声光控延时开关设计.docx

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1、-,引言1二、系统设计2三、原理描述2四、元器件的选择34.1 驻级话筒3驻级话筒的结构3驻级话筒的接法4驻级话筒的输出方式4驻极体话筒的特性参数5驻级话筒的极性判别5驻级话筒的特性参数64.2 光敏电阻器7光敏电阻的检测74.4 CD401184.5 555定时器84.6 5.1555定时器的功能。8555定时器的功能主要由两个比拟器决定。两个比拟器的输出电压控制RS触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当5脚悬空时，那么电压比拟器Cl的同相输入端的电压为2VCC/3,C2的反相输入端的电压为VCC/3。假设触发输入端TR的电压小于VCC/3,那么比拟器C2的输出为0.可使RS触发器

2、置1,使输出端OUT=L如果阈值输入端TH的电压大于2VCC/3,同时TR端的电压大于VCC/3,那么Cl的输出为0,C2的输出为1,可将RS触发器置0,使输出为低电平。84.5.2555的引脚94.6 发光二极管9芯片的开展g4.7 三极管10五、电路模块115.1 声光检测模块11声音放大电路11光控制电路115.2 逻辑门115.3 555延时环节125.4 被控制电路12六、PCB板的制作与调试126.1 pcb的绘制126.2 PCb板的制作13七课程设计总结13八、参考文献14一、引言作为对过去一段时间学习传感器的成功的检验，开展了这次传感器课程设计。这次课程设计共有六十个题目可供

3、选择，专业的每一位同学都会有一个题目，并且由自己独立完成，题目最后由抽签决定，我抽到的是声光控延时开关。声光控延时开关应用非常广泛，也是比拟常见的一种开关。楼梯口和走廊一般都会安置这样的装置，白天灯是不会亮的，只有等到晚上，而且有外界声音的输入才会使开关翻开并控制灯亮。这种装置需要的元器件不多，只要很少的模块就能实现这个功能。但是，这种装置作用却非常大，而且可以节约用电，起到了对资源合理利用的作用。二、系统设计系统受光照信号和声音信号共同控制，只有两者同时满足条件才能使逻辑门输出有用的信号，从而控制555输出高电平并延时一段时间，同时，驱动被控制电路的发光二极管点亮。三、原理描述图2声光控开关

4、原理图声光控延时开关实现在白天呈关闭状态，只有在晚上且存在声响情况下（如人的脚步声等）才开启，开启后延时一段时间后又能自动关闭。这种开关广泛应用于楼梯、走廊、公厕等公共场合作照明灯自动控制开关。声光控延时开关电路方框组成如图1所示，包括声音检测、亮度检测、判别电路、延时电路和被控制电路等几个主要局部。其工作原理如下：白天时，光敏电阻阻值很小，约为Ik欧，与光敏电阻R7串联的分压电阻是远大于R7的，因此光敏电阻输出的是低电平，即4011的6输入端输入的为低电平。此时不管有没有声音输入，4011输出的都是高电平，由555构成的单稳态触发器必须要有下降沿的输入才能输出一段脉冲，因此，白天时，不管有没

5、有声音输入，灯都不会亮。在晚间，光线很暗，光敏电阻R7呈现较高的阻值，使与非门输入端6脚变为高电平。此时与非门的输出状态将由第5脚的电平控制，这为声音的开通创造了条件。在没有声音信号时，三极管Ql工作在饱和导通状态，故与非门的第5脚为低电平，555没有下降沿的输入，故会输出低电平，发光二极管仍然处于熄灭状态。当附近有人说话或者走路等声响时，驻级话筒mic拾取声音信号，经过Cl送到Ql的基极，Ql将由饱和状态进入截止状态，此时相当于断路故三极管的集电极输出高电平。与非门的两个输入端都变为高电平，那么其输出由高电平变为低电平，即555单稳态触发器输入端由高电平变为低电平，输出端会输出一个单脉冲，脉

6、冲时间和电阻R4和电容C3的大小有关。555输出高电平会点亮发光二极管并使之延时一段时间。四、元器件的选择根据电路图，选择适宜的元器件，所选元器件如下表所示:名称编号规格名称编号规格电阻RlIOK光敏电阻R7电阻R220K驻级话筒MIC电阻R3IM三极管Ql9013电阻R4100K发光二极管LEDl绿光电阻R5IK瓷片电容ClO.luF电阻R620K集成电路555与非门4011电解电容C3100uF4.1驻级话筒驻极体话筒简称ECM,通称MIC(Microphone),是一种常用的能将声音信号转换成使用方便、寿命电信号的声一电转换器件。它的突出特点是体积小、重量轻、结构简单、因而被广 等电子电

7、 这种话筒 为此驻极长、频响宽、灵敏度高，且价格也比拟低廉。泛应用于盒式录音机、无线话筒及声控开关路中。由于输入和输出阻抗很高，所以要在外壳内设置一个场效应管作为阻抗转换器，体电容式话筒在工作时需要直流工作电压。4.1.1 驻级话筒的结构极体话筒由声电转换和阻抗变换两局部组图3驻级话筒结构图成。声电转换的关键元件是驻极体振动膜。它是一片极薄的塑料膜片，在其中一面蒸发上一层纯金薄膜。然后再经过高压电场驻极后，两面分别驻有异性电荷。膜片的蒸金面向外，与金属外壳相连通。膜片的另一面与金属极板之间用薄的绝缘衬圈隔离开。这样，蒸金膜与金属极板之间就形成一个电容。当驻极体膜片遇到声波振动时，引起电容两端的

8、电场发生变化，从而产生了随声波变化而变化的交变电压。驻极体膜片与金属极板之间的电容量比拟小，一般为几十pF。因而它的输出阻抗值很高(XC=I2tfc),约几十兆欧以上。这样高的阻抗是不能直接与音频放大器相匹配的。所以在话筒内接入一只结型场效应晶体三极管来进行阻抗变换。场效应管的特点是输入阻抗极高、噪声系数低。普通场效应管有源极(三)、栅极(G)和漏极(D)三个极。这里使用的是在内部源极和栅极间再复合一只二极管的专用场效应管。接二极管的目的是在场效应管受强信号冲击时起保护作用。场效应管的栅极接金属极板。这样，驻极体话筒的输出线便有两根。即源极S,一般用蓝色塑线，漏极D,一般用红色塑料线和连接金属

9、外壳的编织屏蔽线。4.1.2 驻级话筒的接法驻极体话筒与电路的接法有两种：源极输出与漏极输出。源极输出类似晶体三极管的射极输出。需用三根引出线。漏极D接电源正极。源极S与地之间接一电阻Rs来提供源极电压，信号由源极经电容C输出。编织线接地起屏蔽作用。源极输出的输出阻抗小于2k,电路比拟稳定，动态范围大。但输出信号比漏极输出小。漏极输出类似晶体三极管的共发射极放入。只需两根引出线。漏极D与电源正极间接一漏极电阻RD,信号由漏极D经电容C输出。源极S与编织线一起接地。漏极输出有电压增益，因而话筒灵敏度比源极输出时要高，但电路动态范围略小。RS和RD的大小要根据电源电压大小来决定。一般可在2.25.

10、1k间选用。例如电源电压为6V时，RS为4.7k,RD为2。2k。输出电路中，假设电源为正极接地时，只须将D、S对换一下，仍可成为源、漏极输出。一声控电路前置放大级中驻极体话筒的源极输出和漏极输出的两种不同的接法，最后要说明一点，不管是源极输出或漏极输出，驻极体话筒必须提供直流电压才能工作，因为它内部装有场效应管4.1.3 驻级话筒的输出方式机内型驻极体话筒有四种连接方式，对应的话筒引出端分为两端式和三端式两种，R是场效应管的负载电阻，它的取值直接关系到话筒的直流偏置，对话筒的灵敏度等工作参数有较大的影响。8二端输出方式是将场效应管接成漏极输出电路，类似晶体三极管的共发射极放大电路。只需两根引

11、出线，漏极D与电源正极之间接一漏极电阻R,信号由漏极输出有一定的电压增益，因而话筒的灵敏度比拟高，但动态范围比拟小。市售的驻极体话筒大多是这种方式连接。（SoNY用在MD上的话筒也是这类）三端输出方式是将场效应管接成源极输出方式，类似晶体三极管的射极输出电路，需要用三根引线。漏极D接电源正极，源极S与地之间接一电阻R来提供源极电压，信号由源极经电容C输出。源极输出的输出阻抗小于2K,电路比拟稳定，动态范围大，但输出信号比漏极输出小。三端输出式话筒市场上比拟少见。4. 无论何种接法，驻极体话筒必须满足一定的偏置条件才能正常工作。（实际上就是保证内置场效应管始终处于放大状态）5. 1.4驻极体话筒

12、的特性参数工作电压UdSl.512V,常用的有1.5V,3V,4.5V三种工作电流IdSo,1111A之间输出阻抗一般小于2K（欧姆）灵敏度单位：伏/帕，国产的分为4档，红点（灵敏度最高）黄点，蓝点，白点（灵敏度最低）频率响应一般较为平坦指向性全向等效噪声级小于35分贝5.1. 5驻级话筒的极性判别关于驻极体电容式话筒的检测方法是：首先检查引脚有无断线情况，然后检测驻极体电容式话筒体话筒体积小，结构简单，电声性能好，价格低廉，应用非常广泛。驻极体话筒的内部结构如下图。由声电转换系统和场效应管两局部组成。它的电路的接法有两种：源极输出和漏极输出。源极输出有三根引出线，漏极D接电源正极，源极S经电

13、阻接地，再经一电容作信号输出；漏极输出有两根引出线，漏极D经一电阻接至电源正极，再经一电容作信号输出，源极S直接接地。所以，在使用驻极体话筒之前首先要对其进行极性的判别。管，因而可利用二极管的正反向电阻特性来判别驻极 的漏极D和源极So将万用表拨至R1k档，黑表笔接任一极， 接另一极。再对调两表笔，比拟两次测量结果, 小时，黑表笔接的是源极，红表笔接的是漏极。体话筒红表笔阻值较在图4驻级话筒收录机、机等电器中广泛应用的驻极体话筒，其灵敏度直接影响送话和录放效果。这类话筒灵敏度的上下可用万用表进行简单测试。4.1.6驻级话筒的特性参数(1)工作电压(UDS)0这是指驻极体话筒正常工作时，所必须施

14、加在话筒两端的最小直流工作电压。该参数视型号不同而有所不同，即使是同一种型号也有较大的将模拟式万用表拨至RXloO档，两表笔分别接话筒两电极(注意不能错接到话筒的接地极)，待万用表显示一定读数后，用嘴对准话筒轻轻吹气(吹气速度慢而均匀)，边吹气边观察表针的摆动幅度。吹气瞬间表针摆动幅度越大，话筒灵敏度就越高，送话、录音效果就越好。假设摆动幅度不大(微动)或根本不摆动，说明此话筒性能差，不宜应用。对于三根引脚驻极体电容式话筒检测方法同上，只是黑表棒接输出引脚2脚，红表棒接引脚3脚。驻极体话筒体积小，结构简单，电声性能好，价格低廉，应用非常广泛。高分子极化膜上生产时就注入了一定的永久电荷(Q),由

15、于没有放电回路，这个电荷量是不变的，在声波的作用下，极化膜随着声音震动，因此和背极的距离也跟着变化，也就是锁极化膜和背极间的电容是随声波变化。我们知道电容上电荷的公式是Q=CU,反之U=Q/C也是成立的。驻极体总的电荷量是不变，当极板在声波压力下后退时，电容量减小，电容两极间的电压就会成反比的升高，反之电容量增加时电容两极间的电压就会成反比的降低。最后再通过阻抗非常高的场效应将电容两端的电压取出来，同时进行放大，我们就可以得到和声音对应的电压了。由于场效应管是有源器件，需要一定的偏置和电流才可以工作在放大状态，因此，驻极体话筒都要加一个直流偏置才能工作。表征驻极体话筒各项性能指标的参数主要有以下几项：离散性，通常厂家给出的典型值有L5V、3V和4.5V这3种。(2)工作电流(IDS)。这是指驻极体话筒静态时所通过的直流电流，它实际上就是内部场效应管的静态电流。和工作电压类似，工作电流的离散性也较大，通常在0.1ImA。(3)最大工作电压(UMDS)e这是指驻极体话筒内部场效应管漏、源极两端所能够承受的最大直流电压。超过该极限电压时，场效应管就会被击穿损坏。(4)灵敏度。这是