基于multisim的声光控楼道灯照明电路的设计与仿真

1、基于multisim的声光控楼道灯照明电路的设计与仿真摘 要现在，在很多的公共场所中依然存有很多旧式的照明。需要人去触发开关来工作，十分不便捷，没有实现照明智能化。而且灯光由于人为疏忽等原因长时间处于工作状态的现象很普遍，这造成了社会能源的极大浪费。另外，由于经常开关或者其他因素损坏率很高，增大了维护的资金的支出和保养成本。为了能在一定程度上解决这些问题，设计了声光控路灯新式控制系统。本系统的工作原理是：电源模块对整个电路提供稳压直流电，光敏电阻和咪头用来探测光和声音信号，LM324构成比较电路对信号进行放大，74LS08D 的与门逻辑电路对信号的筛选，从而对开关发出开启或关闭的命令信号。继电

2、器控制和驱动灯泡，RC充放电路起到延时作用，实现自动控制灯的亮灭。当光线和声音都达到触发开关的条件时，灯会自动点亮并延时20秒左右熄灭。此系统能自动控制路灯的亮灭，即在有声音和阴暗情况下亮灯，其他情况下灭灯，从而达到智能节约的效果。该系统结构简单效果明显可广泛应用于各种场合。关键字：声光控制； LM324； 继电器； 延时AbstractNow, in public places and public corridor, light long time measured by the phenomenon is very common, which caused a great waste o

3、f energy to the society. On the other hand, due to frequent switching or man-made factors, the damage to the wall switch rate is very high, increasing the amount of repair, waste of funds. Sound and light control of street lamp is not the problem. In view of the present society many places use pilot

4、 lamp lighting, can not realize intelligent lighting lighting caused a huge waste of energy.Homemade DC stabilized voltage power supply by using this system, according to the photosensitive resistor change to determine the light intensity, measured voice signal by microphone, LM324 for signal amplif

5、ication and comparison circuit. By 74LS08D and gate, screening of signal, which sends a signal to open or close to the switch part. Relay control driver bulb, for delay by the RC charging and discharging circuit. To the outside world through the selection of signal, sound and light control of street

6、 lamp realizes the automatic control of light. Only when the light is dark and sound, lights will automatically light up, and delay 20 seconds out. This system can control the lamp good light out, with sound and light circumstances lights,The sound and light control of street lamp controller can aut

7、omatically realize people to light, people walk lamp, convenient and practical. Not only the electric energy saving, but also can prolong the service life of the bulb. Can be widely applied to the stairs, corridors, bathrooms lighting control and living area and other public places. Word controller

8、is economical and practical, even the generals footsteps can light the bulb, lighting.Keywords: light; control; LM324; relay; delay目 录TOC h z u t 标题 1,2,标题 2,3,标题,1HYPERLINK l _Toc481011825 1 引言1HYPERLINK l _Toc481011826 1.1研究背景和意义1HYPERLINK l _Toc481011827 1.1.1研究背景1HYPERLINK l _Toc481011828 1.1.2研

9、究意义1HYPERLINK l _Toc481011829 1.2Multisim简介2HYPERLINK l _Toc481011830 1.3本文设计任务及要求4HYPERLINK l _Toc481011831 2 声光控楼道灯照明电路的设计原理5HYPERLINK l _Toc481011832 2.1总体设计思路5HYPERLINK l _Toc481011833 2.2系统中电源模块的设计5HYPERLINK l _Toc481011834 2.2.1 方案比较和确定5HYPERLINK l _Toc481011835 2.2.2 设计思路7HYPERLINK l _Toc4810

10、11836 2.2.3 直流稳压电源原理7HYPERLINK l _Toc481011837 2.3 参数选择8HYPERLINK l _Toc481011838 3 声电路的各模块介绍10HYPERLINK l _Toc481011839 3.1光控电路10HYPERLINK l _Toc481011840 3.2声控电路10HYPERLINK l _Toc481011841 3.3逻辑控制电路11HYPERLINK l _Toc481011842 3.4 延时电路11HYPERLINK l _Toc481011843 3.5电源电路12HYPERLINK l _Toc481011844 3

11、. 5声光控总电路12HYPERLINK l _Toc481011845 4 声光控照明电路的仿真和调试13HYPERLINK l _Toc481011846 4.1电路的仿真13HYPERLINK l _Toc481011847 4.2电路的调试14HYPERLINK l _Toc481011848 4.3系统调试15HYPERLINK l _Toc481011849 5 总结15HYPERLINK l _Toc481011850 致 谢16HYPERLINK l _Toc481011851 参考文献161 引言1.1研究背景和意义1.1.1研究背景随着科学技术的不断发展，尤其是数字电子技术

12、的快速提高，使用数字电路技术实现灯的自动亮灭，可以节约能源、延长灯的寿命，在环保意识变得越来越重要的当下，其早已符合我们实际生活的要求。声光控路灯无需开关，在阴暗环境或者光线不充分时每当有人经过发出可接收的声音便会自动的启动；人走后恢复安静了又会自动熄灭。其广泛应用于生活中，例如住宅小区用声光控延时开关替换使用不便且浪费旧式开关。当夜晚或阴雨天，有人经过发出声响时，楼道灯会立即点亮为人照明。在白天光照充足的时候，就算有声音，也不会让楼道灯。因此就可以实现便捷、智能、节约的目的。它具有外形美观、制作容易、工作可靠等优点，适合于作为各式各样的走廊、楼道、卫生间等日常公共场所的照明设备，给我们生活带

13、来极大的便捷。1.1.2研究意义传统照明设备如白炽灯的能耗较高会加剧温室效应和资源浪费，它们被淘汰已成趋势。所以，环保型节能荧光灯必然是白炽灯有利的替代者。节能荧光灯与白炽灯相比，优势明显。但旧式照明系统具有非持续性限制了荧光灯的使用。现实情况是只有人经过时才需要光亮，若不断的开启关闭会大大影响荧光灯的使用寿命。所以相应的需要开发新的照明系统来更好的普及环保型节能荧光灯。声光控照明系统就可以完美契合荧光灯的工作特点。随着各种规模城市的高速发展相应的基础设施也会加速跟进。如轨道交通、城市广场、道路、机场、铁路、建筑物泛光照明等必将需要很多照明设施。展望下国内照明市场，可以预知我国照明电器行业的高

14、速增长还在继续，具有很大的前景。如何在高速发展的同时保证产品的质量与档次，这是我们需要面临的问题，也是值得整体行业共同努力的长期目标。1.2Multisim简介Multisim是Interctive Image Technologies公司研发的主要用与电子电路仿真和设计的软件。在当前电路分析、仿真与设计等方面早已应用广泛。这个软件和一般Windows应用软件相似以图形界面为主，用户可以轻松掌握使用。尤其是结合当今市面的各种元件到设计电路中的虚拟仪表在下文中，我主要针对Multisim11.0软件在具体操作中的仿真与分析方法做简单介绍。EDA的全称是“Electronic Design Aut

15、omation”其技术早已经在电子设计领域得到广泛的应用。发达国家现在已经基本上在电子制品方面都是机械操作。一台电子产品一般包括以下几步设计流程：确立概念、电路原理、PCB版图、单片机程序、机内结构、FPGA的构建及仿真、外观界面、热稳定分析、电磁兼容分析。之后的部分全部是由计算机完成的。例如：PCB钻孔图、自动贴片、焊膏漏印、元器件清单、总装配图等生产资料。显而易见，当今EDA早已成为主要技术手段有关集成电路、印制电路板、电子整机系统设计有关的。功能：1丰富的元器件超过17000多种主流元件都可以在其中找到，元件参数的编辑和修改也极其方便，还能利用模型生成器和代码模式创建模型，创建元器件。2

16、直观的图形界面整个操作界面可以通过拖曳所需的元器件和测试仪器图标放置于界面窗口内来绘制电路，仪器的控制面板与操作方式都以实物为基准二者极其相似，测量数据、波形和特性曲线等都可以在真实仪器上看到的；3丰富的测试仪器可通过22种虚拟仪器进行电路动作的测量：万用表，函数信号发生器，瓦特表，示波器，波特仪，字符发生器 Logic Analyzer，逻辑分析仪，逻辑转换仪，失真度仪，频谱仪，网络分析仪，测量探，四踪示波器，频率计数器，伏安特性分析仪，安捷伦仿真仪器，安捷伦示波器，泰克仿真示波器，伏特表，安培表，电流探针，Lab VIEW仪器4强大的仿真能力以SPICE3F5和Xspice的内核作为仿真引

17、擎，通过Electronic workbench 的一些特殊功能可以将数字与混合模式的仿真性能进行优化。这些仪器的使用与真实的情况下是完全一样的，动态互交显示。虽然Multisim提供的默认的仪器是不变的，但除此之外还可以去创建LabVIEW的自定义仪器，使得在虚拟环境中可以灵活地自定义符合要求的仪器。5 完备的分析手段Multisimt提供了多种分析手段，执行分析利用仿真产生的数据，分析范围极广，并且可以将一个分析与另一个分析连贯起来自动执行十分智能化。集成LabVIEW和Signalexpress进行原型开发和测试设计的速度极快，其具有符合标准的交互式测量和分析功能等两种测量方式；6强大的

18、MCU模块4种类型的单片机的芯片它都可以支持,支持对包括外部RAM的、外部ROM的、键盘的和LCD的外围设备的仿真，提供汇编与编译的支持对4 种类型的芯片；其所创建项目支持C代码、汇编代码以及16进制代码并且兼容第三方工具源代码； 其所包含的设置断点、编辑内部RAM、特殊功能寄存器等高级调试功能。7独特的射频(RF)模块可提供基本射频电路的设计、分析和仿真。射频模块由射频特殊元件构成，包括自定义的RF SPICE模型）创建用户自定义的RF模型的模型生成器、两个RF-specific仪器（Spectrum Analyzer频谱分析仪和Network Analyzer网络分析仪）、一些RF-spe

19、cific分析（电路特性、匹配网络单元、噪声系数）等组成；可以很方便地利用计算机仿真直观再现在屏幕上。还可以用虚拟仪器技术创造出自己的仪表。能够激发学生的学习热情与积极性。1.3本文设计任务及要求本文的主要任务与目标是运用Multisim对声光控电路进行模拟与仿真，旨在研究如何解决我国的资源有效利用问题，进而实现对人力物力最大程度的节约，构建和谐社会使其发展壮大。实际具体要求如下：1、当光照度强时，（白天）路灯不点亮，当光照度暗时，（夜晚）路灯的控制通过声音来完成。有声音时楼道灯点亮否则不点亮。2、选择电路元件设计电路结构，通过运算敲定各个元器件的参数，画出电路原理图。3、自拟实验方法、步骤及

20、数据表格，完成实验并记录检测。2 声光控楼道灯照明电路的设计原理2.1总体设计思路声光控路灯电路系统中的主要原理是光控原理与声控原理。对光线亮暗条件的分辨是通过光控电路实现的。对声音的收集是由声控电路来实现，声控可以更加节约电能。整个电系统由电源电路，声控电路，光控电路以及延时电路等部分组成。工作过程为电网对电源供电交流220V(有效值)50Hz，经降压整流后输出各电路所需要的电压。利用光控电路和声控电路对外界的光强和声音大小进行筛选检测，当达到夜晚或光线不足且有声音的条件时灯亮。实现自动化控制。在声音消失后延时电路还能延长一段光照的时间。它的总体方框图如图 1 所示。光控部分声控部分 综合逻

21、辑控制电路开关和延时部分图1 声光控路灯原理结构方框图2.2系统中电源模块的设计2.2.1 方案比较和确定直流电源按其原理分为线性电源和开关稳压电源这两种方案，线性电源是通过改变调整其元器件来控制信号以此来使等效阻值发生变化，但可是稳定输出的电压。其显著的特点是：虽然效率低，但纹波系数小。通常用于小功率的电子电路；开关型稳压的电源是通过改变其开关管的导通时间，从而得到稳定的电压输出，其显著的特点是电磁兼容性差，过载能力强，效率高，纹波系数大，通常适用于大功率的一些场合。本实验要求为较小功率，所以选择线性电源。可供选择的线性稳压电路有串联型和集成线性两种。串联型稳压电路如图 2所示，它由调整管，

22、基准电压电路等组成。调整管与输出电压的变化方向总是相反的；但是放大环节让电压负反馈的程度加重了，因此调整的结果使 U0 的变化很小很小。从理论上讲，放大电路的放大倍数越是大的时候，负反馈的程度越是深，对输出电压来说其稳定性增加。但当负反馈越是强的时候，有可能会发生自激振荡，需消振后才能正常工作。集成稳压线性电路如图3所示，经过整流滤波之后直流电压Ui 接在输入端，在输出端就可以得到稳定的输出电压U0。Ci 可于电感效应抵消，当负载响应改变可用C0。输出电压的值可以通过RP1 与R1的比值去改变。集成稳压器拥有体积小，可靠性高，使用灵活，温度特性好等优点。对比两个的优缺点，发现集成线性稳压电路更

23、适合此设计。图2串联型稳压电路图图3 集成线性稳压电路图2.2.2 设计思路（1）电网提供的电压为交流220V(有效值)50Hz，首先必须采用电源变压器将电网电压降低整流后才可获得所需的低压直流输出。（2）降压整流后的交流电压，虽然输出为单向直流但其幅度变化大（即脉动大）。还须经过滤波将其变成平滑，脉动小的直流电。（3）滤波后的直流电压，再通过稳压电路稳压，便可得到基本不受外界影响的稳定直流电压输出，供给负载 RL。2.2.3 直流稳压电源原理直流稳压电源是一种可以将220V交流电转换成一种稳定输出直流电压的装置，它有变压、整流、滤波、稳压四个环节来完成转换功能，见图 4图4 直流稳压电源方框

24、图其中：（1）电源变压器：其作用是降低电压，它可以把电网中 220复的 交流电压变成低压的交流电压，然后送到整流电路中，其中变压器的变比是由变压器的副边电压来确定的。（2）整流电路：使用单向导电元件，把 50Hz 的正弦交变电流变换成脉动的直流电。（3）滤波电路：其功能是可以将整流电路输出的电压中的交流的成分滤除很大一部分，从而可以得到比较平滑的直流电压。（4）稳压电路：稳压的电路的作用是让输出的直流的电压趋于稳定，不随着交变电流电网的电压和负载的变化而波动。整流电路常常用二极管单相全波整流电路， 电路如图5 所示。 在u2的正半周里，二极管 D1、D2 导通，D3、D4 截止；u2 的负半周

25、期内，D3、D4 导通，D1、D2截止。正负半周内部都有电流流经的负载电阻 RL，且方向都是一致的。电路的输出波形如图 6 所示。图5 稳压电路原理图 图6 稳压电路波形图2.3 参数选择（1）根据设计要求的性能指标，选择稳压器。对输出电压进行调节， 可选择三端可调式集成稳压器。 可调式集成稳压器，常见的主要有 LM317、LM337、CW317、CW337、。317 系列的稳压器都可以输出连续可调的正电压，其可调区间为1.2V37V，它的最大输出电流是1.5A。稳压的内部含有过流的、过热的保护电路，具有不易损坏、使用方便、安全可靠等诸多优点。它的电流和电压调整率均强于固定式的集成稳压器。 L

26、M317 系列管脚图如图6和典型电路如图 7。图 7 LM317 管脚 图8典型电路输出电压表达式为： 式1在式 1 中， 1.25 是集成稳压块输出端和调整端之间的固定参考电压， 该电压加于给定电阻 R1两端，将产生一个恒定电流通过输出电压调节电位器 RP1，电阻 R1 常取值 200，RP1 取 5K。由上面的式子可得U在1.25V32.5V之间LM317的特性参数：输出电压可调范围：1.2V37V输出负载电流：1.5A输入和输出工作压差：340V能满足设计要求，因此选用LM317组成稳压电路(2)选择电源变压器确定副边电压U2:电路中滤波电容能承受的最高电压为 17V，所以所选电容器的耐

27、压应该大于 17V。（4）抑高频电容 C0 的选择因为绕制分布电感存在一定量的大容量电解电容，以及容易发生自激震荡，形成高频干扰。所以稳压器的输入、输出端常常并入小容量的电容用来抵消掉电感效应，抑制高频干扰。一般电路中接上1 uf 的电容即可。3 声电路的各模块介绍3.1光控电路图9所示的光信号的采集电路就是光控电路，其主要功能是负责把环境里的光源信息给逻辑电路。利用光敏电阻对不同光强程现出不同阻值的特性，让电路输出电压与光电信号相对应。从而实现利用光来控制开关的目的。图9光控电路3.2声控电路如图 10的声控电路为声音信号的采集电路，其主要功能是负责将环境中的声音信号给逻辑电路。在光控的前提

28、下，用咪头对周围声音进行检验，使电路声音和输出电压相对应。通过起筛选作用的逻辑电路，在光线昏暗的时候每当当有人经过的时候发出可检测到的声音时路灯点亮，在人走之后声音消失，灯自动熄灭。图10声控电路3.3逻辑控制电路如图 11的电路是用于对声音及光信号的综合处理的电路称为逻辑电路，其运用74LS08D的与门逻辑电路的芯片，实现对信号7的选择。对开关部分来发出信号有关于开启或关闭。其目的是形成综合反映的智能开关，从而实现对光和声音信号的控制。图11 逻辑控制电路3.4 延时电路延时电路其功能主要是在灯亮之后仍然保持灯亮20S然后控制灯自动熄灭，从而达到不会出现闪烁导致无法正常照明的情况，并且可以兼

29、具节约电能延长使用寿命的目的。如图 10所示，从前一级电路输入激励，通过 RC 充放电达到延时的目的。最后三极管的导通或截止是由于比较器输出的电压所控制，从而使继电器工作，目的是用来控制灯泡的开关。图12 延时电路3.5电源电路电源模块是整个声光控路灯系统中必需的一部分，是保证系统在稳定安全的条件下工作的前提。本次我设计的电源电路如图 13 所示：电网提供的是220V交流电压，流经变压器输入电路。经过桥路的交流电压，可以变成脉动的直流电压。滤波电容C3使输入直流电压的脉动越小，输出电压的平均值越大。LM317为可调式三端稳压器，其主要功能是在电网电压出现负载变化和波动时，利用自身调整，使输出电

30、压保持稳定。通过调节变阻器R1，使 R3与 R1 的比值改变从而达到调节电压的目的。图13电源电路3. 5声光控总电路图12总电路图4 声光控照明电路的仿真和调试4.1电路的仿真我们在这里利用Multisim软件进行仿真，在考虑到实际条件下变阻器的调节情况下，我们取两组数据。将滑动变阻器阻值分别调节到0%和100%，同时分别记录下两组数据的图形及数据。图 13是变阻器调到0%的时刻，输出电压为1.254V是最小值。图14为变阻器调到100%的时刻，输出电压为32.962V是最大值。 根据理论计算公式可得，在滑动变阻器调节到 0%的时候，其理论值为1.25V；在滑动变阻器调到100%的时刻，理论

31、值为32.5V。仿真的结果和理论的计算结果接近，故该电源满足设计的需求。图13变阻器调到0%时图14变阻器调到100%时4.2电路的调试相对于其他电路的调试，电源电路的调试算是简易的，在接入220V ，50HZ 的交变电流后，电源指示灯若亮起，表示接通。用万用表测量其两端的电压。将变阻器调节到100%，则输出最小电压，实际测得值为1.11V，仿真所得值为1.254V，理论值是1.25V。将变阻器调节到0%，实际测得值为31.2V，仿真所得值为32.972V，理论上应输出32.5V。本实验中各个模块的电压所需值为7V，调节电位器将输出值控制为7V即可。4.3系统调试附上电源同时将五个模块连接好。

32、用手遮挡住光敏电阻当光照射过来时，使光敏电阻尽量接收不到光线或者仅仅接受到很微弱的光线，用手敲击咪头。若灯泡没有亮，则考虑是否存在虚焊或连接的问题。如果灯泡亮了，且光亮持续亮20 秒钟，则说明实验达到了预期的效果。在开始调试电路的时候，灯泡一直不亮。检查电路板上的元件，没有发现问题。推测是芯片本身问题。在更换了一块芯片后继续进行调试还是存在问题，电路依旧出现了不稳定的状态，最后发现导致电路无法正常工作的原因是由于电源线的虚焊造成了电路的时通时断，经过重新的焊接和检测电路运行状况良好。5 总结声光控路灯的控制系统是一种利用声音和光照双重控制的照明灯，它可以应用于楼梯 、过道、厕所等经常有人出现但

33、却又不确定具体时间点出现的场合。和一般普通的路灯相比较，不同的地方是，声光控路灯仅是在光线比较阴暗并且有声音的情况下才能触发电路接通工作，使灯亮起来。从而达到有人来发出声响（比如脚步声）的时候灯亮，持续亮一小段时间后熄灭。因而比没有此控制系统的路灯更节能环保，使用寿命也相对更长。本系统是由，五个部分组成的。他们分别是光控电路、逻辑电路、电源部分、声控电路、和延时电路。1电源部分 是通过对电网电压的整流滤波输出较稳定的直流电压来供电给整个电路。2.声控电路是通过咪头检测到声音，将声音的变化转化成电压的变化传送给逻辑电路。3.光控电路是通过光敏电阻对光的强弱程度呈现不同阻值从而实现改变电路中的电压的目的，然后传给逻辑电路。4.声音信号和光信号通过与门逻辑的选择判断，发出启动与否的信号。5.当打开开关时，通过 RC 充放电。使得延时电路可以实现灯亮的时候延时的效果。为了加强它的其工作的效果，附加整形电路主要负