声光控双控开关设计

声光双控开关的 谭仁波1、陈亮1、刘豪杰1 （1. 信息与计算科学学院） 摘要：在学校、机关、厂矿企业等单位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。同时，为了加强我们对模拟电子技术合数字电子技术的理解合巩固，我花了1个星期的时间进行电子技术课程设计，而我设计的课题是声光控制路灯的设计，我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白炽灯节能路灯。 在本设计中介绍了多种声光控路灯控制器的组成、性能，适用范围及工作原理，给出各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。白天光照好，不管过路者发出多大声音，都不会是灯泡发亮。夜晚光暗，电路的拾音器只要检测到有碎发声响，就会自动亮为行人照明，过几分钟后又自动熄灭，节能节点。 关键字：自动控制；节能；信号放大整形；光电开关；声控电路；光控电路；延时电路 目 录 3目 录 4一 综述 4二 总体电路设计 42.1一 52.2方案二 72.3方案比较 7三 单元电路设计与分析 73.1电源设计 83.2信号放大整形电路设计 83.3延时处理电路单稳态电路的设计 9四 电路仿真 13五 所需元器件清单 16六 收获和体会 17七 参考文献 一 综述 整个电路由电源电路，放大电路，处理电路（声控电路、光控电路）及延时电路等部分组成。电源由太阳能电池供电，光敏控电路对外界光亮程度进行检测，输出与光亮程度相对应的电压信号。从而实现白天灯泡不亮晚上遇到声响时，通过声控电路使灯泡自动点亮，声控电路主要将声音信号转变为电信号，从而要实现自动控制，延时电路声音消失后延长一段光照时间。必要时可加一个手动开关，以增强电路的实用性。总体方框图如下所示图。 二 总体电路设计 2.1方案一 原理框图如图2.1 图2.1 电路图如图2.2 图 2.2 电路简述 本电路为一声光自动控制白炽灯开关。白天或夜晚光线较亮时，光控部分将开关自动关断，声控部分不起作用。电路主要由555集成电路和声控专用集成电路BH—SK-1组成。白天或夜晚光线较亮时，光控部分将开关自动关断，声控部分不起作用。当光线较暗时，光控部分将开关自动打开，负载电路的通断受控于声控部分。电路是否接通，取决于声音信号强度。当声强达到一定程度时，电路自动接通，点亮白炽灯，并开始延时，延时时间到，开关自动关断，等待下一次声音信号触发。 2.2方案二 原理框图 原理简述： 声源产生的声音信号，经声电转换器后转换成微弱的电信号，该信号经放大后送处理器处理，处理器将幅度、频率不尽相同的一群声波信号转换成一次状态改变的控制信号，该信号经延时处理电路达到设计时间与设计要求功能，经执行机构直接控制负载动作，处理电路如下图： 声光控路灯控制器电路原理图2.3： 图2.3 电路简述 ： 本电路为一声光自动控制白炽灯开关。白天或夜晚光线较亮时，光控部分将开关自动关断，声控部分不起作用。电路主要由555集成电路和声控专用集成电路BH—SK-1组成。白天或夜晚光线较亮时，光控部分将开关自动关断，声控部分不起作用。当光线较暗时，光控部分将开关自动打开，负载电路的通断受控于声控部分。电路是否接通，取决于声音信号强度。当声强达到一定程度时，电路自动接通，点亮白炽灯，并开始延时，延时时间到，开关自动关断，等待下一次声音信号触发。 2.3方案比较 方案一和方案二的原理基本相同，但考虑到电源的稳压性能，和器材的价格，觉得方案二比较适合。 三 单元电路设计与分析 3.1电源设计 电源电路的种类繁多，如变压器降压；桥式整流全波整流；Lc、Rc滤波；三端稳压器稳压等。具体采用什么电路合适，则根据主体电路及执行机构不同和可靠、价廉、有效益等要求进行选用。电源的设计结构如下： 降压稳流部分由R1C1、全桥QD和滤波电容C2组成，DW稳压后得到+9V的电压，为电灯控制电路提供了工作电压。 电源电路3.1 3.2信号放大整形电路设计 放大电路实现很多，除分立器件实现之外，还可采用运放，也可采用门电路等来实现。 本系统放大整形电路设计结构 信号放大整形电路图 3.2 拾音器采用电压蜂鸣器HTD35—14他的压电效应，既当有音响作用到压点陶瓷片上时，声震导致的绕曲变形就会产生相应的电效应。由于声\电效应较小，设计了VT1，VT2，直耦式音频放大器，将信号放大，并由D2，D3，C7 倍压整流再经T3倒相放大，触发单稳态电路。 3.3延时处理电路单稳态电路的设计 555和R9、C8、VT4、VT5等组成光控单稳态电路。所谓光控就是利用光敏三极管对不同光照呈现的阻抗不同，对时基电路555的四脚进行高低电平的控制，或处于等待触发状态，或处于强制复位状态。白天光照VT5呈低阻，VT2正偏置而饱和倒通。其集电极电位，即555的4脚被钳制在0.3V左右，从而是555处于强制复位状态，此时不管2脚有多大的触发电平，555均不会翻转置位。可控硅不会触发倒通，电灯无电不亮。夜晚光暗，此时VT5呈高阻而截止，VT4无偏置电流，呈截止状态。555的4脚呈高位，使555触发器处于单稳态触发状态，此时如果有声响，经拾音，放大，倍压整流后，正极性信号使VT3饱和倒通，下跳变信号加之555的二脚使555翻转置位。 3脚由原来的低电平变为高电平（约+8.5V），经R3限流后触发双向可控硅SCR并倒通，电灯H得电点亮。电灯点亮的时间即单稳态电路触发后高电平持续的时间（稳态时间），他取决于单稳态电路的时间常数，其大小为， Td=1.1（R9）（C8） 图示电路的单稳态时间为120s，即电灯点亮后2分钟熄灭。 本电路装配无须调试，但元器件的选择很重要，拾音器的选用直径较大的压电陶瓷片，HTD35A-1,目的是拾取教多的声压，他的谐振频率较低2.8Kh，对淬发的声音声压较好。V1管选用C485，β的值不少于150倍。 光敏三极管VT5选用暗电流Id较小,光电流Ic较大3UD， 降压电容选用耐压400V以上的金属化纸介电容器，全桥整流的QD的反向击穿电压选用1A300V以上的器件，以确保安全。 延时处理电路单稳态电路图 3.3 四 电路仿真 4.1声光控制开关电路原理图 声光控制开关电路原理图4.1 4.2当白天时，回路没有接通，路灯不亮，仿真为 4.3电灯处电压的波形为电源电压波形，但没有回路电灯不亮仿真如图： 4.4当夜晚时候，有外界声源，回路接通，路灯点亮，仿真为： 4.5电灯处原电压的波形为电源电压波形，但因继电器没有闭合没有回路电灯不亮仿真如图： 4.6而线路接通后的电灯处的波形图为下图可作比较，仿真图为： 五 所需元器件清单 表6-1 元器件名称 数量 备注 555定时器 1 全桥电路QD 1 HTD35A-1 1 C1 1 0.47uf C2 1 220uf C3 1 47uf C4 1 4.7uf C5 1 10uf C6 1 10uf C7 1 0.68uf C8 1 100uf C9 1 0.01uf NPN 5 光敏三极管VT5 1 二极管 3 电阻 11 R1（560K），R2（200），R3（300），R4（430K），R5（4.3K），R6（2.7K），R8（5.6K），R9（1.1M），R10（22K），R11（20K） 补充：555定时器 555定时器是一种将数字功能和模拟功能集为一体的中规模集成电路。它的结构比较简单，使用却非常灵活，也很方便，可以用它构成多谐波振荡器、施密特触发器和施密特触发器等。用555定时器构成的各种电路，都是通过定时控制，实现信号的产生与变换，从而完成其他控制功能。 （1）.555定时器的结构 各种555定时器的电路结构大同小异，它由比较器C 和C 、基本触发器和输出级三个部分组成，外部共有8根引脚，各脚的名称和功能如下： 1脚为接地端，也是芯片的公共端；8脚为电源端V ；3脚为信号输出端V ；7脚为放电端 。如果经过一个足够大的电阻街道电源上那么放电端可获得一个与输出端相一致的电平。 4脚为直接复位端 。只要在此输入低电平，输出端立即被置为低电平，不受其他输入状态的影响。正常工作是接高电平可直接接到电源上 6脚为C 比较器的信号输入端V 又称阈值段TH；2脚为C 比较器的信号输入端V 又称为触发端。它们输入的信号可以是数字信号也可以是模拟信号，分别与比较器所设置的参考电压进行比较便于控制输出状态。 5脚为控制电压输入端V 。如果V 端没有外加电压时两个比较器的参考电压，由电源电压经过三个等值电阻分压提供，则 ，V = V 。在这种情况下，该端可通过电容（0.01 F）接地，防干扰信号窜入。如果该端接入外电压V 时，则，V = V ， V = V ，因此V 可改变参考电压值V 。 （2）. 芯片功能 1．若 =0，不管其它输入如何输出端都为低电平。 2．若 =1，当V >( )V 且V >( V )时，比较器C 输出为0，C 输出为1， 即V =0，V =1，基本RS触发器状态Q置成0，输出V 为低电平；同时放电管T 导通。 3．若 =1，当V >( )V 且V <( V )时，比较器C 、C 输出都为0，即V =V =0，基本RS触发器状态Q= =1，输出低Q端为高电平，V 也输出为高电平，同时放电管T 截止，放电端 没有放电回路。 4．若 =1，当V <( )V 且V <( V )时, 比较器C 输出为1，C 输出为0，即V =1，V =0，基本RS触发器状态Q置成高电平，V 也输出为高电平，同时放电管T 截止，放电端 没有放电回路。 5．若 =1，当V <( )V 且V >( V )时，比较器C 、C 输出都为1, 即V =V =1, 基本RS触发器状态Q保持不变，V 和放电管状态保持不变。 表6 -2 输入 各级输出 T 状态 V V V V 触发器输出Q 输出V T 状态 0 0 低电平 导通 1 ( )V ( V ) 0 1 0 低电平 导通 1 ( )V ( V ) 0 0 1 高电平 截止 1 ( )V ( V ) 1 0 0 高电平 截止 1 ( )V ( V ) 1 1 Q 不变 不变 （3）. 555定时器连接的施密特触发器 用555定时器连接成施密特触发器，端2和端6接在一起作为输入信号，5端和8端接接直流电源，4端接电容，即可得到施密特触发器。为了提高其稳定性长在4端接0.01 左右的电容。 6端和2端处的输入信号为V 当V < V 时，V =1，V =0，Q=1，故v =V ； 当 V < V < V 时，V =V =1，故v =V 保持不变； 当V > V 以后，V =0，Q=0，故v =V ；因此V = V 。 其次，再看V 从高于 V 开始下降的过程： 当 V < V < V 时，V =V =1，v =V 保持不变； 当V < V 以后，V =1，V =0，Q=1，故v =V ；因此V = V 由此得到电路回差电压为 V = V - V = V 如果参考电压由由外接电压V 供给，则不难看出这时V = V ，V = V ， V = V 。通过改变V 值可以调节回差电压的大小。 六 收获和体会 在这两周的电子技术设计中，我们做的设计课题是“声光控制开关”。这是一种声音和光照双控照明灯，它可以用于楼梯、过道、库房的场合。白天光照好，不管过路者发出多大声音，都不会是灯泡发亮。夜晚光暗，电路的拾音器只要检测到有碎发声响，就会自动亮为行人照明，过几分钟后又自动熄灭，节能节点。 在电源设计中要根据其主体电路及执行机构不同，要求可靠，价廉，有效益。由于此开关在光线较暗时是否接通取决于声音的强弱，因此为加强其工作效应，设计了信号放大整形电路，微弱的信号经过此电路加工也能使开关工作。 本次的声光控制开关的设计实践将我们学到的知识应用到了实践，深化了对数字电路设计、和模拟电子设计的认识，使我们在设计的实践中获得新知。学习了的理论知识和实践操作，我们不仅仅得到的是课本上的东西，更重要的是我们通过自己的独立动手，老师和同学的耐心指导下，让我们学会了分析电路、设计电路的步骤以及计算机辅助作图等。在此设计中利用到了三极管的放大 、光敏效应，特别是让我们温习了555触发器的知识与应用， 进一步空固和掌握前面所学的基础知识，加深对了对模拟电路.数字电路.理解，对元气件的使用更加深刻。 设计一开始不知如何下手，经过广泛查阅资料方 我们无论是生活还是学习都离不开外界的力量，当然也要有自己的努力，老师说：“做得好不好是另外一回事，但是要自己动手去做，认真思考。”我们自知这次的设计有很多的不足，做得比较辛苦效果却不是很好，很多东西平时学得也不透彻，我觉得做一次课程设计从每一个细节都在锻炼着我们。我希望我们都能从中收获良多，能把知识真正变成自己的东西。 七 参考文献 [1]、康华光；《电子技术基础》数字部分（第四版）北京，高等教育出版社出版，2006 [2]、彭介华；《电子技术课程设计指导》北京，高等教育出版社，2006 [3]、杨旭东，刘行景，杨兴瑶；《实用电子电路精选》化学工业出版社，2007 [4]、华成英；《电子技术》北京；中央广播电视大学出版社，2006 [5]、童诗白；《模拟电子技术基础》清华大学电子学教研组编，第三版，北京；高等教育出版社，2004 - 3 - _1213690415.unknown _1213693764.unknown _1213720242.unknown _1213721480.unknown _1213721666.unknown _1213721761.unknown _1274979547.unknown _1213721802.unknown _1213721503.unknown _1213721119.unknown _1213720203.unknown _1213694326.unknown _1213719629.unknown _1213719840.unknown _1213719869.unknown _1213719655.unknown _1213719482.unknown _1213693896.unknown _1213693917.unknown _1213693871.unknown _1213690889.unknown _1213691095.unknown _1213693311.unknown _1213691017.unknown _1213690479.unknown _1213639106.unknown _1213689999.unknown _1213690080.unknown _1213690127.unknown _1213690188.unknown _1213690273.unknown _1213690016.unknown _1213690031.unknown _1213689828.unknown _1213689964.unknown _1213689980.unknown _1213689919.unknown _1213639227.unknown _1213639226.unknown _1213638319.unknown _1213638693.unknown _1213638805.unknown _1213639091.unknown _1213638708.unknown _1213638499.unknown _1213638624.unknown _1213638682.unknown _1213638469.unknown _1213638121.unknown _1213638206.unknown _1213638287.unknown _1213636846.unknown _1213637681.unknown _1213637799.unknown _1213638056.unknown _1213637115.unknown _1213636827.unknown