，然后调试，直到达到设计要求。（4）完成课程设计报告。 主要参考器件： LM324 LM393 与门7408第二章 电路设计原理与单元模块2．1 设计原理声光控路灯的控制驱动系统总体参考方案图如图2-1所示。它包括声音信号和光照度信号的筛选模块、三极管放大模块、继电器控制驱动三个模块组成。从外界进行信号混合筛选和驱动控制系统，从而达到灯泡发亮的功能。 图 声光控路灯控制驱动系统设计框图声音信号和光照信号筛选模块主要依靠与门7408对信号进行筛选只有都是高频信号才能通过。三极管放大模块是对进来的信号进行放大。继电器控制驱动模块是使信号达到灯亮的目的，从而达到实验设计要求。2．2 设计方案该课程设计的是声光控路灯控制系统。将该装置安装在楼道、走廊或卫生间等场所，在夜间或光线不足时，有人走动或发声时，灯会自动点亮，延时30S秒后自动熄灭。在白天，控制开关不通，有光时，即使有声音也不能亮。该课程设计的目的是声光控路灯控制系统的设计与制作，其主要工作方法是由声控和光控传感器来感应四周环境的变化，而做出相关的动作，从而控制照明灯的开关。白天当光线照射到光敏电阻上时，其通过感应使电路封锁声音通道，使声音脉冲不能通过，则灯泡不受声音控制，即声控传感器暂时失去作用，灯泡不亮。夜间或光线较暗时，光敏电阻因无光照呈低阻，经感应使声音通道开通，当有人走动或有人谈话时，通过声控传感器的感应，使得灯泡自动点亮，经过内部设定的时间后，灯泡自动熄灭。2．3 单元模块 与门7408模块与门又称“与电路”。执行“与”运算的基本门电路。有几个输入端，只有一个输出端。当所有的输入同时为“1”电平时，输出才为“1”电高，否则输出为“0”电平。 与的含义是∶只有当决定一件事的所有条件都具备时，这个事件才会发生。逻辑与也称逻辑乘。图 与门工作图一个与门芯片一般有14个管脚，其中分四个分块工作每个分块工作图如图2-1，其中7管脚接地，14管脚接5V的电压。信号从两个输入端输进，经信号筛选看是否出来信号。图 与门14管脚图与门表达式：F = A * B表 与门电路状态表A B F0 1 01 0 01 1 10 0 与门信号Mutisim2001的仿真图注：输入为一个高电平信号和一个低电平信号时，经过与门没有信号出来。如图所示图：低电平信号注：当输入的都是低电平信号的时，经过与门后没有信号出来。如图所示图：低电平信号图注：当输入的都是高电平信号时，经过与门后出来一个高电平信号。如图所示图：高电平信号图 三极管放大模块为了使进来的信号达到固定要求，必须对信号进行放大，所以本模块采用的是三极管9013来放大。晶体三极管（以下简称三极管）按材料分有两种：锗管和硅管。而每一种又有NPN和PNP两种结构形式，但使用最多的是硅NPN和锗PNP两种三极管，两者除了电源极性不同外，其工作原理都是相同的，本次试验使用的事NPN硅管。 对于NPN管，它是由2块N型半导体中间夹着一块P型半导体所组成，发射区与基区之间形成的PN结称为发射结,而集电区与基区形成的PN结称为集电结,三条引线分别称为发射极e、基极b和集电极c。 三极管是一种电流放大器件，但在实际使用中常常利用三极管的电流放大作用，通过电阻转变为电压放大作用。图 三极管工作原理图 继电器控制驱动模块该实验设计的最后一个驱动控制模块是继电器。 继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。 该实验设计采用的是电磁继电器。电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）吸合。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。 图 继电器原理图第三章 安装与测试 电路的安装一．电路安装要注意几个原则：1.先装矮后装高、先装小后装大、先装耐焊等等；2. 布线尽量使电源线和地线靠近实验电路板的周边，以起一定的屏蔽作用；3. 最好分模块安装。此外焊接时不能出现虚焊、假焊、漏焊，更不能出现过焊，因为有些器件，不能耐高温，比如焊接三极管时，电烙铁绝对不能停留太久。 控制驱动电路的调试 本实验调试分三部分，首先给电路一个高频信号和一个低频信号，和两个低频信号，用示波器检测与门过后是否有信号。若没有信号则说明与门工作正常。再输入两个高频信号，看输出是否有信号，若有信号则说明与门工作正常，否则就是芯片有问题需更换芯片。若有信号进来，但灯泡未亮，则可能是信号太小没有达到继电器闭合的电流限度。这是应调整三极管，增加放大倍数。 系统调试 将三个模块连接好，附上电源。看实验是否达到预定效果。若没有，则用示波器逐个检测信号，再检查是否存在虚焊的问题。直到达到实验效果。调试过程中如果发现电路不是怎么灵敏，可以调节声音检测放大系统的电位器，增加它的灵敏度。此外，还需要多次上电调试，观察电路是否有其他状况，是否有不稳定的情况发生。在调试过程中尤其要注意电路中的虚焊，如果电路不稳定，很有可能是虚焊引起的。在调试电路过程中，电路就出现了不稳定的问题，主要是灯时亮时不亮，最后发现时由于电源线虚焊了，经过重新检查和焊接，问题的得到解决。图 驱动模块实物图第四章 实验小结 心得与体会在这两周的电子技术设计中，完成了“声光控路灯控制系统设计”的课题。这是一种声音和光照双控照明灯，它可以用于楼梯、过道、库房的场合。白天光照好，不管过路者发出多大声音，都不会是灯泡发亮。夜晚光暗，电路的咪头只要检测到有碎发声响，就会自动亮为行人照明，过几分钟后又自动熄灭，节能节点。由于此电路在光线较暗时是否接通取决于声音的强弱，因此为加强其工作效应，设计了信号放大整形电路，微弱的信号经过此电路加工也能使开关工作。本次的声光控路灯的设计实践将平时学到的知识应用到了实践，深化了对模拟电子设计的认识，在设计的实践中获得新知。学习了的理论知识和实践操作，不仅仅得到的是课本上的东西，更重要的是通过自己的独立动手，老师和同学的耐心指导，学会了分析电路、设计电路的步骤以及仿真焊接等。在此设计中利用到了三极管的放大 、光敏效应，温习了LM324的知识与应用， 进一步空固和掌握前面所学的基础知识，加深对了对模拟电路的理解，对元器件的使用更加深刻。设计一开始不知如何下手，经过查阅资料和老师指导，终于成功的完成了设计。懂得了无论是生活还是学习都离不开外界的力量，当然也要有自己的努力，老师说：“做得好不好是另外一回事，但是要自己动手去做，认真思考。”这次的设计有很多的不足，做得比较辛苦效果却不是很好，很多东西平时学得也不透彻，觉得做一次课程设计从每一个细节都是在锻炼。从中收获良多，能把知识真正变成自己的东西。.结 论本设计主要通过模块化思想，逐步实现设计所需达到的功能要求：声音检测放大模块是对外界信号的感应系统。光照度检测模块主要是感应外界光照度。继电器控制驱动模块主要是为了实现对外界光信号和声音信号的感应，从而筛选出高频信号，达到灯亮的功能。此次课程设计采用的电路原理基于模拟电子电路的基本知识，模块化的设计理念是此次设计的亮点。对于信号的放大可以用LM324做，再经过延时比较出来一个感应信号。对于光照信号，采用桥式电路可以更好的采取光信号，再经过放大比较出来一个感应信号。然后由与门检测感应信号，从而达到驱动的目的而使灯发亮。该设计虽然比较粗糙，但随着能源的供应紧张化，节能的目的显得越来越重要。该设计的目的就是节能。因此该设计还是很有发展潜力的，而且控路灯相对长明灯来说方便、廉价，所以在未来的一段时间内，该设计的前景非常美好。参考文献〔1〕童诗白.模拟电子技术基础（第四版）[M].北京：高等教育出版社，2006 〔2〕高吉祥.电子技术基础实验与课程设计[M].北京：电子工业出版社，2002[3] 邱关源.电路（第五版）[M].北京：高等教育出版社，2006[4] 邓谦.低频线路指导书[M].南昌：南昌航空大学信息工程学院，2009[5] 胡斌.图表细说电子元器件[M].北京：电子工业出版社2008[6] 郑步生.Multisim2001电路设计及防真入门与应用[M].北京：电子工业出版社2008附录一 元器件清单序号 类型 型号 数量1 芯片 LM324 22 LM393 23 CD7408 14 MIC 15 继电器 9V 16 电容 104 47 47uF 18 二极管 发光二极管 19 4148 210 三极管 9013 111 电阻 200k 112 47k 113 10k 1214 2k 215 1k 116 电位器 20 117 10k 318 2k 1附录二 方案总原理实物图