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1、 学院 系声光双控楼道灯控制器的设计与制作姓 名： 系 （院）： 班 级 ： 指导老师： 201 年 月 日I广西水利电力职业技术学院信息工程系摘 要 在学校、机关、厂矿企业等单位的的公共场所以及居民区的公共楼道，长明灯现象十分普遍，这造成了能源的极大浪费。另外，由于频繁开关或者人为因素，墙壁开关的损坏率很高，增大了维修量、浪费了资金。我设计的课题是声光双控楼道灯控制器，设计了一种电路新颖、安全节电、结构简单、安装方便、使用寿命长的声光双控楼道灯。在本设计中声光双控楼道灯控制器电路由电源电路、声电转换电路、放大电路、处理电路、光电转换电路及控制电路组成，主要介绍了声光双控楼道灯的性能，适用范围
2、及工作原理，给出了个电路原理图及元件参数选择，节电效果十分明显，同时也大大减少了维修量、节约了资金，使用效果良好。用声光双控楼道灯代替开关楼道灯，白天光照好，不管过路者发出多大的声音，楼道灯也不会亮。夜晚光暗，当有人走过楼梯通道，发出脚步声或者其他声音时，电路的拾音器只要检测到有碎发声响，楼道灯会自动点亮，提供照明，当人们进入家门或者走出公寓，楼道灯延时几分钟后自动熄灭，可以达到节能的目的。声光控制电路灯不仅适用于住宅区的楼道，而且也适用于工厂，办公楼，教学楼等公共场合，它具有体积小、外形美观、制作容易、工作可靠等优点，适用于各种楼房走廊的照明设备。关键词：自动控制； 节能； 信号放大整形；
3、声电转换电路； 光电转换电路;控制电路。目 录第一章 绪论11.1声光双控课题背景11.2声光双控课题研究的目的1第二章 声光双控电路基本原理22.1声光双控节能灯基本原理22.2555电路基本原理22.3声控电路基本原理42.4光控电路基本原理52.5延时电路基本原理5第三章 声光双控电路设计分析63.1声控电路73.2单稳态延时电路83.3光控电路8第四章 声光双控电路故障排除10第五章 声光双控电路设计图及所需元器件清单11第六章 心得体会14参考文献15致谢16第一章 绪论1.1 声光双控课题背景由于近年来我国的照明器材行业的迅速崛起，中国已经成为电光源产品的主要输出国之一。照明器材行
4、业属一般性竞争行业，是我国轻工业对外开放较早的行业之一。WTO后，国际上一些知名品牌大企业相继进入国内产销领域，使得国内竞争国际化。努力增加节能光源和不同档次、花样、不同用途的照明器具的开发，加快绿色、节能光源产品的开发推广和应用是我国目前照明器材行业结构调整的重点。我国照明器材行业将面临着前所未有的机遇和挑战，而由此带来的巨大商业利益也成为一些企业瞩目的焦点。随着全球经济一体化，发达国家产业调整的步伐进一步加快，一般照明电器产品生产大量向发展中国家转移，而中国又是一个比较适合的国家，一是中国具备生产这些产品的条件，二是劳动力成本比较低，从而使中国逐步成为照明电器产品出口大国。 展望未来的国内
5、市场，需求仍会呈逐年增长趋势，以下强力因素都预示着我国照明市场仍有很大的潜力可挖。降低能耗、节约能源、注重环保是当今世界的主潮流，高能耗且会加剧温室效应的白炽灯越来越不受欢迎。继公布“欧盟后年封杀白炽灯”的时间表后，世界各地陆续抛弃白炽灯已成定局，环保型节能荧光灯VS白炽灯是白炽灯的替代者。随着人们生活现代化水平不断提高，国民经济的快速发展，电力的供需矛盾日益加剧生产更多的电即意味着要消耗更多的煤、石油、天然气、核原料等不可再生资源，还会带来许多相应的环境问题。为此，我们应该从身边做起，珍惜并节约每一度电。所以，现在很多住宅楼道都安装了自动控制楼道灯。1.2 声光双控课题研究的目的随着社会不断
6、进步，科技发展，声光双控节电灯逐步走进社会各个公共角落，声光双控节电灯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，它具有体积小、外形美观、制作容易、工作可靠等优点，适合于各种楼房走廊的照明设备。用声光控延时开关代替住宅小区的楼道上的开关，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，它解决了“长明灯”浪费电能的问题，延长灯泡的使用寿命，安全性好，可靠性高。该装置省去了能耗大、笨重、极易产生热量的电源变压器，具有结构简单、自耗电轻微、性能稳定、
7、灵敏度高、通用性强，降低能耗、节约能源的目的。第二章 声光双控电路基本原理2.1 声光双控节能灯基本原理声控灯是一种声控电子照明装置，由音频放大器、选频电路、延时开启电路和可控硅电路组成。它提供了一种操作简便、灵活、抗干扰能力强，控制灵敏的声控灯，它采用人发的声音控制信号，即可方便及时地打开和关闭声控照明装置，并有防误触发而具有的自动延时关闭功能，并设有手动开关，使其应用更加方便。声控灯由话筒、音频放大器、选频电路、倍压整流电路、鉴幅电路、恒压源电路、延时开启电路、可控延时开关电路、可控硅电路组成。MIC是一种声电转换器。555定时器为定时开关。继电器为照明电路接通开关。D1，D2，C5,和降
8、压器构成降压整流电路。当白天时，光敏电阻RL成低阻状态，与非门输出高电平，555定时器3脚 保持低电平，继电器开关K保持断开状态，照明电路断开。当夜晚时，光敏电阻RL成高阻状态。阻值远远大于R6，输出高电平。当压电陶瓷片未接收到声音时,电容C2右端为高电平，信号通过逻辑门电路后变为高电平，输入到555定时器2脚，555定时器3脚则保持低电平，继电器开关K保持断开状态，照明电路断开。当压电陶瓷片接收到声音时。由于电容两端电压不能突变，电容C2右端为低电平，信号通过逻辑门电路后变为低电平。输入到555定时器2脚，当555定时器2脚接收到一个低电平时，555定时器3脚则输出一定时间的高电平，使三极管
9、T导通，继电器开始工作，继电器开关K闭和，照明电路接通。照明持续一段时间后，555定时器3脚变为低电平，继电器开关K关断，照明电路断开。2.2 555电路基本原理集成定时器555电路，是一种数字、模拟混合型的中规模集成电路，应用十分广泛。它是一种产生时间延迟和多种脉冲信号的电路，由于内部电压标准使用了三个5K电阻，故取名555电路。其电路类型有双极性和CMOS型两大类，二者的结构和工作原理类似。二者的逻辑功能和引脚排列完全相同，易于互换。555电路的引脚排列图如图1所示，其功能表如表1所示。555电路构成，单稳态触发器，如图2所示。输出电压Vo的脉宽t=RCln3，555定时器内部电路见图1所
10、示。图1 555定时器引脚排列图表1 555定时器的功能表6（高触发端）2（低触发端）4（复位端）3（输出端）7（放电端）LL导通HL导通H不变不变HH截止 图2 555定时器内部结构2.3 声控电路基本原理声音是我们最为熟知的。人与人需要用声音去交流，机器运转发出声音，动物会发出声音等等。然而发此宝贵的资源却被我们忽视了很长时间，如今留给我们的就是怎样合理高效的利用这一资源。以前人们在设计电路时只求一个用字，只要能用就万事大吉了，所以我们常见的电路都有很多开关如照明电路要让它工作我们必须机械地去控制它，这对于当今社会各种各样的智能化建筑如智能办公楼，智能化公寓等是非常不实用的；在这种情况下声
11、音就派上了用场，声控作为智能化电路的一部分是一可缺少的；然而要实现声控也不是一件容易的事，因为声音是一模拟量且非电信号无法在数字电路中使用，所以我们在设计声控电路时就面临怎样把模拟量转化为数字量，把声音信号转化为电信号的问题。要解决这个问题我们可以设计一个类似于窃听器的接收设备专门用来接听声音信号并将声音信号转化为电信号转送到下一级电路。但是作为声控电路对声音信号的要求既不能太强也不能太弱，太强声控难以实现；而太弱电路结构复杂也难以实现，所以最好是能接收到如人的讲话声，脚踏地板声。当这类信号转化为电信号时，电信号一般较弱，必须对其进行放大对此可选择功放电路，运放电路，差分电路等，根据电路对信号
12、的要求一般选择运放电路较好，提高信号输出电压。经过这一步实现了声音信号到电信号的转换。有了电信号实现声控就容易了，我们可以让产生的电信号去触发触发器使电路导通。对于这样的电路设计对外加电源的要求必须稳定，不断电，故最好再为其设计一个稳压电路这样才能使电路稳定工作。而对元器件的要求也较高，特别是半导体器件必须保证灵敏度高，各电参数精确稳定，这样电路才能高效地工作。如今对于这样的电路设计我们以不必为其烦恼，因为有了声音传感器，可以直接将声音信号转换为电信号，大简化了电路结构，使声控电路的设计显得更加容易。下面就运用声音传感器设计的声控照明电路加以分析。声控照明电路的主要原理是利用了声学和电子学的原
13、理即用声音传感器将声音信号转换成电信号从而推动触发器触发使电路导通工作。作为一个智能化声控照明电路应具有能在声音的控制下实现电路的导通与截止，声音的发出应是多方面的如脚步声物体打击声等，响应时间越短越好等功能。为此在选择电路元器件时应选择灵敏度较高的声音传感器组成声控照明电路控制电路的前端，同时我们还要为该传感器设置传感条件如声音响度必须在20DB以上才能响应等。中间端采用触发器构成，利用触发器不触不发，一触即发的特点去推动照明电路工作，触发器的选择也应选择灵敏度高，响应时间短的触发器如D触发器，JK触发器等。2.4 光控电路基本原理在第三次科技革命的推动下，光能这一伟大的，自然的以及人类生存
14、所必须的宝贵资源在被人类遗忘了若干年后，今天终于得到了广泛的应用。太阳能热水器，太阳能电池，太阳能浴场等都成为人们热议的话题，大到天上的人造卫星，小到街道的路灯太阳能的应用无所不在。而作为智能化电路的设计考虑光能的应用也是理所当然的。在半导体技术的飞速发展下大大促进了光能应用的快速进步，在发电，取暖等方面尤为突出，智能化电路设计引进光学技术已不是新奇事了，在光控电路的设计中不同于声控电路复杂的结构，随着半导体光敏元器件的快速发展，我们在设计光控电路时面临的问题已由怎样使光信号转化为电信号变为怎样在电路中加大电信号的强度？这一问题如今也以得到了较好的解决，光敏元器件的应用在光照的情况下使其电参数
15、发生变化从而使其对电流的阻碍作用减小或增大，进而使电路导通或截止，电信号强弱的改变光控转化为电控电路功能的实现便容易了。在这样的电路设计中，对电路元器件的要求也极为高尤其是光敏元件是光控电路功能实现的核心，必须保证其各项参数的精确，稳定。故在选择这类元器件时一定要选择高灵敏度工作稳定可靠的元件，当然电路工作的稳定是否？功能能否实现？并不仅仅只和电路元器件有关，外加电源也是不可忽视的，与声控电路一样最好也是给光控电路加上一个稳压电路确保电路能正常工作。利用光敏元件随光照强度的变化而阻抗发生变化的特点，去控制电信号的强弱，再由传感器将变化的电信号传递给触发器，只要电信号强度达到一定程度将触发触发器
16、使其导通工作。光控照明电路其主要功能是实现当外界光照强度降低到一定程度时，使照明电路导通工作。就其方案而言多种多样，但我们在设计时必须要考虑方案的可行性，稳定性以及元器件的灵敏度，尤其是光敏元件必须选择灵敏度高的这样电路功能才能较容易实现，为此我们在设计光控电路时，不但要尽量使电路结构简化，而且要使电路功能强，功能的实现要可靠稳定。2.5 延时电路基本原理从20世纪中后期数字电路的飞速发展到今天技术已越来越成熟。自从电子计数器的出现之后各式各样，功能万千的定时/计数器层出不穷。然而正是电子计数器的出现才使得电子技术的发展上了一个新的台阶。定时/计数这一功能在电子电路中的应用，使智能化电路的设计
17、更加名副其实。我们常见的交通红绿灯，公园里的娃娃车等都是采用了定时计数技术的典型示例。我们大家都看过智力竞赛，都有知道抢答器，然而抢答器更是电子定时/计数器的典型应用。虽然我们可以花几元钱就可以从街上买一个不错的抢答器，但要让我们自己动手做一个出来就不是一件容易的事的，它不仅只是我们所看到的结果能够抢答更为重要的是其功能的实现是集成了很多技术。如定时，锁存，显示等等，由此可见定时/计数器的应用不仅广泛，而且意义深远。延时电路原理是利用了电子计数器的原理实现定时功能。延时电路其构成方案一般有三种，即硬件构成，软件构成和软硬相结合构成。对于由硬件构成的定时器，一般是用改变R、C元件值控制定时的，其
18、效率较高，但灵活性，通用性较差如555定时器；而由软件构成的定时器是用执行一段程序来实现定时的，其灵活性通用性较高，但效率较差；故现在设计定时器一般都是采用软硬相结合的方法集两者之长通过编程设定不同的延时常数，而由硬件控制定时过程，其效率和灵活性都得到了较大的提高。如大规模集成电路可编程计数器8253，51单片机通过编程构成计数器等。所以前述声控，光控电路尽管也能实现控制电路的功能，但其功能是不完善的，为此应对其进行改进有三种方案可行：声控延时；光控延时；声光联控延时；此三种方案可用于不同的场合，现就第三种方案加以事例进行分析.第三章 声光双控电路设计分析该电路由电源电路、声电转换及放大电路、
19、单稳态延时电路和光控电路组成。电路总体框架：图3 电路总体框图3.1 声控电路压电陶瓷片是一种结构简单、轻巧的电声器件，因具有灵敏度高、无磁场散播外溢、不用铜线和磁铁、成本低，耗电少、修理方便、便于大量生产等优点而获得了广泛应用。适合超声波和次声波的发射和接收，比较大面积的压电陶瓷片还可以运用检测压力和振动，工作原理是利用压电效应的可逆性，在其上施加音频电压，就可产生机械振动，从而发出声音。如果不断对压电陶瓷片施加压力它还会产生电压和电流。压点陶瓷片有两种检测方法，第一种方法是将万用表的量程开关拨到直流电压2.5V挡，左手拇指与食指轻轻捏住压电陶瓷片的两面，右手持万用表的表笔，红表笔接金属片，
20、黑表笔横放陶瓷表面上，然后左手稍用力压一下，随后又松一下，这样在压电陶瓷片上产生两个极性相反的电压信号，使万用表的指针先向右摆，接着回零，随后向左摆一下，摆幅约为0.1一0.15V，摆幅越大，说明灵敏度越高。若万用表指针静止不动，说明内部漏电或破损。 切记不可用湿手捏压电片，测试时万用表不可用交流电压挡，否则观察不到指针摆动，且测试之前最好用Rl0k挡，测其绝缘电阻应为无穷大。第二种方法是用R10k挡测两极电阻，正常时应为,然后轻轻敲击陶瓷片，指针应略微摆动。图4 声控电路模块我们设计的声电转换及放大电路由HTD、V1、V2等组成。声控元件采用压电陶瓷片HTD，它对猝发声响极为敏感，作为声-电
21、换能元件。它将声响信号转换为相应的电信号后，通过C3耦合至V1、V2组成的直耦式双管放大器进行放大。该放大器由R2、RPl提供偏流，调节RP1，可改变放大器的增益，用以控制声控灵敏度。R4为直流负反馈电阻，用来稳定工作点。C4为交流旁路电容，用以补偿放大器的交流增益，R3为放大器的输出直流负载电阻，放大后的负脉冲信号经C5去触发单稳态延时电路，达到控制负载的目的。3.2 单稳态延时电路单稳态延时电路由555时基集成电路、R6与C6组成延时回路。稳态时，555集成芯片3脚输出端为低电平，当其2脚触发端得到一负脉冲触发信号时，电路即进入暂态，输出端3脚立刻翻转为高电平、触发双向晶闸管VT导通，灯泡
22、EL发光。此后，电源经R6向C6充电，当C6端电位升至约2/3VCC电路又自动回复到初始稳定状态，3脚恢复低电平。此时，可控硅因失去触发电路而关断，灯泡熄灭，控制电路暂态结束，进入稳态，等待下一次触发脉冲。图中R5和RP2组成分压电路，为集成块的触发端提供一个开门阈值电平，调节RP2，使触发端2脚的电压略大于 1/3Vcc，迫使3脚输出低电平。当2脚一旦出现负脉冲信号时，单稳态电路即动作，适当调节RP2，也可改变控制灵敏度。555+5V672348VO15R200KC100uF0.01uF图5 单稳态触发器 3.3 光控电路光控电路由555时基集成电路、V4等组成。在白天，由于光照度较强，V4
23、的e-c间呈低阻态，为V3提供了一个较大的偏置电流，使其饱和导通。此时，V3的集电极即555集成块的强制复位端4脚被强制为低电平，555集成块处于复位状态，使其输出端3脚恒为低电平，双向晶闸管因无触发电流而关断，灯泡EL不亮。因此，白天不管声控信号如何增强，555集成块的3脚始终为低电平，VTH关断，达到白天停止照明的目的。晚间，由于光线明显减弱，V4因无光照而使e-c间呈高阻状态，使V3截止，555集成块强制复位端4脚为高电平，555集成块退出复位状态，电路可受控制。改变R9的值，可以控制光控灵敏度。图6 光控电路模块第四章 声光双控电路故障排除在我们后期调试过程中遇到了很多问题，但是我们对
24、这些问题做了详细的分析并一一排除。电路故障的直接表现就是当我们拍手是灯泡不亮，出现此故障的原因是有多方面的，首先可能是控制电路中有的原件焊接不良，我们一一检查了元件的焊接点并重新进行了焊接。检查完元件焊接点后灯泡仍不亮，我们认为也可能是主振三极管特性不良，这时候我们就要更换了三极管来排除故障。灯泡不亮的另一个原因是滤流电容击穿短路，这时我们检查了电容并更换了滤流电容。第二种故障现象是灯管两端发红，中部不发光。出现这种故障的原因可能是灯丝回路中的启动电容器击穿或双向触发二极管性能不一致。排除这种故障的方法是更换耐压大于450V的电容更换性能一致的双向二极管。还有一种故障现象是灯管两端过早发黑，使
25、用寿命短。出现这种故障的原因可能是两只主振三极管同时导通，使管子热击穿或电感局部短路使电流增大。排除这种故障的办法是更换主振三极管，重绕或更换电感。第五章 声光双控电路设计图及所需元器件清单图7 原理图元器件名称数量备注555定时器1NE555电位器2105，,504电解电容器3100 uf,10uf，4.7uf麦克风1瓷片电容1104三极管49014/4继电器1五脚的光敏电阻1两脚接线柱2PCB印制电路板1电阻81M,10K,5.1K,500,1K(2个),100K表2 原件清单图8 声光双控电路PCB图9 实物图正面图10 实物图反面第六章 心得体会近年来随着照明器材行业的不断发展，我国已
26、经成为电光源产品的主要输出国之一。照明器材行业属一般性竞争行业，是我国轻工业对外开放较早的行业之一。在我国加入WTO后，国际上一些知名品牌大企业相继进入国内产销领域，使得国内竞争国际化。努力增加节能光源和不同档次、花样、不同用途的照明器具的开发，加快绿色、节能光源产品的开发推广和应用是我国目前照明器材行业结构调整的重点。我国照明器材行业将面临着前所未有的机遇和挑战，由此带来的商机也吸引着越来越多的企业。我国照明电器行业还在高速的发展着，进一步提高照明产品的质量和档次，既是当前摆在我们面前的课题，也是全行业共同努力的长期目标。就国内市场需求而言，随着人们生活水平逐步提高，对生存环境质量的要求也越
27、来越高，对照明电器产品提出更高的要求。从国际市场分析，虽然我们的出口逐年大幅度增长，但我国大部分产品在国际市场仍属中低档水平，我们的产品与国际先进水平相比还存在较大差距。另外，如果大量劣质低价产品出口，还会遭遇反倾销诉讼，从而影响全行业出口，因此注重质量显得尤为重要。 我国目前已成为世界照明电器产品生产大国，我们的目标是要成为照明电器产品生产强国，我们与发达国家在照明电器产品的质量、档次、生产工艺、设备、材料以及新产品开发能力等方面均存在明显差距。看到我们取得成绩的同时，也能清醒地认识我们存在的差距，才能不断地进步。同时希望越来越多的人来使用节能照明灯，节约利用每一点资源。通过此次电子设计锻炼
28、了我的创作能力，用所知的知识设计了自己的电子产品，加深了对模拟电路和数字电路的了解和利用。但由于自己知识水平有限，没有使用更合理技术，设计出更好的作品。设计的作品缺陷是电路复杂，而且价格比市面上的同功能的贵， 但能比较精确的控制时间。 参考文献1张存吉，宁爱民.单片机应用技术.北京：水利水电出版社，20142刘守义，钟苏.数字电子技术.西安：西安电子科技大学出版社，20143谭浩强.C程序设计（第四版）.北京：清华大学出版社，20104宁爱民，张存吉.传感器与测控技术.中国水利水电出版社，20145叶芳，宁爱民，模拟电子技术.北京：中国水利电力出版社，20156曹才开，郭瑞平.电路分析基础.北
29、京：清华大学出版社，20097赵晓安.MCS-51单片机原理及应用.天津：天津大学出版社，2001致谢在本文完成之际，无论我的设计是否能够真的投入使用，这里面每一个器件的选择，每一个器件的调试之中都有我辛勤的汗水。几周的设计时间虽然短暂，我却从中学到了很多的东西。我由衷地感谢关怀、教诲、帮助、支持和鼓励我完成学业的老师、朋友和同学。 特别感谢我的幸敏导师，这几周他在学习、科研上一直对我悉心指导，严格要求、热情鼓励，为我创造了很多锻炼提高的机会。幸敏老师洞察全局、高屋建瓴，为我的论文的顺利完成指出了很好的方向，幸敏老师渊博的知识、宽广无私的胸怀、夜以继日的工作态度、对事业的执著追求、诲人不倦的教师风范和对问题的敏锐观察力，都将使我毕生受益。在本次毕业设计的完成过程中，还要特别感谢龙祖连班主任、倪杰老师等给予了我热心的帮助和宝贵的意见，使我受益匪浅，在此表示深深的谢意。在此我谨向我的导师以及在毕业设计过程中给予我很大帮助的老师、同学们致以最诚挚的谢意。感谢信息工程系的老师对我的教诲和帮助，感谢各位老师的批评和指正。也感谢我的家人长期对我的学习和生活所给予的默默关心与支持，感谢所有关心和支持过我的亲人和朋友。15