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毕业论文题目走廊自动照明灯设计作者学号院专业电气自动化技术班级电气自动化G0811指导者评阅者年月毕业设计(论文)中文摘要走廊自动照明灯电摘要声光触摸控制照明灯开关,能自动控制白天开关、夜晚亮灯、人走灯灭具有灵敏、低耗、性能稳定、使用寿命长、节能等特点这里介绍了声、光、触摸控制自动延时节能开关综合了声、光和延时控制,工作稳定、节电并可延长灯泡寿命在白天或光线较强的场合即使有较大的振动声响也能控制灯泡不亮;晚上或光线较暗时遇到声响、振动后灯自动点亮经过约一分钟时间可设定灯泡自动熄灭可用于楼梯、厕所等公共场所照明灯的自动管理本文阐述了简单的声光触摸控制照明灯开关的制作选择声敏传感器、光敏传感器和磁敏传感器作为基本元件光敏电阻声控传感器和触摸传感器三种传感器形成了声控、光控和触摸三种控制的电路板利用布局和布线规则完成了电路板的制作实现了电子开关的三种控制,实验结果实现了对灯的控制关键词传感器,声控,光控,触摸电路板,性能稳定,节能目录TOC\o1-3\h\z\u1引言12走廊自动照明灯概述13方案的论证14走廊自动照明灯工作原理
34.1声控自动照明灯原理3图3声音感应、放大电路
44.2光控自动照明灯原理5图5光控自动照明灯原理图
54.3触摸控制自动照明灯原理65电路板的焊接
65.1印刷版的设计要求
65.2印刷版的线路设计
85.3印刷版的焊接设计86调试及故障分析10结论11致谢12参考文献131引言走廊自动照明灯,集声控、光控和触摸控制于一身,使公共场所和居民居住区的公共楼道灯在白天时不亮,晚上闻声自亮,待人走后,几分钟(时间可调节)后自动关闭,既方便,又省电公共场所和居民居住区的公共楼道普遍使用机械手动开关由于各种原因往往出现许多灯泡点亮长明的现象故使灯泡寿命短浪费电量为国家、单位、个人造成经济损失另外,由于频繁开关或其他人为因素,墙壁开关的损坏率很高,既增大了维修量、浪费了资金,又容易造成事故隐患因此,设计研制一种电路新颖、安全节电、结构简单、__方便的声光触摸三控白炽灯节能自动开关显得相当有必要以往的声控开关大多都是应用模拟电子技术进行设计,分立元件多,不可靠,如今单片机技术已经相当成熟,运用单片机可以设计出智能型的声控开关,电路设计好后,运用软件编程来实现其功能,灵活方便,修改简单目前许多声控开关的平均使用寿命不长,主要是因为电路作频繁的开关,启动电流非常大,导致功率元件可控硅由于过载而损坏本文中采用开关电压过零保护技术,可消除白炽灯开启瞬间的大电流冲击,有效地防止可控硅元件启动时的电流过载,大大的延长了开关的使用寿命,并且可以起到保护灯泡的作用2走廊自动照明灯概述运用声控传感器、光控传感器和触摸控制技术来控制等的点亮和熄灭声、光、触摸三控照明灯是一款简单、实用的照明灯控制电路,即可以由声、光控制,也可以由人体触摸控制将该装置__在走廊,楼道等场所,在夜间光线暗时,有人走动或发声时,灯会自动点亮并延时数分钟(时间可调节)后方自动熄灭在白天,若触摸电极片,则照明灯也会受触发而点亮3方案的论证声、光、触摸三控照明灯的电路原理图如图1所示,整个控制电路由电源、声控制、光控制、触摸控制、延时、继电器驱动等电路部分组成交流220V电压经电源变压器T降压、整流桥堆UR整流、C4滤波及IC1稳压后,在C5两端产生5V直流电压,供给继电器和整个控制电路使用图1声、光、触摸三控照明灯电路原理图接通电源后,整个控制电路工作在待机状态,非门D5输出低电平,使晶体管VT截止,继电器K的常开触点不吸合,照明灯EL不亮当有人走近照明灯或有声响发出时,传声器BM将声音__变换成电__,此电__经非门D1构成的交流线性放大器放大后,经非门D2反相后输出高电平,使非门D3的输出端变为低电平,二极管VDl导通,非门D5的输出端变为高电平,使晶体管VT饱和导通,继电器K的常开触点K1吸合,照明灯EL发光在白天,即使有人脚步声或其他声响,也不会有高电平加人非门D3的输人端,因为光敏电阻器RL受光照而电阻值变小,非门D3的输人端始终为低电平,输出端也保持高电平,二极管VD1和晶体管VT均处于截止状态,照明灯EL不亮夜晚,光敏电阻器RL的电阻值变大,此时若传声器BM拾取到声音__,则会有高电平加至非门D3的输人端,使二极管VD1和晶体管VT导通,继电器K的常开触点吸合,照明灯EL点亮不管白天和夜间,只要用手触摸电极片M后,人体感应__将使非门D4的输人端变为高电平,其输出端变为低电平,又使二极管VD2导通,非门D5的输人端变为低电平,输出端变为高电平,晶体管VT饱和导通,K1吸合,照明灯EL点亮在二极管VD1或VD2导通瞬间,电容器C3通过VD1或VD2被迅速充电,非门D5的输入端立即为低电平;当非门D3或D4的输出端由低电平变为高电平(随后又同时变为低电平)使VD1或VD2截止时,电容器C3通过电阻器R5缓慢放电,使非门D5的输人端仍维持一段时间的低电平,照明灯EL不会马上熄灭,直到C3放电结束,D5输入端变为高电平,输出端变为低电平,晶体管VT截止,继电器K释放,照明灯EL才熄灭元器件选择:IC1选用LM7805型三端集成稳压器;IC2选用CD4069型六非门数字集成电路VT选用9013或8050型硅NPN__率晶体管,要求电流放大系数β>100UR选用2A50V整流桥堆,或用四只1N5401硅整流二极管桥式连接后代替VD1一VD3均选用1N4148开关二极管C1和C2选用CL11-63V型涤纶电容器;C3一C5均选用CD11-16V型电解电容器RL选用MG45-13或MG45-33型光敏电阻器其余各电阻器选用RTX-1/4W碳膜电阻器RPl选用WH7-A型立式微调电位器BM选用CM-18W型高灵敏度驻极体传声器T选用220V/6V、low__成品电源变压器,要求长时间空载运行不过热4走廊自动照明灯工作原理
4.1声控自动照明灯原理声控自动照明灯原理图图2声控电路图3声音感应、放大电路图4单稳态电路声控自动照明灯原理分析图2为声控电路部分,由图3声音感应、放大电路和图4单稳态电路构成图4中三极管VT
2、VT3及其电阻、电容器组成了单稳态电路电阻R3为三极管VT2提供了基极电流;而三极管VT3的基极电流则是从三极管VT2的集电极电阻R4上得到的三极管VT2集电极与三极管VT3基极之间是直接耦合的;而三极管VT3集电极与三极管VT2基极之间的耦合则是由电容器C2来完成的电阻R4是三极管VT2的集电极负载三极管VT3的集电极负载是电阻R5单稳态电路的特点是它只有一个稳定状态电路在没有__输入时选择合理的R3使三极管VT2稳定在饱和状态此时它的集电极电压约为
0.3V以下这样使三极管VT3稳定在截止状态这就是单稳态电路的稳定状态当一个负脉冲通过C1到达三极管VT2的基极时三极管VT2开始趋向截止它的集电极电流减小集电极电压升高;经过直接耦合使三极管VT3的基极电压升高三极管VT3开始导通它的集电极电压下降;经电容C2的藕合又使三极管VT2的基极电压进一步下降虽然这时负脉冲已经不再存在形成一个正反馈很快达到一个新的状态此时三极管VT2截止三极管VT3饱和导通这就是单稳态电路的暂稳态现象单稳态电路的暂稳态是不能持久的在暂稳态期间电容器C2通过电阻R3进行放电随着放电的进行三极管VT2的基极电压逐渐升高当它达到
0.5V以上时三极管VT2开始导通正反馈现象再次发生整个电路很快又回到VT2饱和导通VT3截止的稳定状态电容C2通过电阻R3的放电过程决定了电路暂稳态的维持时间根据计算这个时间t=
0.7×R3×C2在本电路中电阻R3为510KΩ电容C2为47μF所以t≈17s.根据这个公式改变电阻R3或电容C2的参数可以延长或缩短电路的延迟时间电路复原后电容器C2通过电阻R5和三极管VT2的发射结进行充电充电完成后电路才可以接收下一次的触发电路中的B是一只驻极体传声器它能将声音__转变为电__驻极体传声器压所转换的电__较微弱只有通过由三极管VT1组成的放大器把微弱的__进行放大后才能去触发单稳态电路放大后__中的负脉冲作用在三极管VT2的基极上时可以使单稳态电路翻转在电路稳态过程下单稳态电路三极管VT2导通三极管VT3截止三极管VT3的集电极为高电平接在它上面的三极管VT4是PNP型三极管所以三极管VT4没有导通继电器不工作一旦外界的声音来触发电路单稳态电路中三极管VT2基极受到负脉冲的作用而截止单稳态电路处在了暂态的过程中这时三极管VT3导通它的集电极电压下降导致与它连接的三极管VT4导通继电器吸合,LED电路导通从而灯亮
4.2光控自动照明灯原理光控自动照明灯原理图图5光控自动照明灯原理图光控自动照明灯原理分析光敏二极管性质当有光照时(达到一定强度)相当于断路,当无光照时,相当于导线如图5当有光照D2时,三极管VT6的基极与R10的交叉点断路,VT6截止,从而VT5也截止当无光照时,VT6导通,其集电极电压接入VT5基极使其导通,VT5发射极的电压触发继电器吸合LED电路通路(之所以这样设计,是为了直接实现光控功能也可以将光控作为电路的总开关)
4.3触摸控制自动照明灯原理触摸控制自动照明灯原理图图6触摸控制自动照明灯原理图触摸控制原理分析触摸控制原理在搞懂单稳态电路原理的基础上,很好的利用单稳态电路的性质尝试了触摸控制的实现,经试验得到了两个点可以通过触摸来控制的即R6电阻两端(VT3的集电极和VT4的基极),取的是VT4基极,这样有利于我焊接分布元件如图6,当人体触摸A点时,人体感应电压使得VT4的基极电压降低,VT4导通继电器吸合,LED发光其熄灭原理与声控电路相同5电路板的焊接
5.1印刷版的设计要求
1、正确这是印制板设计最基本、最重要的要求,准确实现电原理图的连接关系,避免出现“短路”和“断路”这两个简单而致命的错误这一基本要求在手工设计和用简单CAD软件设计的PCB中并不容易做到,一般的产品都要经过两轮以上试制修改,功能较强的CAD软件则有检验功能,可以保证电气连接的正确性
2、可靠这是PCB设计中较高一层的要求连接正确的电路板不一定可靠性好,例如板材选择不合理,板厚及__固定不正确,元器件布局布线不当等都可能导致PCB不能可靠地工作,早期失效甚至根本不能正确工作再如多层板和单、双面板相比,设计时要容易得多,但就可靠而言却不如单、双面板从可靠性的角度讲,结构越简单,使用面越小,板子层数越少,可靠性越高
3、合理这是PCB设计中更深一层,更不容易达到的要求一个印制板组件,从印制板的制造、检验、装配、调试到整机装配、调试,直到使用维修,无不与印制板的合理与否息息相关,例如板子形状选得不好__困难,引线孔太小装配困难,没留试点高度困难,板外连接选择不当维修困难等等每一个困难都可能导致成本增加,工时延长而每一个造成困难的原因都源于设计者的失误没有绝对合理的设计,只有不断合理化的过程它需要设计者的责任心和严谨的作风,以及实践中为断总结、提高的经验
4、经济这是一个不难达到、又不易达到,但必须达到的目标说“不难”,板材选低价,板子尺寸尽量小,连接用直焊导线,表面涂覆用最便宜的,选择__最低的__厂等等,印制板制造__就会下降但是不要忘记,这些廉价的选择可能造成工艺性,可靠性变差,使制造费用、维修费用上升,总体经济性不一定分理处,因此说“不易”“必须”则是市场竞争的原则竞争是无情的,一个原理先进,技术高新的产品可能因为经济性原因夭折注意事项
1、要有合理的走向如输入/输出,交流/直流,强/弱__,高频/低频,高压/低压等,它们的走向应该是呈线形的或分离,不得相互交融其目的是防止相互干扰最好的走向是按直线,但一般不易实现,最不利的走向是环形,所幸的是可以设隔离带来改善对于是直流,小__,低电压PCB设计的要求可以低些所以“合理”是相对的
2、选择好接地点小小的接地点不知有多少工程技术人员对它做过多少论述,足见其重要性一般情况下要求共点地,如前向放大器的多条地线应汇合后再与干线地相连等等现实中,因受各种限制很难完全办到,但应尽力遵循这个问题在实际中是相当灵活的每个人都有自己的一套解决方案如能针对具体的电路板来解释就容易理解
3、合理布置电源滤波/退耦电容一般在原理图中仅画出若干电源滤波/退耦电容,但未指出它们各自应接于何处其实这些电容是为开关器件门电路或其它需要滤波/退耦的部件而设置的,布置这些电容就应尽量靠近这些元部件,离得太远就没有作用了有趣的是,当电源滤波/退耦电容布置的合理时,接地点的问题就显得不那么明显
4、线条有讲究有条件做宽的线决不做细;高压及高频线应园滑,不得有尖锐的倒角,拐弯也不得采用直角地线应尽量宽,最好使用大__敷铜,这对接地点问题有相当大的改善
5.2印刷版的线路设计
1.电源线设计根据印制线路板电流的大小,尽量加租电源线宽度,减少环路电阻同时、使电源线、地线的走向和数据传递的方向一致,这样有助于增强抗噪声能力
2.地线设计的原则1数字地与模拟地分开若线路板上既有逻辑电路又有线性电路,应使它们尽量分开低频电路的地应尽量采用单点并联接地,实际布线有困难时可部分串联后再并联接地高频电路宜采用多点串联接地,地线应短而租,高频元件周围尽量用栅格状大__地箔 2接地线应尽量加粗若接地线用很纫的线条,则接地电位随电流的变化而变化,使抗噪性能降低因此应将接地线加粗,使它能通过三倍于印制板上的允许电流如有可能,接地线应在2~3mm以上3接地线构成闭环路只由数字电路组成的印制板,其接地电路布成团环路大多能提高抗噪声能力
5.3印刷版的焊接设计1.手工焊接方法手工焊接是传统的焊接方法,虽然批量电子产品生产已较少采用手工焊接了,但对电子产品的维修、调试中不可避免地还会用到手工焊接焊接质量的好坏也直接影响到维修效果手工焊接是一项实践性很强的技能在了解一般方法后要多练;多实践才能有较好的焊接质量手工焊接握电烙铁的方法有正握、反握及握笔式三种焊接元器件及维修电路板时以握笔式较为方便手工焊接一般分四步骤进行
①准备焊接:清洁被焊元件处的积尘及油污再将被焊元器件周围的元器件左右掰一掰让电烙铁头可以触到被焊元器件的焊锡处以免烙铁头伸向焊接处时烫坏其他元器件焊接新的元器件时应对元器件的引线镀锡
②加热焊接:将沾有少许焊锡和松香的电烙铁头接触被焊元器件约几秒钟若是要拆下印刷板上的元器件则待烙铁头加热后用手或银子轻轻拉动元器件看是否可以取下
③清理焊接面:若所焊部位焊锡过多可将烙铁头上的焊锡甩掉注意不要烫伤皮肤也不要甩到印刷电路板上!用光烙锡头沾些焊锡出来若焊点焊锡过少、不圆滑时可以用电烙铁头蘸些焊锡对焊点进行补焊
④检查焊点:看焊点是否圆润、光亮、牢固是否有与周围元器件连焊的现象2.造成焊接质量不高的常见原因
(1)焊锡用量过多形成焊点的锡堆积;焊锡过少不足以包裹焊点冷焊焊接时烙铁温度过低或加热时间不足焊锡未完全熔化、浸润、焊锡表面不光亮不光滑有细小裂纹如同___一样!
(2)夹松香焊接焊锡与元器件或印刷板之间夹杂着一层松香造成电连接不良若夹杂加热不足的松香则焊点下有一层黄褐色松香膜;若加热温度太高则焊点下有一层碳化松香的黑色膜对于有加热不足的松香膜的情况可以用烙铁进行补焊对于已形成黑膜的则要吃净焊锡清洁被焊元器件或印刷板表面重新进行焊接才行
(3)焊锡连桥指焊锡量过多造成元器件的焊点之间短路这在对超小元器件及细小印刷电路板进行焊接时要尤为注意
(4)焊剂过量焊点明围松香残渣很多当少量松香残留时可以用电烙铁再轻轻加热一下让松香挥发掉也可以用蘸有无水酒精的棉球擦去多余的松香或焊剂
(5)焊点表面的焊锡形成尖锐的突尖这多是由于加热温度不足或焊剂过少以及烙铁离开焊点时角度不当浩成的6调试及故障分析电路的调试在起初选用三个控制电路的时候,三个电路的工作电压是不同的触摸与声控合并后,难点就在于光控与其他两个电路的整合(将三个__直接控制继电器吸合的__加在一个控制点)当时在实验的时候,第一次灯控电路直接无效,无法实现光控功能作出几种假设
一、光控电路放大__不足以使继电器吸合
二、单稳态电路间接影响了VT5发射极的电试,经多次调节两个电路电阻,最后可以光控,但光控同样会被单稳态电路锁定17秒而与预想的控制不同这个原因很明显,光控电路触发了单稳态电路,使其稳定状态受破坏LED的发光情况间接的由单稳态电路控制用万用表测各节点电压发现在声控和触摸都没激发单稳态的时候,光控__一旦过大,VT5发射极的高电平__将直接加在VT4的集电极,这样可能是使单稳态电路的稳态被破坏的直接原因通过多次控制D2的进光量观察,最后解决了电路的融合还有在刚开始进行声控电路调试时,须很大的声音才可以触发LED发光,很明显,声音__的放大还不够触发单稳态电路肯定是放大电路放大不够,然后翻开以前的模电书找到放大电路的章节重新设置了R1和R2,起初由于设置阻值不合理,光控电路会被锁定多次调节测试找到了一个适中的声控点结论本文详细介绍了通过详细介绍了声光触摸控制电子开关的工作原理和作用,在分析声光触摸控制电子开关特性的基础上,结合电路的工作原理,设计出声光触摸控制电子开关,了解并掌握了声光触摸控制电子开关的制作方法以及其用途,具有灵敏、低耗、性能稳定、使用寿命长、节能等特点这里介绍声、光控制自动延时节能开关综合了声、光和延时控制、工作稳定、节电并可延长灯泡寿命致谢在本文即将完成之际,本人借此机会特向尊敬的导师**老师表示真挚的感谢!在选题及撰写论文过程阶段,感谢老师在百忙之中对我的悉心指导和大力支持,才使我圆满完成论文初稿撰写我的导师是一个乐于助人、待人真诚、品德高尚、平易近人、值得尊敬的人在此,本人再一次对全体老师在求学期间的指导和帮助表示衷心的感谢!参考文献
[1]吴旗.《传感器与自动检测技术》.高等教育出版社
[2]季顺宁.《电工电路设计与制作》.电子工业出版社
[3]邱寄帆,唐程山.《数字电子技术》.人民邮电出版社
[4]周雪.《模拟电子技术》.西安电子科技大学出版社。