江西理工大学应用科学学院信息工程系
《Protel软件应用》课程设计报告
设计题目： 声光控照明开关设计 专 业： 电子信工程 班 级： 学 号： 姓 名： 同组人员： 指导老师： 完成日期： 2015.6.27
指导老师评语： 得分： 指导教师签名：
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《Protel软件应用》课程设计说明书——声光控照明开关
目录
1 设计任务和性能指标 ............................................................................ 3
1.1 设计任务.......................................................................................................... 3 1.2 性能指标.......................................................................................................... 3
2 设计方案与论证 .................................................................................... 4 3 系统硬件设计 ........................................................................................ 5
3.1电源电路........................................................................................................... 5 3.2 控制电路.......................................................................................................... 6 3.3 光控电路.......................................................................................................... 6 3.4 声控电路.......................................................................................................... 6 3.5 延时电路.......................................................................................................... 6
4 绘制原理图和PCB ................................................................................ 7 5 PCB板制作、焊接与调试 ................................................................... 11
5.1 PCB板制作 .................................................................................................... 11 5.2 元器件的焊接................................................................................................ 13 5.3 系统的调试.................................................................................................... 14
6 总结 ....................................................................................................... 14 致谢 ........................................................................................................... 15 参考文献 ................................................................................................... 16
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《Protel软件应用》课程设计说明书——声光控照明开关
1 设计任务和性能指标
1.1 设计任务
此次我们组需要设计的电路是声光控制路灯电路，在此电路中，我们希望达到的目的是，使电路能根据声音和光线的作用自动发光，并且自动熄灭。在白天强光照射时，电路中灯泡不发光；而晚上无灯光或被遮光，并且有声响时灯泡发光。
此电路图的设计主要是基于用声光控延时开关代替住宅小区的楼道上的开关，只有在天黑以后，当有人走过楼梯通道，发出脚步声或其它声音时，楼道灯会自动点亮，提供照明，当人们进入家门或走出公寓，楼道灯延时几分钟后会自动熄灭。在白天，即使有声音，楼道灯也不会亮，可以达到节能的目的。声光控延时开关不仅适用于住宅区的楼道，而且也适用于工厂、办公楼、教学楼等公共场所，用途非常广泛。
1.2 性能指标
白天光线强，开关中的光控电路工作，将电路切断；声控是 用人走动时，脚步声控制电路，将电路接通。两个两部分的控制相当于两个开关串联。从逻辑上来讲，就是“光暗”和“脚步声”是“与非”的关系，满足这两个条件，电路接通，灯亮。这个“与非门”输出，接通灯的电源，灯亮。再经过一个时延，灯亮几十秒钟后，经过电阻电容组成的充放电电路，灯光熄灭。
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2 设计方案与论证 方案一
含555定时器、光敏三极管、双向可控硅的声光控电路
简要分析其优点：此声、光同时控制的新式照明灯用光敏三极管的输出端控制555的触发控制端，用音频放大电路控制555的复位端。555定时器接成单稳态触发器，控制双向可控硅，简单易制、成本低、节电又方便。
原理图设计：设计中考虑到光敏电阻的阻值随电压升高有规律的下降，而蜂鸣器则用驻极体话筒代替。
555定时器接成单稳态触发器，控制双向可控硅，当555定时器输出高电平，触发可控硅导通，灯泡亮，当555定时器输出低电平时，可控硅未导通，灯泡灭。电路由l0V稳压直流电源供电。为使声光同时控制，将光敏三极管的输出端控制555的触发复位端，音频放大电路控制555的触发端。
缺点：在：该电路在声强>50dB时，对照明灯的有效控制率高于94％，过于敏感。很小的声音也会促使灯发光，会造成能源的浪费。
方案二
运用ＹＱ－Ｉ制成声光控电
简要分析其优点：声光控延时开关的电路原理图见图２－１所示。电路中的主要元器件是使用了数字集成电路ＹＱ－Ｉ，其内部含有4个独立的与非门vd 1～vd4，使电路结构简单，工作可靠性高。
陶瓷压电蜂呜片B把声音变成直流控制电压。通过光敏电阻的改
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变，使电位发生改变，从而控制晶闸管的通断，从而达到使灯自动熄灭的目的。
缺点：降压功能不强，对晶闸管的冲击电流大，对灯泡的寿命有影响。
方案三
声光控开关 IC CD4011应用电路
简要分析其优点：其采用集成块IC CD4011，制作起来成本低、并且节电又方便。同时，对声音的灵敏度适中，并且原件容易设计。
小结：在综合了以上三种电路的优缺点后，我们决定采用第三种方案。 3 系统硬件设计
电源电路 控制电路 光控电路 声控电路 延时电路 3.1电源电路
电路主要为控制电路提供工作电压，本设计采用传统的电源电路设计方法，即降压、整流、滤波、稳压，使电路输出直流电压供给控制电路。
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3.2控制电路
单向可控硅可通过控制极的电位的高低来控制它的导通与截止，起到开关控制的作用。
3.3光控电路
光控电路是根据光线的强弱来优先决定电灯的亮灭。该电路可以对声控延时电路进行控制，在白天光线较强时，光控电路输出低电平将声控电路封锁；在晚上光线较弱时，光控电路输出高电平，则声控功能打开。本设计采用光敏电阻和其他电阻组成的分压电路来控制。
3.4声控电路
该电路受光控电路的控制，在外界光线较强时，该电路不起作用；在光线较弱时，该电路受外界声音信号的控制，通过BM将声音信号转为电信号，再由运放器将电信号放大。
3.5延时电路
该电路主要在光线较弱时起作用。这主要是通过光控电路的输出来控制的。在白天，该电路在光控电路的控制作用下，处于关闭状态，对任何声音信号都不响应；在晚上，光控电路将该电路的功能打开，使得该电路能根据外界声音信号作出相应的响应。本设计采用压电陶瓷片作为声电转换元件，并加入了两级音频信号放大电路和迟滞电压比较器来对声音信号进行处理，经处理后的声音信号由电容电量来实现声控及延时功能。
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4 绘制原理图和PCB
先打开DXP软件，新建一个工程项目，再在项目工程里面建一个原理图，然后从元器件中依次找出各个元器件，如4011没用此元器件，则必须自己绘制和封装，自制元器件先新建一个元器件库，再在里面绘制元器件然后封装，最后吧绘制的元器件添加到原理图中，待元器件全部找齐，用导线将其全部连接，利用软件功能将所有元器件编号，将绘制的原理图生成报表，再在工程中新建pcb板，将原理图添加进pcb板。最后选择导线粗细，将元器件自动布线，生成3D效果图，原理图及pcb板，及3D效果图如下所示： 实验原理图：
实验报表图：
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pcb板图如下： 郑焰平Pcb板图：
油墨反向打印图：
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3D打印图：
5 PCB板制作、焊接与调试
5.1 PCB板制作
1.根据电路功能需要设计原理图。原理图的设计主要是依据各元器件的电气性能根据需要进行合理的搭建，通过该图能够准确的反映出该
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PCB电路板的重要功能，以及各个部件之间的关系。原理图的设计是PCB制作流程中的第一步，也是十分重要的一步。通常设计电路原理图采用的软件是PROTEl。
2．原理图设计完成后，需要更近一步通过PROTEL对各个元器件进行封装，以生成和实现元器件具有相同外观和尺寸的网格。 元件封装修改完毕后,要执行Edit/Set Preference/pin 1设置封装参考点在第一引脚.然后还要执行Report/Component Rule check 设置齐全要检查的规则,并OK.至此,封装建立完毕。
3. 正式生成PCB。网络生成以后，就需要根据PCB面板的大小来放置各个元件的位置，在放置时需要确保各个元件的引线不交叉。放置元器件完成后，最后进行DRC检查，以排除各个元器件在布线时的引脚或引线交叉错误，当所有的错误排除后，一个完整的pcb设计过程完成。
4. 利用专门的复写纸张将设计完成的PCB图通过喷墨打印机打印输出，然后将印有电路图的一面与铜板相对压紧，最后放到热交换器上进行热印，通过在高温下将复写纸上的电路图墨迹粘到铜板上。 5. 调制溶液，将硫酸和过氧化氢按3：1进行调制，然后将含有墨迹的铜板放入其中，等三至四分钟左右，等铜板上除墨迹以外的地方全部被腐蚀之后，将铜板取去，然后将清水将溶液冲洗掉。
6. 打孔。利用凿孔机将铜板上需要留孔的地方进行打孔，完成后将各个匹配的元器件从铜板的背面将两个或多个引脚引入，然后利用焊接工具将元器件焊接到铜板上。
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7. 焊接工作完成后，对整个电路板进行全面的测试工作，如果在测试过程中出现问题，就需要通过第一步设计的原理图来确定问题的位置，然后重新进行焊接或者更换元器件。当测试顺利通过后，整个电路板就制作完成了。
5.2 元器件的焊接
开始从烙铁架上拿出电烙铁时，以45度靠紧焊接面进行预热；然后将焊锡丝同时伸向被焊的组件脚及焊盘，一起接触被焊处；当焊锡
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丝熔化，向焊接处推入焊锡丝，使焊锡润湿焊盘与组件脚，当焊点上的焊锡成圆锥形时即抽离焊锡丝。
在焊锡完全熔化后，移去烙铁头。如果焊点有连焊，我会将焊锡线与烙铁头一起接触在连焊的焊点之间，待焊锡丝与助焊剂一起熔化后，移去焊锡丝，再将烙铁头侧放着向下移走，吸去多余的焊锡； 焊点的标准是：焊点呈锥形，焊锡要适量，表面有光泽，光滑，清洁等。
焊制电路板的关键步骤就是焊接问题，经历了这次真正的焊板子的课程设计，我深刻体会到了仔细认真的重要性，在焊接中常常会出现因马虎而导致的错误，因为元器件的管角与元器件本身分布于电路板的两侧，我们很难分辨出哪个管脚是属于哪个元器件的，因此有时会出现焊接错误。另外，焊接时摆放元器件也是十分重要的，将原件摆放到合适的位置有利于整体版面的美观大方，各个元件之间既不能紧凑在一起，又不能离得太远了，因为在一起会给焊接带来很多麻烦，离得太远又耗费导线，导线应该沿着电路板的边缘铺设，避免交叉。
5.3 系统的调试
初步检查电路板，用表笔查看是否有虚焊等情况； 在上一步的基础上，用表笔查看原件正负极有无接反；还要注意观察话筒和光敏电阻的位置是不是达到要求的位置，是否有被挡住。 在进行实验时，首先，用东西挡住光敏电阻使其背光，然后鼓掌或说话，灯泡亮后再把遮挡物拿开，观察灯点亮后多久熄灭；如果时间太久，可通过改变电阻和电容的值来缩短灯亮的时间，达到节电的目的。
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6 总结
说实话，做这份试验指导书我的收获比以前的要大得多。从绘制原理图，到制作pcb板，到调试，这一路走过来，确实感到了课设是一个能真正让学生学到振动细的地方。
在开始的答辩时，老师注重得最多的应该是格式，我们常常因为一些不当的格式问题，被老师直接打回。渐渐的，老师教会了我们学会去描述软件，将所做的东西清清白白描述在纸上，呈现给别人看。而这次的指导书又不同，老师着重要我们掌握的是如何研究问题。 首先，这个社会必然会出现一种现象，这种现象需要得到改善。我们作为一个设计者，应该拿出多种解决问题的方案。就比如此次设计的声光控电路，可以有555计时器，也可以有其他的方案，但最终会产生一个最佳方案。我们就以这个方案来实践。
在实践方案前，还要对原理，各模块进行展开分析，力求对每一部分了解透彻，而不是一知半解。
俗话说：“实践出真知。”只有实践了后才知道结果是否达到了自己的预期，或者说是否在时间过程中产生了更好的思路，这都是一个逐步学习的过程。
完成这次课程设计我觉得收获很多，不但进一步掌握了模电的知识及一门专业仿真软件的基本操作，还提高了自己的设计能力及动手能力。更多的是让我看清了自己，明白了凡事需要耐心，实践是检验真理的唯一标准。理论知识的不足在这次实习中表现的很明显。这将有助于我今后的学习，端正自己的学习态度，从而更加努力的学习。
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只有这样我们才能真正的去掌握它，而不是只懂得一点皮毛。同时我认为我们的工作是一个团队的工作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。只有一个人知道原理是远远不够的，必须让每个人都知道，否则一个人的错误，就有可能导致整个工作失败。团结协作是我们实习成功的一项非常重要的保证。而这次实习也正好锻炼我们这一点，这也是非常宝贵的。 致谢
非常感谢学校领导和老师给我们提供了这次良好的深入学习的机会和宽松的学习环境。通过这次的课程设计,不但使我们接触了学习的protel电路方面的知识,以及专业领域的一些前沿的知识。非常感谢在本次设计中给予我耐心指导的刘老师,为我们多次的换件,讲解原理图。在我们整个小组成员的不懈努力下,通过不断的改进,我们终于完成了本次课程设计。正是大家的共同努力,才使我们能够在整个设计过程中克服了种种困难阻碍,最终顺利完成焊接﹑程序调试等。在此,请允许我再次向直接给予我对次指导的老师表示最忠诚的敬意! 参考文献
黄贤武，郑筱霞．传感器原理与应用(第二版)[M]．成都：电子科技大学出版社
康华光．电子技术基础模拟部分(第四版)[M]．北京：高等教育出版社
吴友宇.模拟电子技术基础[M].北京：清华大学出版社
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伍时和.数字电子技术基础[M].北京：清华大学出版社 李与核.Protel DXP 2004 SP2 实用教程[M]：清华大学出版社
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