声控开关系统的设计

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1、实验报告————声控开关系统的设计2116002001麦煜遥概述声控开关系统是一个完整的收发系统。发送端由声音引起响应，如讲话声、走路声、拍手声等。其频率由几十Hz~几十kHz。接收端包括传感器、放大器、信号处理、延时，终端执行机构等部件组成。通常声近代开关广泛用于楼道灯开关、老人夜间用灯开关、儿童玩具、家电等，具有线路简单、频带宽、控制方便等特点。一．实验目的1、熟悉声控开关系统的原理。2、掌握电源电路、放大电路及基本触发器的特性和应用。3、学习信号处理的一些方法和元器件检测方法。4、掌握系统调试的原则和排除故障的方法。二．实验要求1．制订方案，

2、使电路必需具有以下技术要求a.白天灯不亮；b.夜间有人走过的说话声、拍手声、打击声、哨声等，均能使灯亮；c.灯亮20秒后，自动熄灭。d.电路简单、成本低、工作安全可靠。2．电路设计。设计各单元电路的形式，计算参数，并确定元器件型号、数量，提出元件清单。3．电路优化及仿真。通过EDA、Protel等工具软件对电路进行优化、仿真。4．制作电路并调试。5．测试电路功能，记录测试数据。四．实验原理（以下按照本组设计情况阐述基本原理）1．原理框图光电开关声电转换放大声源电源延时输出处理执行机构2．结构说明电源：用12v直流电源声源：声音信号，如说话声，走路声，口

3、哨声等；光电开关：选用光敏电阻，实现白天不亮，晚上有激励的时候亮；声电转换：接收声音信号，并将其转换为电信号。根据不同要求可选用驻极体话筒、压电陶瓷或喇叭等器件来实现此转换功能。本组选用驻极体话筒；放大：经声电转换器件转换来的电信号是比较微弱的，需经过放大。可采用单管放大、多管放大或集成运放等多种放大方式。本组选用双管放大；处理：由声音信号转变来的电信号是幅度、频率不尽相同的一群声波信号。当这一群脉冲信号输入到“信号处理”级时，使“信号处理”的输出只产生一次状态改变，选用D触发器；延时：根据实际使用要求，需要将信号处理后的信号进行延时，选用RC回路；执

4、行机构：开关，灯泡（用发光二极管代替）。3．电路参考图：（根据实验原理框图，我们设计以下电路图）4．元件说明电源：直流电压源，12V电阻：根据计算分别选用10K,20K,22K,82K电容：根据计算分别选用100,220三极管：选择9014的三极管2个发光二极管：代替灯泡驻极体话筒：MIC，作为声电转换器双D触发器：选择CD4013双D触发器，并只使用其中一组。5．单元电路说明A.光电开关：由RG光敏电阻实现B.声电转换：由驻极体话筒实现C.信号放大：本声控开关系统的放大器输入是音频信号，幅值10mV左右。放大器输出是具有高输入阻抗的CMOS集成电路。

5、要求输出信号电压峰峰值约为电源电压的脉冲信号，由此要求变压器的放大倍数约在60dB左右，且无失真。由于一级变压器放大倍数不满足要求，故采用两级放大电路。图中示出了电压放大电路。两个NPN型三极管，信号由左端输入，经两级放大后，由右端输出。放大倍数是放大器的主要性能指标，用来表征放大信号的能力。共射电路的电压放大倍数的推导公式为：D.信号处理：为使放大电路输出的一群脉冲信号转变为灯开关的控制信号，我们采用D触发器来完成信号处理的功能。D触发器的基本特性是：在时钟信号CP的上升沿到达时，其输出状态就是前一时刻D端的状态，即QN+1=DN。若D端恒为“1”，

6、则无论多少个时钟脉冲信号到来，输出都为“1”不变。连接情况：VCC接正电源VSS,D接地CP接放大输出端Q非接发光二极管正极R通过电容接正电压Q通过电阻接R端F.延时电路：在时间上滞后一个时间，我们利用电容C的电压不能跃变这一特点来组成延时电路，当某时刻信号源U0由“0”变为“1”，电容充电，随时间增加，电容两端电压按指数曲线上升至“1”。当信号源又下跳为“0”，电容两端也不立刻下降为“0”，而是要经地定段时间后，电容电压才降为“0”。设U0为输出，电容两端电压Uc输入。阈值电压通常为0.5VDD。则当Uc上升至a点或下降至b点时，集成电路输出状态将发

7、生改变，如波形图中的td即为延时时间。在电路中，设D触发器的CP信号为波形图中的非规则的又经放大的声源信号，触发器初态为“0”，为“1”，电容C充满电荷，UC=VDD。故D=“1”。当声控信号到达后，触发器Q翻转为“1”，=“0”，电容C通过R和放电，当Uc下降至不大于于0.5VDD时，D=“0”，等待下次声近代信号到来，将触发器Q复位为“0”。电路又逐渐恢复到初态。G..执行机构：发光二极管五．电路仿真1．用ORCAD的图形编辑，编辑出一个完整的电路；2．对电路进行编译，仿真；3．无误后得到以下输入输出波形。输入电压信号经放大后的电压脉冲经延时后输出

8、的电压脉冲六．电路制作：用普通万用表来判别元件好坏。1、驻极体话筒：用万用表来判断话筒的漏极和