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1、-楼道声控灯课程设计作业-第 9 页电子技术基础（模拟部分）光控路灯控制器的设计学生姓名：刘腾艳专 业：电气工程及其自动化班 级：电器四班 学 号：1416301053指导教师：郭宇 第一章 内容摘要光电子技术是继微电子技术之后近30年来迅猛发展的综合性高新技术。1962年半导体激光器的诞生是近代科学技术史上一个重大事件。经历十多年的初期探索，从70年代后期起，随着半导体光电子器件和硅基光导纤维两大基础元件在原理和制造工艺上的突破，光子技术与电子技术开始结合并形成了具有强大生命力的信息光电子技术和产业。光电子技术是一个比较庞大的体系，它包括信息传输，如光纤通信、空间和海底光通信等；信息处理，如
2、计算机光互连、光计算、光交换等；信息获取，如光学传感和遥感、光纤传感等；信息存储，如光盘、全息存储技术等；信息显示，如大屏幕平板显示、激光打印和印刷等。20世纪60年代激光问世以来，最初应用于激光测距等少数应用，到70年代，由于有了室温下连续工作的半导体激光器和传输损耗很低的光纤，光电子技术才迅速发展起来。现在全世界敷设的通信光纤总长超过1000万公里，主要用于建设宽带综合业务数字通信网。以光盘为代表的信息存储和激光打印机、复印机和发光二极管大屏幕现实为代表的信息显示技术称为市场最大的电子产品。人们对光电神经网络计算机技术抱有很大希望，希望获得功耗的、响应带宽很大，噪音低的光电子技术。光电子技
3、术也是一个非常宽泛的概念，它围绕着光信号的产生、传输、处理和接收，涵盖了新材料（新型发光感光材料，非线性光学材料，衬底材料、传输材料和人工材料的微结构等）、微加工和微机电、器件和系统集成等一系列从基础到应用的各个领域。光电子技术科学是光电信息产业的支柱与基础，涉及光电子学、光学、电子学、计算机技术等前沿学科理论，是多学科相互渗透、相互交叉而形成的高新技术学科。第二章 系统整体设计2.1 光控制路灯控制器课程设计的目的1. 能够全面的巩固和应用课程中所学的基本理论的基本方法，并初步掌握综合系统设计的基本方法。2. 培养独立思考、独立准备资料、独立设计规定功能的综合设计能力。3. 培养独立进行试验
4、，包括电路布局、安装、调试和排除故障的能力。4. 培养书写综合设计实验报告的能力。2.2 光控制路灯控制器的设计任务与要求利用光照的强度作为路灯的起控点，实现光线较亮时，自动关闭，晚上光线较暗时，自动开启路灯的控制。了解常用路灯控制的各种方法，及各自的优缺点，通过相互的比较，确定设计方案，同时加以电路的设计与分析，完成设计任务。2.3 设计中各电路原理的介绍一声控电路图及原理1.电路图: 图2-1 声控电路图2.原理:声控电路是把声音转换为电信号,利用放大电路将该电信号放大从而驱动其他电路工作.3.电路框图:二光控电路图及原理 1.电路图: 图2-2 光控电路图2.原理: 当有光照射到光敏电阻
5、时，其阻值减小（几十K左右），使电压比较器5脚电压为0V，输出为低电平；反之光敏电阻没有光照时，其阻值增大（几M），使电压比较器5脚电压大于6脚电压，输出为高电平。 三NE555构成的施密特触发器1.NE555的电路图： 图2-3 NE555的结构图及其引脚图工作过程：当2脚，即比较器A2的反相输入端加进电位低于VDD的触发信号时，则VT9、VTll导通，给双稳态触发器中的VTl4提供一偏流，使VTl4饱和导通，它的饱和压降Vces箝制VTl5的基极处于低电平，使VTl5截止，VTl7饱和，从而使 VTl8截止，VTl9导通，VT20完全饱和导通，VT21截止。因此，输出端3脚输出高电平。此时
6、，不管6端(阈值电压)为何种电平，由于双稳态触发器(VTl4-VTl7)中的47k电阻的正反馈作用(VTl5的基极电流是通过该电阻提供的)，3脚输出高电平状态一直保持到6脚出现高于VDD 的电平为止。当触发信号消失后，即比较器A2反相输入端2脚的电位高于VDD，则VT9、VTll截止，VTl4因无偏流而截止，此时若6脚无触发输入，则VTl7的Vces饱和压降通过4.7k电阻维持VTl3截止，使VTl7饱和稳态不变，故输出端3脚仍维持高电平。同时，VTl8的截止使 VT6也截止。当触发信号加到6脚时，且电位高于VDD时，则VTl、VT2、VT3皆导通。此时，若2脚无外加触发信号使VT9、VTl4
7、截止，则 VT3的集电极电流供给VTl5偏流，使该级饱和导通，导致VTl7截止，进而VTl8导通，VTl9、VT2。都截止，VT21饱和导通，故3脚输出低电平。当6脚的触发信号消失后，即该脚电位降至低于VDD时，则VTl、VT2、VT3皆截止，使VTl5得不到偏流。此时，若2脚仍无触发信号，则 VTl5通过4.7k电阻得到偏流，使VTl5维持饱和导通，VTl7截止的稳态，使3脚输出端维持在低电平状态。同时，VTl8的导通，使放电级 VT6饱和导通。通过上面两种状态的分析，可以发现：只要2脚的电位低于VDD，即有触发信号加入时，必使输出端3脚为高电平；而当6脚的电位高于 VDD时，即有触发信号加
8、进时，且同时2脚的电位高于VDD时，才能使输出端3脚有低电平输出。4脚为复位端。当在该脚加有触发信号，即其电位低于导通的饱和压降0.3V时，VT8导通，其发射极电位低于lV，因有D3接入，VTl7为截止状态，VTl8、VT21饱和导通，输出端3脚为低电平。此时，不管2脚、6脚为何电位，均不能改变这种状态。因VT8的发射极通过D3及VTl7的发射极到地，故VT8的发射极电位任何情况下不会比1.4V电压高。因此，当复位端4脚电位高于1.4V时，VT8处于反偏状态而不起作用，也就是说，此时输出端3脚的电平只取决于2脚、6脚的电位。3.NE555组成的施密特触发器：将NE555的2脚与6脚接在一起，就
9、构成了施密特触发器。4. 施密特触发器的电路图和波形图： 图2-4 施密特触发器的电路图及波形图四LM3581.LM358的引脚图： 图2-5 LM358的引脚图2.LM358的介绍：LM358 内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。五741221.74122的工作原理：（1）稳态触发器只有一个稳定状态，一个暂稳态。（2）在外加脉冲的作用下，单稳态触发器可以从一个稳定状态翻转到一个暂稳
10、态。（3）由于电路中RC延时环节的作用，该暂态维持一段时间又回到原来的稳态，暂稳态维持的时间取决于RC的参数值。2.单稳态触发器的特点：目前使用的集成单稳态触发器有不可重复触发型和可重复触发型两种。不可重复触发的单稳态触发器一旦被触发进入暂稳态后，再加入触发脉冲不会影响电路的工作过程，必须在暂稳态结束后，它才能接受下一个触发脉冲而转入暂稳态，比如74121、74221、74LS221都是不可重复触发的单稳态触发器。而可重复触发的单稳态触发器就不同了，在电路被触发而进入暂稳态后，如果再次加入触发脉冲，电路将重新被触发，使输出脉冲再继续维持一个Tw宽度，属于可重复触发的单稳态触发器有74122、7
11、4LS122、74123、74LS123等。本次实验所用到的单稳态触发器便是可以重复使用的74122触发器。3.74122的引脚图：第三章 硬件电路的测试3.1 所需器件及器件的介绍1.实验仪器：光敏电阻（一个），绝缘实验台，5V电压源，光敏电阻(一个);驻极体话筒(一个);运放LM358、74LS122、NE555（各一个）；发光二极管（一个）；电容（若干）；电阻（若干）；导线（若干）。2.实验工具：剥线钳，镊子，焊锡，数字万用表，偏口钳，电烙铁。3.器件的介绍： 光敏电阻：光敏电阻器是利用半导体光电导效应制成的一种特殊电阻器，对光线十分敏感，它的电阻值能随着外界光照强弱（明暗）变化而变化。
12、它在无光照射时，呈高阻状态；当有光照射时，其电阻值迅速减小。电阻色环：每种颜色代表不同的数字，如下： 棕1 红2 橙3 黄4 绿5 蓝6 紫7 灰8 白9 黑0 金、银表示误差 各色环表示意义如下： 第一条色环：阻值的第一位数字； 第二条色环：阻值的第二位数字； 第三条色环：10的幂数； 第四条色环：误差表示。 3.2 电路工作原理及原理图1.工作原理：白天有光照射时，光敏电阻阻值变小，电压比较器的输入端5脚电压小于6脚电压Vcc2，则输出低电平并加到施密特触发器的复位端，使输出端OUT为低电平,122的1、2脚没有触发脉冲，故灯不亮；夜晚没有灯光，则光敏电阻阻值变大，使5脚的输入电压大于6脚
13、的电压Vcc2，此时输出高电平，加到施密特触发器的复位端后使复位端无效，当没有声音时，第一个变为电压跟随器，输出为Vcc2，并加到施密特触发器的2脚和6脚，则使施密特触发器的输出为高电平，而加到122单稳态触发器的1脚和2脚为上升沿脉冲，故不触发输出无效灯不亮；当有声音时，变为个77777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777声音信号转化为电信号，经放大器放大后，加到触发器的2脚和6脚，使输出为
14、低电平，同时送给122单稳态电路一个下降沿，使输出为低电平，故灯发光，并且会维持5秒，然后熄灭，再有声音时又会变亮，从而达到声光控制的目的。2.电路原理图： 图3-1 声光控制灯电路原理图3.3 电路的参数计算1.电压放大倍数2.输出脉冲宽度tW输出脉冲宽度就是暂稳态维持时间，通常Rext的取值在230K之间，Cext的取值在10Pf10uF之间，得到的Tw范围可达20ns200ms,而在本次实验中所需要的Tw值为5s，经计算后得到的电容值和电阻值分别为47uF、150K，近似等于5s,故符合要求4. 该电路的优缺点天黑有人走过楼梯通道时，当有脚步声或其它声音时，楼道灯会自动点亮，提供照明，当
15、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、办公楼等公共场所，它具有体积小、外形美观、制作容易、工作可靠等优点。缺点是电路较复杂，可以简化电路，还有就是造价比较昂贵。第四章 总结与展望通过这学期对楼道声光控制灯的设计，我深刻的理解了“学以致用”这句话。正所谓“纸上谈兵终觉浅，觉知此事要躬行”。学习任何知识，仅从理论上去求知，而不去实践、探索是不够的，所以在本学期在模拟电子刚学完之际，来一次电子电路课程设计是很及时、很必要的。这样不仅能加深我们对电子电路的任职，而且还及时、真正的做到了学以致用。理论联系实际是很重要的，空有理论知识而没有实际的动手操作是不会对理论知识有进一步的了解的。通过本次的课程设计，我学到了很多东西，都需要信心和耐心通过本篇论文的设计，使我们对模拟电子有了本质的理解。对于电路的设计，要积极培养自己的动手能力。更要在反复摸索中学会实际的效果。参考文献 1电子技术基础模拟部分（第五版）主编：康华光 高等教育出版社2电子技术基础课程设计主编：任为民 中央广播电视大学出版社，19973实验电子技术 主编：李振声 国防工业出版社，2003 4电工基础主编：覃小珍电子工业出版社