数电课程设计 声控灯设计_数电课程设计声控开关
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声光控延时照明灯的设计
一、设计目的本次设计是以实践性为课题，起到巩固所学知识，加强综合能力，培养电路设计能力，提高实验技术，启发创新思想的效果。
用声光控延时开关代替住宅小区的楼道上的开关，只有在天黑以后，当有人走过楼梯通道，发出脚步声或其它声音时，楼道灯会自动点亮，提供照明，当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、教学楼等公共场所，它具有体积小、外形美观、制作容易、工作可靠等优点。
二、方案设计
电路由直流供电电路、控制电路、延时电路三部分组成。控制电路采用基本数字逻辑单元进行设计。
直流供电电路 由D1-D4组成桥式整流电路。交流220V电压经桥式整流桥后变成脉动的直流电，供后续电路工作。
控制电路由四与非门CD4011、驻极体话筒BM、光敏电阻R5、三极管9014、单向可控硅SCR等元器件组成。由CD4011的选定的输出端控制晶闸管的关闭，从而控制整个灯的关灭。光敏电阻在白天时，电阻值小，CD40011输出永远为低电平，晶闸管为低电压，不导通，灯不亮。光敏电阻在夜晚时阻值大，光敏电阻与声音信号的有无一起控制CD4011的输出。夜晚当有声音时，声音信号经过放大，与光敏电阻控制的CD40011输出为高电平，晶闸管导通，灯亮。无声音信号时，不亮。
延时电路 有电容C和电阻R的冲放电里控制。
三、电路设计及理论分析
1、原理框图
图1 声控灯原理框图
图2 声控电路原理图
2．单元电路设计及分析
电路由直流供电电路、控制电路、延时电路三部分组成。2.1 直流供电电路
直流供电电路由D1-D4组成桥式整流电路。交流220V电压经桥式整流桥后变成脉动的直流电，供后续电路工作。
2.2 控制电路
控制电路由四与非门CD4011、驻极体话筒BM、光敏电阻R5、三极管9014、单向可控硅SCR等元器件组成。
白天，由于光敏电阻R5阻值低，其两端电压低，CD4011的一脚为低电平，3脚即变成高电平，导致11脚为低电平，即单向可控硅控制极G为低电平，单向可控硅截止，灯泡不亮。
夜晚，由于光敏电阻没有受到阳光照射，其阻值很高，两端电压较高，即1脚变成高电平，此时3脚的状态受2脚控制，若2脚为高电平，则3脚为低电平，若2脚为低电平，则3脚位高电平。
当驻极体接收到声音信号后，经C1的滤波作用，被三极管Q1放大，当被放大的信号达到峰值时，此时2脚即便为高电平，3脚变为低电平，11脚高电平，单向可控硅控制极变成高电平，单向可控硅导通，灯泡点亮。
当驻极体没有接收到声音信号时，2脚为低电平，灯泡不亮，工作原理类同白天情况。
2.3 延时电路
由C3、R7组成，通过C3的充放电来维持灯泡的点亮状态，延时的时间由C3的容量及R7的阻值来决定。
3、整个电路的工作原理分析
图5 电路的工作原理详细框图
声光控延时开关的电路原理图见图2所示。电路中的主要元器件是使用了数字集成电路CD4011，其内部含有4个独立的与非门VD1~CD4，使电路结构简单，工作可靠性高。顾名思义，声光控延时开关就是用声音来控制开关的“开启“，若干分钟后延时开关“自动关闭”。因此，整个电路的功能就是将声音信号处理后，变为电子开关的开动作。明确了电路的信号流程方向后，即可依据主要元器件将电路划分为若干个单元，由此可画出图5电路的工作原理详细框图来分析图2。
声音信号(脚步声、掌声等)由驻极体话筒BM接收并转换成电信号，经C1耦合到9014的基极进行电压放大，放大的信号送到与非门(VD1)的2脚，R3、R6是9014的偏置电阻，C2是电源滤波电容。为了使声光控开关在白天开关断开，即灯不亮，由光敏电阻R5等元件组成光控电路，R4和R5组成串联分压电路，白天光敏电阻两端的电压低，不管有没有声音信号传来，CD4011的3号端口始终为低电平，整个CD4011输出端11号端口为低电平，晶体闸始终处于断开状态，灯不亮。夜晚环境无光时，光敏电阻的阻值很大，R5两端的电压高，即CD401，改变R7或C3的值，可改变延时时间，满足不同目的。VD3和VD4构成两级整形电路，将方波信号进行整形。当C3充电到一定电平时，信号经与非门VD3、VD4后输出为高电平，使单向可控硅导通，电子开关闭合；C3充满电后只向R7放电，当放电到一定电平时，经与非门VD3、VD4输出为低电平，使单向可控硅截止，电子开关断开，完成一次完整的电子开关由开到关的过程。
二极管D1～D4将交流220v进行桥式整流，变成脉动直流电，又经R3降压，C2滤波后即为电路的直流电源，为BM、9014、IC CD4011等供电。
四、心得体会
通过此次课程设计，学习到了如何应用理论知识验证并解决实际生活中遇到的相关问题以及各种元器件的工作原理和实际应用，使之受益匪浅。
