第1个回答 2010-11-20
原理设计1.1 方案选择 声光控路灯是一种与普通路灯电路不同的路灯，它比平常的路灯更“人性化”。在白天或光照强的时候它是熄灭的，可是一到晚上或者光照弱的时候灯又会自动亮起来。当它们用在走廊里时，只要有脚步声它也会亮，当安静下来时它又会熄灭，做的好的声光控路灯还有延时功能。这就省去了认为操作的繁琐，如此“人性化”的路灯正越来越取代传统路灯的地位。 这次课设我们题目的声光控路灯电路，要求是能让它在白天或光照强的时候熄灭，在晚上或光照弱的时候灯亮。声控能在晚上起作用，有声音时灯亮，并能延时 30 秒钟后等再灭，当没有声音时路灯熄灭。老师并没有像其他班的老师那样给我们题目，所以还得自己去合适的图来完成任务。最后我们两个基本符合条件的原理图，如下图所示： 图 1.1 电路原理图 1 1 图 1.2 电路原理图 2 从表面上看来，图 1.1 和图 1.2 都能满足课设的要求，刚开始我们选择的是图 1.2，因为当时还未找到图 1.1，照当时的情况看来，图 1.2 算是最符合条件的了，不过由于感觉图 1.2 的原理过于复杂，对于我们来说还有点难理解，于是我们又找到一张图，也就是我们制成板的原理图了，与图 1.2 相比，图 1.1 明显更简单，并且各不分都有说明，让人一目了然，还有一点就是图 1.2 的供电电压是220V，而图 1.1 的供电电压为 6V，为了方便检测，6V 的电压显然更好搞，所以在既满足课设条件又符合简单清爽的观念的评判下，我们最终选择了图 1.1 作为本次课设的原理图。1.2 对电路元器件及原理的分析1.2.1 对电路元件 CD4011 的介绍 图 1.3 CD4011 引脚线图 2 如图 1.3 所示为 CD4011 内部引脚线的图，因为该元件为本电路最复杂的元器件，所以先对它进行一点介绍。 CD4011 是四-2 输入与非门集成电路，它的内部由 4 个与非门组成，它具有功耗低，抗扰能力强，电源电压范围宽广等特点，而且附加输出缓冲器，因此输入输出特性得到改善，当负荷增加而引起的传输时间变化被控制在最小限度。特别要注意图 1.3 中所示， Vcc 和 Vss 是接直流电源的，这是保障该元件正常工作的不可缺少的条件。1.2.2 电源部分 为了方便使用，本次我们使用了 4 节干电池充当电源，电压源并联了一个电容 C1，它能改善电源的内阻，减小电源的内阻，尤其是在电池使用较久，电压降低时。C1 可是 使声控放大电路继续发挥较好的作用。1.2.3 声控部分 如图 1.3 所示，该部分主要用到了三极管和压电陶瓷片，由于当时我们去买元器件时店里没有它卖，所以我们便用蜂鸣器代替了它，它们二者都能充当传感器的作用。当外界有一定声响时，它的输出电压给三极管的 BE 极残生 I b ，C 极点位下降，与非门 1A 的输出端变为高电压；当响声消失时，1A 的输出端又回复到低电位。 该部分中 R1 的阻值为 2 M Ω，三极管的 C 极连接可变电阻 W，调节这个电阻使 C 极的起始电压处在比与非门电路 1A 输入阀值略高一点的电位。1A 的初始状态，由于两个输入端都是高电位，所以输出端都是低电位。1.2.4 光控部分 该部分主要由一个光敏电阻 LR 和单排阵 T3-4 组成。 单排阵大概相当与一个开关的作用。当把它上面的“帽子”拿掉后该部分就断开了，当它戴上“帽子”后又会导通，再看光敏电阻 LR 的作用：当环境有一 3定亮度时， LR 的阻值很小，所以 2Ab 处于低电位，不论 2A5 是什么电位，2A的输出总是高电位 ，二极管 4148 因为电压反偏而截止， 和 R4 下端始终处于 C2高电位，也就是使 3A，4A 的四个并联输入端都处于高电位，它们的输出端处于低电位，所以电路在亮的环境下不论出现多大强度音响 LE 都不会发光。1.2.5 延时部分 该部分主要由一个 47uF 有极性的电容 C2 和 2MΩ的阻值的电阻 R4 并联组成。 C2 的上端为“”极，因此其下端是低电位，不过由于 R4 与之并联，且 R4上端连接电源正极，显然 C2 下端的低电位并不能维持很久，它的下端的电位会慢慢升高，当电位达到或者超过阀值时，其后面的两个与非门会发生翻转，此时输出端又变成了低电位，LED 会熄灭。如果没有 C2，那么下端的低电位可以很快上升，电容使上升过程变慢，这就是电路的延时功能。1.2.6 发光部分 本次课设中，我们没有选用灯泡，而是选择了发光二极管 LED，它们在本实验中可以互换，因此我们选择了更便宜，小巧的发光二极管，当它两端流过电流时它就会发光。2.布置电路板上元器件及焊制 虽然我们选用的原理图比较简单，可其实却并不那么简单，因为原理图上的4 个与非门是分开画的，并没有显示出它们的联系，而实际上它们却是连在一起的一个一个元器件，这就大大增加了焊制的难度。 为了方便后面的焊制，我们采取的是先布元器件，后焊制的方式，先布管脚多的 CD4011，然后再把每个管教引出来连接的元器件放在它周围，这种方式有背于我们平常分析和观察电路的惯用思维——即从电源一极看过去，逐个分析元器件，虽然有点不习惯这种思维方式，但不可否认，这确实使电路布置得更加有条理了，从而避免了混乱，这是最重要的。 4 剩下的就是焊制了，由于我们都是新手，从前都没焊过电路板，所以如何把电路焊好就成了急需解决的问题，开始的时候，我用电烙铁怎么都不能把锡粘到电路板上，锡总是积成一团，好像老是要跟我作对，这就大大放缓了我们的制版速度，还好我们在一次次的“失败”中渐渐摸索出了它的习性，必须先对锡加热，然后再凭借自己的“手感”来 慢慢搞定它，若是发现电烙铁老师不能使锡融化的话，我们可以试着粘几下松香，然后你就会发现事情突然变得简单多了。就这样折腾了半天，一块电路板终于被我们焊制完成了，心里总算松了口气，这个半成品已足以让我们兴奋好一阵了。3.硬件的调试 一块电路板出来后最让人激动的时候终于到来了。 我们从自己的收音机里取出了 4 节干电池，把它装在了电路中，便成了本次 ，整个电路也就基本完成了。剩下的只有调试了。可是当我课设的“点睛之笔”们拨动开关时，发光二极管却怎么也不亮。这到底是哪出了问题呢？没办法，大伙只能把焊的密密的电路板再从头到尾检查一遍了，好在不一会就发现了问题所 “罪魁祸首”原来是 CD4011 的“帽子”在， ，早焊完板子后我们忘记把它放上去了。这下可算了却了一桩心事。我们首先进行的是光控测试，当整个电路处在强光的照射下时，发光二极管慢慢变暗了下来。可是当我们把它放在被子里观看时，它又会变得亮起来，而且明显比刚才亮了很多。光控成功，后来进行的声控就不是很明显了，不过整个电路板还算满意，毕竟这是我们第一次焊电路板。还没有完全失败对我们来说已经算是成功了。我相信以后有经验了一定会做的更好。4.对电路的改进 虽然我们本次课设选用的电路有很多优点，不过它还是有些不足的地方。 对于电源部分，因为我们所用的是 6V 的直流电源，这使试验变得方便了很多，但在现实生活却不能派上用场，因为电厂电压是 220V 的交流电，所以我们可以在将输入改成 220V 的交流电时改变其他元器件的参数，使之成为能在马路，楼梯等公共场所使用的声光控延时路灯。 5 对于发光部分，为了产生更好的照明效果，我们可以将发光二极管换成一个适当功率的灯泡，并与之串联一个一定阻值的电阻，这样在既保证了发光效果的同时又可以防止灯泡因功率过大而损坏。5.心得体会 我们这组人这次的题目是声光控路灯电路。老师什么也没给我们，除了题目和要求，所以当时遇到的第一个问题就是解决电路图的问题。所以我们便在网上去搜了了。说是互联网这个东西很强大，可是想要找出这样一个电路原理图却不是很简单的一件事。选择图的基本要求是：既要满足题目要求，又不能太复杂，还要我们基本能看懂。结果找了半天才找到一个合适点的，剩下的就是买元件和焊板子了。 刚开始还以为我们选的电路比较简单，后来焊东西的时候才发现也不尽然。电路图上画了 4 个与非门，实际上它们却是一个东西，而且也就那么小一点，一个 CD4011 有 14 个引脚线，要是真焊起来可有点棘手啊！如果焊的不好便很容易短路的。所以还得非常小心。因为我们可并不是为了完成任务而随便交一块板子上去的，大家花了这么多时间就必须用心把它做好，在焊前得先把各个元器件的位子布置一下，有些不需要用导线连起来的就可以摆在一起，让电路板自带的铜线将他们连接起来。这样可以避免过多的滥用导线。在这么小的板子上多连一根导线都会让电路变得看不清楚，所以这部的操作是不可缺少的。由于我们都是新手，所以还不是很熟练，元器件都是些小东西，在焊的时候很容易从反面掉下来，所以还得同组的一个同学用手拖住，虽然不是很顺手，不过还是蹑手蹑脚地把一个一个元器件焊在了板子上，这可真是一件细活，既需要经验又需要耐心，对我们来说还真是一种很好的锻炼。 经过一天的折腾，一块声光控路灯电路板终于在我们手中诞生了，当我们检测时却老有问题，发光二极管总是不亮，大家顿时无语了。一天的劳动成果岂能这样被浪费掉？没办法，还得自己把焊制的密密麻麻的电路再从头到尾检查一遍，好在不一会就发现了问题的所在。“罪魁祸首”原来是 CD4011 的“盖子”，实际的物品 CD4011 是由上下两部分组成的，在焊制电路板的时候为了方便我们 6没把它们合在一起，在焊完后却忘记把它放上去了。一切搞定，一块基本成功的声光控电路诞生了，在此刻我们也能松口气了。 经过这次模电课设，我发现团队合作和内次年是多么重要，缺少了它们我们将很难完成任何一项任务。好在我们组的人都不缺少，在动手能力争抢了的同时也加强了同学们之间的合作和友谊，这真是一举两得的事，同时我也发现了自己的动手能力不是很足，经常显得很笨拙，还好有同学的耐心指导我才能完成，所以我今后一定要加强动手能力方面的锻炼。因为动手能力对我们这个专业来说是非常重要，只有动手能力强的人才能在以后的社会生活中占得一席之地。