基于单片机的声光控节电开关的设计

五邑大学本科毕业 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 I 摘 要 随着社会的不断进步，人们对低碳生活逐步认识和接受，并从很多方面开始关注，尤 其是在环保上做出了很多努力。利用声音和光线的强弱来控制开关的断开或者闭合的电子 产品来能够有效的降低能耗，节约能源。它不仅适用于住宅区的楼道，而且适用于工厂、 办公室、教学楼等公共场所。因此，声光控制开关，在我们的低碳生活中，将起到重要作 用。 本毕业设计就是针对目前的情况而设计的。一种简单的通过声音和光线来控制继电器 的断开闭合，从而达到开关的自动断开、闭合功能，其具有很强的适用性。该设计主要由 STC89C51单片机、±15V和 5V的电压源电路、声音的接收放大控制电路、光信号的接收 放大控制电路以及继电器的驱动电路组成。测试结果证明该系统性能稳定、操作方便，具 有较高的实用价值。 本文对控制系统的组成、硬件和软件的设计、工作原理进行了详细的论述。 关键词 单片机；声音控制；光控制；自动开关 五邑大学本科毕业设计 II Abstract With the development of society, people gradually understand and accept low-carbon life, and begin to pay attention in many ways.People has made a lot of effort especially in environmental protection. The strength of using sound and light to control switch disconnected or closed electronic products can reduce energy consumption and save energy effectively. It not only applies to residential areas of the corridor, but also applies to factories, offices, school buildings and other public places. Therefore, the sound and light control switch, in our low-carbon life, will play an important role. The graduation project is designed for the current situation. It achieves the function of automatic switching off and closing by opening or closing the relay in a simple way which is controlled through sound and light. It has strong applicability. The design is composed mainly by STC89C51 microcontroller, ± 15V and 5V voltage source circuit, the sound of the receiving and enlargement of the control circuit, the optical signal of the receiving and enlargement of the control circuit and relay drive circuit. Test results show that the system is stable, easy to operate and it has high practical value. In this paper, composition of the control system, the design of hardware and software and working principle are discussed in detail. Key words Single chip microcomputer Sound Control Light Control Automatic switch 五邑大学本科毕业设计 III 目 录 摘 要 ·············································································································································· I Abstract ·········································································································································· II 第 1章 绪论 ································································································································· 1 1.1 课题背景 ······················································································································· 1 1.2 研究目的和意义 ··········································································································· 1 1.3 国内外概况 ··················································································································· 1 1.4 本论文主要内容 ··········································································································· 1 第 2章 电路中用到的元器件 ····································································································· 3 2.1 驻极体话筒 ··················································································································· 3 2.2 光敏电阻 ······················································································································· 3 2.3 51单片机 ······················································································································ 4 2.4 电磁继电器 ··················································································································· 6 2.5 本章小结 ······················································································································· 7 第 3章 电路原理图的设计 ········································································································· 8 3.1 引言 ······························································································································· 8 3.2 系统 设计方案 关于薪酬设计方案通用技术作品设计方案停车场设计方案多媒体教室设计方案农贸市场设计方案 ··············································································································· 8 3.2.1 系统设计的原理框图 ························································································ 8 3.2.2 系统设计的原理框图解析 ················································································ 8 3.3 系统模块功能简介 ······································································································· 9 3.3.1 电源电路 ············································································································ 9 3.3.2 光控电路 ·········································································································· 10 3.3.3 声控电路 ·········································································································· 11 3.3.4 单片机控制电路 ······························································································ 12 3.3.5 继电器驱动电路 ································································································ 13 3.4 本章小结 ····················································································································· 13 第 4章 参数计算 ······················································································································· 14 4.1 电源电路 ····················································································································· 14 4.2 声控电路 ····················································································································· 14 4.3 光控电路 ····················································································································· 15 4.4 继电器驱动电路 ········································································································· 15 第 5章 系统软件设计 ··············································································································· 16 五邑大学本科毕业设计 IV 5.1 引言 ····························································································································· 16 5.2 程序设计步骤 ············································································································· 16 5.3 软件开发环境 ············································································································· 16 5.4 软件总体设计框架 ····································································································· 17 5.4.1 整体的软件设计 ······························································································ 17 5.4.2 单片机源程序 ·································································································· 17 5.5 本章小结 ····················································································································· 18 第 6章 系统安装调试 ··············································································································· 19 6.1 系统的安装 ················································································································· 19 6.1.1 电路板制作 ······································································································ 19 6.1.2 元器件焊接技术 ······························································································ 19 6.1.3 全面检查 ·········································································································· 20 6.2 电路调试 ····················································································································· 20 6.3 本章小结 ····················································································································· 20 结 论 ··········································································································································· 21 参 考 文 献 ································································································································· 22 致 谢 ··········································································································································· 23 附录 1 ············································································································································ 24 附录 2 ············································································································································ 25 附录 3 ············································································································································ 26 附录 4 ············································································································································ 27 五邑大学本科毕业设计 1 第 1章 绪论 1.1 课题背景 随着科学技术的发展，公共场所照明控制手段也将逐步更新，除了现在已经有的声光 控制开关外，还有微波感应开关和热释远红外感应开关。目前，微波感应开关的抗干扰性 能尚不理想，红外感应开关在性能上较为理想，但安装复杂，比较娇气，价格也偏高，比 较适合在一些管理完善的场所，如宾馆、大饭店楼道及居家走廊应用，在普通住宅楼、办 公室通道等场所的照明控制考虑到价格、管理及安装方便等因素，根据我国过去，可以预 计在相当一段时期内，声光控制开关将是首选的主流产品。 1.2 研究目的和意义 研究目的：通过这次的课题研究希望使自己在理清它的发展脉络上进一步了解它的发 明原理，将平时所学习的理论知识和技能运用到实际生活当中，这对提高自己的动手能力、 创新意识，以及锻炼我们的思维活动是一个很大的帮助。同时，通过这次的研究希望提高 自己对社会普通科学知识的了解；增强自身的只是见解和设计论文的方法。 研究意义：用声光控制开关代替一般的开关，只有在天黑以后，并且有声音时才能使 继电器导通，使得电路导通，否则延迟一段时间继电器就会自动断开，而白天开关总是断 开的。因此节电效率很高，达到 80％，全自动智能控制，接线简单，安装方便，是公共场 所照明开关的理想选择。 1.3 国内外概况 声光控制开关节能控制电路是在 90年代逐渐出现在人们日常生活中，最先的声光技 术应用是在国防科技上，后来根据人们生活水平的提高，逐步用于民用科技上。在科技发 达的今天，无论是在人们的日常生活中，还是在工农业生产，科学研究和国防建设中，都 广泛的使用者种类繁多的电路。 随着全球经济的发展，声光控制开关的应用将会是各种各样的节能照明器材的理想选 择。因此，声光控制开关将有着广阔的前景，对提高人们的生活水平，生活环境的质量， 节约能源有很多的帮助。它是目前发展比较成熟的电子产品，已普遍用于生活当中。 1.4 本论文主要内容 全文 企业安全文化建设方案企业安全文化建设导则安全文明施工及保证措施创建安全文明校园实施方案创建安全文明工地监理工作情况 共分为五大章，其主要内容和章节安排如下： 第 1章，绪论。提出了本课题的选题背景、目的和意义，以及对国内外的现状进行了 综述。 五邑大学本科毕业设计 2 第 2章，红外线的概述及研究。这章充分地介绍了红外线的基本原理。还介绍了红外 线发射与接收的一些基本特征。对发射以及接收进行了详细的分析。 第 3章，电路原理图的设计。此章是论述了本设计硬件的主要组成部分。首先讲述了 本设计的总体设计；接着对各部分组成电路的原理进行了介绍；同时，还对各部分的功能 进行了详细的分析。 第 4 章，系统软件设计。重点分析了 51 单片机编程的问题。对各部分的功能实现的 程序流程图进行了分析。 第 5章，系统安装调试。主要介绍了电路的安装，以及硬件和软件的调试过程。 最后结论部分对上述几章的内容进行了归纳和总结。 五邑大学本科毕业设计 3 第 2章 电路中用到的元器件 2.1 驻极体话筒 驻极体话筒属于电容式话筒的一种，声电转换的关键元件是驻极体振动膜。当声波输 入时，驻极体膜片随声波的强弱而振动，使电容极板间的距离发生变化，引起电容量 C发 生变化，因为驻极体两侧的电荷来变，因此电容两端的电压（UC=Q／C）发生变化，从而 实现了声电转换。由于振动引起的输出电压的变化量较小，所以要在电容的后面加一个效 应管进行放大，提高话筒的灵敏度，同时场效应管还可以与音频放大器匹配。 驻极体话筒的外形和内部电路如图 2.1-1所示： （a） 外形图 （b） 内部结构图 图 2.1-1 驻极体话筒的外形和内部电路 2.2 光敏电阻 光敏电阻器是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变 的电阻器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。光敏电阻器一般用于光的测 量、光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化）。常用的光敏电阻器硫化镉 光敏电阻器，它是由半导体材料制成的。光敏电阻器的阻值随入射光线（可见光）的 强弱变化而变化，在黑暗条件下，它的阻值（暗阻）可达 1~10M 欧,在强光条件（100LX） 下，它阻值（亮阻）仅有几百至数千欧姆。光敏电阻器对光的敏感性（即光谱特性） 与人眼对可见光的响应很接近，只要人眼可感受的光，都会引起它的阻值变化。 图 2.2-1光敏电阻原理图 五邑大学本科毕业设计 4 2.3 51单片机 本系统中选用 MCS-51 单片机，它是在一块芯片中集成了 CPU、RAM、ROM、定时 器/计数器和多种功能的 I/O 线等一台计算机所需要的基本功能部件。MCS-51 单片机与其 的前一代产品 MCS-48单片机相比，结构更先进，功能更强，在 MCS-48的基础上增加了 更多的电路单元和指令，指令数达 111条。MCS-51系列单片机主要有 8031、8051和 8751 类型产品，这里选用的是与这三种系列类型的单片机功能都是差不多的 STC89C51。 主要性能参数： ·与MCS-51产品指令系统完全兼容 ·4k字节在系统编程（ISP）Flash闪速存储器 ·1000次擦写周期 ·4.0－5.5V的工作电压范围 ·全静态工作模式：0Hz－33MHz ·三级程序加密锁 ·128×8字节内部RAM ·32个可编程I／O口线 ·2个16位定时／计数器 ·6个中断源 ·全双工串行UART通道 ·低功耗空闲和掉电模式 ·中断可从空闲模唤醒系统 ·看门狗（WDT）及双数据指针 ·掉电标识和快速编程特性 ·灵活的在系统编程（ISP字节或页写模式） 图 2.3-1 STC89C51单片机引脚图 五邑大学本科毕业设计 5 功能特性概述： STC89C51 提供以下标准功能：4K 字节Flash 闪速存储器，128字节内部RAM，32个 I/O 口线，看门狗（WDT），两个数据指针，两个16 位定时／计数器，一个5 向量两级 中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，STC89C51可降至0Hz 的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允 许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM 中的内容， 但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。 引脚功能说明（见图2.3-1）。 ·VCC：电源电压 ·GND：地 ·P0口：P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，也即地址／数据总线复用口。作为输 出口用时，每位能驱动8个TTL逻辑门电路，对端口写“l”可作为高阻抗输入端用。在访 问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用， 在访问期间激活内部上拉电阻。在F1ash编程时，P0口接收指令字节，而在程序校验时，输 出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。 ·P1口：Pl 是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，Pl的输出缓冲级可驱动（吸收或 输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口写“l”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平， 此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时 会输出一个电流（IIL）。Flash编程和程序校验期间，Pl接收低8位地址。 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 2.3-1 P3口第二功能 端口引脚 第二功能 P1.5 MOSI(用于ISP编程) P1.6 MISO(用于ISP编程) P1.7 SCK(用于ISP编程) P3.0 RXD（串行输入口） P3.1 TXD（串行输出口） P3.2 /INTO（外中断0） P3.3 /INT1（外中断1） P3.4 T0（定时/计数器0外部输入） P3.5 T1（定时/计数器1外部输入） P3.6 /WR（外部数据存储器写选通） P3.7 /RD（外部数据存储器读选通） ·P2 口：P2 是一个带有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P2 的输出缓冲级可驱动 （吸收或输出电流）4 个TTL逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉 到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部 五邑大学本科毕业设计 6 信号拉低时会输出一个电流（IIL）。在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器 时，P2口送出高8位地址数据。在访问8 位地址的外部数据存储器时，P2 口线上的内容（也 即特殊功能寄存器（SFR）区中P2寄存器的内容），在整个访问期间不改变。Flash编程或 校验时，P2亦接收高位地址和其它控制信号。 ·P3 口：P3 口是一组带有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口。P3 口输出缓冲级可驱 动（吸收或输出电流）4 个TTL逻辑门电路。对P3口写入“l”时，它们被内部上拉电阻拉 高并可作为输入端口。作输入端时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流（IIL）。P3 口除了作为一般的I/O口线外，更重要的用途是它的第二功能，如表2.3-1所示。P3口还接收 一些用于Flash闪速存储器编程和程序校验的控制信号。 ·RST：复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单 片机复位。WDT 溢出将使该引脚输出高电平，设置SFR AUXR的DISRT0 位（地址8EH） 可打开或关闭该功能。DISRT0位缺省为RESET输出高电平打开状态。 ·ALE／PROG：当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输 出脉冲用于锁存地址的低8位字节。即使不访问外部存储器，ALE 仍以时钟振荡频率的1 ／6 输出固定的正脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当 访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。对F1ash存储器编程期间，该引脚还用于输入 编程脉冲（PROG）。如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH 单元的D0 位置位，可禁止ALE 操作。该位置位后，只有一条M0VX和M0VC指令ALE才会被激活。 此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE无效。 ·PSEN：程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89S51 由 外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲。当 访问外部数据存储器，没有两次有效的PSEN信号。 ·EA／VPP：外部访问允许，欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H~FFFFH）， EA端必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存 EA端状态。如EA端为高电平（接Vcc端），CPU则执行内部程序存储器中的指令。F1ash 存储器编程时，该引脚加上+12V的编程电压Vpp。 ·XTALl：振荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端。 ·XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。 ·中断寄存器：各中断允许控制位于IE寄存器，5个中断源的中断优先级控制位于IP 寄存器。 2.4 电磁继电器 电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加 上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力 吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开 触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返 回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）释放。这样吸合、释放，从而 五邑大学本科毕业设计 7 达到了在电路中的导通、切断的目的。对于继电器“常开、常闭”触点，可以这样来 区分：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状 态的静触点称为“常闭触点”。 （a）工作原理图 （b）外形图 图 2.4-1 驻极体话筒的外形与结构 2.5 本章小结 本章主要介绍了声光控制电路中用到的关键性元器件。包括驻极体话筒以及其工作原 理、光敏电阻及其工作特性、电磁继电器及其工作原理和 51单片机的详细介绍。 五邑大学本科毕业设计 8 第 3章 电路原理图的设计 3.1 引言 本毕业设计的硬件设计的重点在于光信号和声音信号的接受控制电路、单片机的最小 电路以及继电器的驱动电路。光信号控制电路部分采用光敏电阻对光进行接收，并经过放 大输出给单片机；声音信号控制电路采用驻极体话筒来采集声音，经过放大输出给单片机； 单片机把处理好的信号发送给继电器驱动电路，来控制继电器的导通或者断开。基于上述 的特点，设计主要分三部分：一是，对光和声音的采集控制；二是，单片机对采集信号的 处理；三是，继电器驱动电路。 3.2 系统设计 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 3.2.1 系统设计的原理框图 图 3.2-1 系统设计原理框图 3.2.2 系统设计的原理框图解析 在电源电路，首先将 220V的交流电压经过 15V变压器变成 15交流电，再经 LM7812、 LM7912 和 LM7805 转换成±12V 与 5V 直流电源，电源电路给声控电路、光控电路、 STC89C52单片机最小系统电路以及继电器驱动； 五邑大学本科毕业设计 9 声控电路通过话驻极体话筒将声音转化成电信号，经电容耦合到三极管的基极，通过 控制三极管的饱和、截止来控制输出电平的高低，然后输送到单片机； 光控电路通过光照改变光敏电阻的阻值大小来控制三极管的饱和、截止，在经过 LM358的运放来控制电平的高低，再输送到单片机； 单片机根据声控电路、光控电路输入的信号来判断继电器的断开或者连接，单片机也 控制继电器连接的延迟时间。 单片机的输出的电流比较小，不能够驱动继电器的闭合断开，继电器驱动由三极管组 成给单片机的输出电流进行补偿，来驱动继电器的闭合。 3.3 系统模块功能简介 本系统由 AT89S52单片机构成主控部分，对各种信息进行分析、处理，完成对各种信 号的控制。系统主要包括 AT89S52单片机，声控电路，光控电路，继电器驱动电路。 3.3.1 电源电路 本课程设计使用的是 12± V双电源和+5V单电源的两级电路。如图 3.3-1所示： 图 3.3-1 直流电源电路 电源电路由变压、整流、滤波、稳压 四部分构成。变压电路由普通的电源变压器组 成，将 220V 的交流电转换成低压交流电；整流电路由一个桥式整流组成，将低压交流电 转换成脉动直流电；滤波电路由滤波电容 C1和 C2构成，滤除交流成分，增加直流成分； 稳压电路主要由 7812，7912 和 7805 三个集成稳压器，输入端电容 C3 和 C4 和输出端电 容 C5，C6，C7，C8构成，集成稳压器利用负反馈进一步稳定经过滤波后的电压，输出端 电容用以改善负载的瞬态效应，消除电路的高频噪声，同时具有消振的作用；发光二极管 五邑大学本科毕业设计 10 LED作为电源指示，电阻R1作为限流电阻保护发光二极管。除此之外，单排CON1，CON2， CON4和 CON3作为电源和地的输出端。 3.3.2 光控电路 由光敏电阻，滑动变阻器，电阻，NPN三极管及运算放大器 LM358组成，如下图 3.3-2 所示： 图 3.3-2 光控电路 当光敏电阻受光照时，电阻减小，运放同向输入端为低电平；当光照较弱时，电阻增 加，运放同向输入端为高电平。光控电路的输出信号经过电压跟随器后，将比较微弱的电 流信号放大到单片机能够识别的电流，然后由运放输出端将放大后的信号传给单片机的 I/O 口。 电路图中的集电极电阻 R17作为限流电阻，保护三极管；调节变阻器 T2能够改变基 极电流 bi ，从而控制发射结和集电极电流，进而控制整个光控电路对光信号的灵敏度。 五邑大学本科毕业设计 11 3.3.3 声控电路 图 3.3-3 声控电路图 如图 3.3-3 所示，拾音电路将声音转换成微弱的电压信号。然后，微弱的电压信号经 过两级放大成伏级的电压，电压通过迟滞比较器转变成单片机识别的方波信号,经过双向稳 压管变成 5± V的方波，然后传给单片机的 I/O口。 拾音电路由小型麦克和限流电阻组成，自制 5V 电源向其提供驱动电流；两级放大电 路由两级共射单管放大组成，前级是 NPN管，后级是 PNP管；迟滞比较器的正向阈值电 压为： 𝑉th+ = 𝑅13+𝑅15+𝑇1𝑅15+𝑇1 𝑉𝑅𝑅𝑅 + 𝑅13𝑅15+𝑇1 𝑉𝑍 负向阈值电压为： 𝑉th− = 𝑅13+𝑅15+𝑇1𝑅15+𝑇1 𝑉𝑅𝑅𝑅 − 𝑅13𝑅15+𝑇1 𝑉𝑍 由图 3.3-3可知，𝑉𝑅𝑅𝑅 = 0𝑉，故： Vth+ = R13R15+T1 VZ Vth− = − R13R15+T1 VZ （3-1） 可以通过阈值电压的设置来消除两级放大的噪声，防止噪声对产生方波信号的干扰， 从而消除噪声对单片机的干扰，增强对有用信号的识别。 电阻 R15=200KΩ，非常大，延长电容放电时间。 五邑大学本科毕业设计 12 3.3.4 单片机控制电路 主要用 STC89C51单片机最小系统板。单片机及其外围电路见图 3.3-4。由 5V电源给 单片机供电，该芯片的 P3.0—P3.4用作无线接收模块的输入端口，由于 PT2272输出的是 高电平，所以在程序初始化后，P3.0—P3.4为均低电平。 其他端口的作用为： P1.6 作为光控信号的输入口； P3.4 作为升空信号的输入口； P1.7 作为继电器驱动电路的输出口；（高电平有效）； P3.0和 P3.1是 STC89C51的串口，实现上电复位程序下载。 图 3.3-4 单片机控制电路 STC89C51 中有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1 和 XTAL2 分别是该放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体 或陶瓷谐振器一起构成自激振荡器。外接石英晶体（或陶瓷谐振器）及电容Cl6、C17 接 在放大器的反馈回路中构成并联振荡电路。对外接电容Cl6、C17 虽然没有十分严格的要 求，但电容容量的大小会轻微影响振荡频率的高低、振荡器工作的稳定性、起振的难易程 序及温度稳定性。如果使用石英晶体，我们推荐电容使用30pF±10pF，而如使用陶瓷谐振 器，建议选择40pF±10pF。用户也可以采用外部时钟，这里我使用的是30pF电容，12MHz 的晶体振荡器。 由于没有外部的 ROM，所以 EA与外部电源相连接，置高电平，直接读取 ROM。连 接如图 3.3-4所示。 五邑大学本科毕业设计 13 3.3.5继电器驱动电路 将开关电路的负载改为继电器，即变成继电器驱动电路。如图 3.3-5所示： 图 3.3-5 继电器驱动电路 运放同相输入端 CON13与单片机相连，电压跟随器将微弱的单片机 I0口输出电流放 大，提高带负载能力，使电流能够驱动三极管，但为防止电流过大烧坏三极管，因此加上 限流电阻 R12，从而通过三极管的开关作用来驱动继电器。 LED2用来显示继电器的状态，当继电器闭合是 LED2亮，但继电器断开是 LED2灭， 当开关的负载为电动机或者继电器等感性负载时，在截断流过负载的电流时（晶体管 进入截止状态时），会产生感应电动势（楞次定律）。这时产生的电压非常大。当这种电压 超过晶体管的VCBO，VCEO时，晶体管将会被击穿。因此给继电器并上一个二极管，将集电 极的电位钳制在(VCC+0.5)V左右，防止三极管被击穿。 3.4 本章小结 由图 3.3-1至图 3.3-5可知，声光控节能灯电路声控电路（由声音拾取电路、放大电路、 滞回比较器构成），光控电路（电压跟随器），单片机控制电路（由延时电路和逻辑与电 路构成），继电器驱动电路及电源电路等部分组成；其中，声控电路和光控电路是整个电 路的核心部分。声控电路首先是将MIC输出的微弱声音信号进行放大，然后转换成方波信 号，最后通过单片机的比较输出来控制继电器的导通，进而控制灯的亮灭。 五邑大学本科毕业设计 14 第 4章 参数计算 4.1电源电路 由于集成稳压器输出端为 12± V和 5V，则输入端至少为 15V，因此选择 220V转 15± V 的变压器和 7815，7915和 7805的集成稳压管。因为本次电路的电流都为毫安级别的，选 择最大输出电流为 1A的集成稳压管，能完全达到电路要求。 滤波电容一般越大越好，一般选取 2200u或 1000u，在这里选择 1000u的电容；输入 端电容 C5和 C6用以抵消输入端的电感效应，以此防止自激震荡和电源高平脉冲的干扰， 一般取 0.1u 至 1u，在这里选取 0.33u 的电容。输出端电容一般取一大一小，选取 0.1u 和 100u的电容。 4.2 声控电路 驻极体话筒将声音信号转换为电信号，其大小为几毫伏，话筒使用 5V 电源驱动，电 阻 R2 为限流电阻。电阻太大，导致驱动电流太小；电阻太小，导致电流太大，故设定电 阻为 2K。 两级直接耦合放大电路放大倍数𝐴𝑉 = 𝐴𝑉14 ∙ 𝐴𝑉13； 而𝐴V14 = −𝛽14(𝑅8//𝑅𝐿1)𝑅𝐵𝐵14+(1+𝛽14)𝑅𝐵 (𝑅𝐵𝑅14 = 200 + （𝛽1+1）26mv𝐼𝐵1 ， RL1为二级的输入电阻) 𝐴V13 = −𝛽2𝑅13𝑅𝐵𝐵13+(1+𝛽13)𝑅𝐵13 (𝑅𝐵𝑅13 = 200 + （𝛽2+1）26mv𝐼𝐵13 ) （4-1） 设定AV=2000，IC14=IC13=1Ma，IB13=3mA， 2000VA = ，β14=β13=100 𝑉𝐵 = 𝑅5𝑅5+𝑅6 𝑉𝐶𝐶，取VB=0.83V，则R6/R5=5，又因基极电流比较小，故取R6=150K， R5=30K； 𝑉𝑅14 = 𝑅8 = 𝑉𝐵−𝑉𝐵𝐵𝐼𝐵 = 130R，取R8=100； 𝑅𝐵𝑅 = 200 + （𝛽14+1）26mv𝐼𝐵14 = 2.8𝐾，𝑅𝐿1 = 𝑅𝐵𝑅13 = 200 + （𝛽2+1）26mv𝐼𝐵13 = 1.5K； 在输入交流信号时，电容接通，电阻被短接，此时RE14=0；代入式（4-1）得： 𝑅𝐿1𝑅𝐿2 = 7100𝐾(𝑅𝐿1′ = 𝐿1//𝑅𝐶14，𝑅𝐿2′ = 𝐿2//𝑅𝐶13)，而取RC14=5K，则RL1=1K，RL2=7.1K, 取RC13=15K。 三极管采用互补对称的 9013与 9012完全满足要求。 将其代入电路算得AV=2902。 由于两级放大电路存在噪声，经测量大约为 5mV左右，需要加迟滞比较器，设置合适 的阈值电压，将此段噪声滤掉。而经测量声音信号经两级放大后为 0.5V左右，因此将阈值 五邑大学本科毕业设计 15 电压设为±0.25V，VREF=0V，VZ=±5。因此，在迟滞比较器的输出端加上 5V± 的稳压管， 并加上限流电阻R16，取 1K。设电阻R13=10K,由式（3-1）得：则电阻R15=200K，滑动变 阻器设为 150K，根据外面声音信号的大小来调节阈值电压的值。 4.3光控电路 将基极电流设为 0.1mA，当有光照射时， POT = 𝑉𝐶𝐶−𝑉𝐶𝐵 𝐼𝐵 ，R16=50K 与光敏电阻此时 的阻值（约为 1K到 10K）相比,光敏电阻可以忽略。选择 100K的滑动变阻器来替代 50K， 让基极电流可调，从而控制射级电流大小和控制光控电路的灵敏度。集电极电阻为限流电 阻，取值为 22K。 4.4继电器驱动电路 单片机高电平时输出拉电流，大概是 0.08-0.16mA，表明 52的输出能力很弱，因此需 要加驱动，本次采用UA741 构成电压跟随器，提高带负载的能力。继电器选择 5V电压供 电，触点电流为 1A，吸合电流电流设为 50mA，将基极电流控制在 0.5mA，故选择三极管 的 100β = ，基极电流所以三极管的集电极电流（负载电流）的额点值要大于 50mA，三极 管的集电极-发射极和集电极-基极间的最大额定值VCBO，VCEO要大于 5V，即IC≥50mA, β=100,VCBO≥5V， VCEO≥5V，三极管 9013完全满足要求，参数为集电极-基极击穿电压 VCBO为 30 V，集电极-发射极击穿电压VCEO为 25 V，集电极电流为 500 mA ，基极电流为 50mA，放大倍数满足要求。 单片机 I/O 输出信号为 5V 高电平时，三极管导通。继电器驱动电路的输入端为 5V， 由图可知，以 5V减去基极与发射极的结电压 0.7V，得到限流电阻上的分压为 4.3V，然后 代入 R=U/I 公式，4.3V/0.5mA=8.6K。所以使用 8.6K 的限流电阻就可以了。但 8.6K 不在 四环电阻的系列值里，可以使用 8.2K代替。此外，UA741的最大输出电流为 40mA，完全 可以满足基极电流的输出；继电器在三极管断开的瞬间产生的感应电动势很大，一般为一 百伏或几百伏，因此选择反向电压达 1000V的 1N4007，能够达到要求。