毕业设计(论文)-声光控照明节电开关设计

1、目录摘要.1第 1 章绪论.2第 2 章整体设计方案.3第 3 章单元电路设计.53.1声控电路设计.53.2整流电路.63.2.1倍压整流电路.63.2.2桥式整流电路.73.3光控电路设计.73.4电子开关.83.5延时电路.9第 4 章整机电路设计.11第 5 章电路仿真.13结语.15致谢.17参考文献.18附录一整机电路图.19附录二元器件清单表.20摘要为了适应发展，更好的锻炼自己，使理论和实践更好的结合，根据学校指示在之际，做了这次毕业设计。毕业设计是高职教学过程中一个十分重要的环节，是锻炼学生运用所学知识正确分析解决实际问题的一个重要方面，也是高职培养应用型专业人才的要求。我们

2、本着一切从实出发的方针，严肃认真，独立思考，自己动手，实事求是的态度完成毕业设计。在指导老师的大力帮助下运用自己所学知识做了这个设计。这次设计充分体现了学院“笃学、崇德、尚能”的思想。社会的进一步发展，各式各样的灯层出不穷，为了防止公物损坏，节约用电，设计了各种控制灯，本次设计的系统实用性强、操作简单。例如公共场所和居民居住区的公共楼道普遍使用机械手动开关，由于各种原因往往出现许多灯泡点亮长明的现象，故使灯泡寿命短，浪费电量，为国家、单位、个人造成经济损失。另外，由于频繁开关或其他人为因素，墙壁开关的损坏率很高，既增大了维修量、浪费了资金，又容易造成事故隐患。因此，设计研制一种电路新颖、安全节

3、电、结构简单、安装方便的声控走廊灯节能自动开关显得相当有必要。使公共场所和居民居住区的公共楼道灯在白天时不亮，晚上闻声自亮，待人走后，几十秒后自动关闭，既方便，又省电。关键词信号放大；光电开关；声控电路；光控电路；延时电路第 1 章绪论科技的进步使电灯的样式、种类以及对灯的控制方式千变万化，随着社会的发展，资源的大量开采，能源在逐渐的减少，所以我们要建立起节约能源的意识，电能的节约首当其冲，而电灯的使用最为普遍，所以设计一种自动控制灯开关的电路是非常必要的，声控灯开关就是其中的一种。声控电路已成为人们日常中不可缺少的必须品，它不需要开关，当有人经过时会自动的亮；广泛应用于走廊、楼道招待所等公共

4、场所，给人们的生活带来及大的方便。因此，得到了广泛的应用。声光控电路是声音和光控制电路工作的电子开关。它将声音（如跺脚）和光转化为电信号，经放大、整形，输出一个开关信号去控制各种电器的工作，在自动控制工业电器和家用电器方面有着广泛的用途。由于本电路应用于人们的日常生活中，所以，起到很大的作用。该电路在设计时应用了仿真软件，来进行仿真然后才确定下来的，虽然用的仅仅是 EWB 软件，但是在论文中也上比较有特色的，能够使人们在不知不觉感受到方便。公共场所和居民居住区的公共楼道普遍使用机械手动开关，由于各种原因往往出现许多灯泡点亮长明的现象，故使灯泡寿命短，浪费电量，为国家、单位、个人造成经济损失。另

5、外，由于频繁开关或其他人为因素，墙壁开关的损坏率很高，既增大了维修量、浪费了资金，又容易造成事故隐患。因此，设计研制一种电路新颖、安全节电、结构简单、安装方便的声光双控白炽灯节能自动开关显得相当有必要。使公共场所和居民居住区的公共楼道灯在白天时不亮，晚上闻声自亮，待人走后，几十秒后自动关闭，既方便，又省电。声控灯在光线充足时，任你发出多大的声音都不亮 ；但在黑夜，轻轻一声它就发出了亮光，这是由于声控灯含光控电路，以防止其在光线足够的时候不工作，所以声控灯的控制盒是声、光同时控制的，在光亮度能达到的情况下，灯不会亮。你可以做一个小实验，你可以用手遮挡声控开关的光控原件然后在发出声音，灯就会亮了。

6、声控走廊灯白天呈关闭状态，夜晚听到声响时自动发光，具有节能的优点，因此我们选择了这个课题。第 2 章整体设计方案声光控照明节电开关主要是根据声光控电路和延时电路来控制灯泡的亮与灭和时长，现在电子产品的日益更新，电路也越来越多，根据电路的设计提出了以下两种方案。方案一：声光控照明节电开关电路方框图如图 2-1 所示。图 2-1声光控照明节电电路方框图声光控电路电子开关延时电路照明电路交流开关电源工作原理：当此周围有声音信号时，MIC 将声音信号接收后经声控电路放大，再经整流电路转变为电压信号传入光控电路中。当有光照照在光控电路中的光敏电阻上时，其阻止变小，对直流控制电压衰减很大，导致电子开关处于

7、截止状态。这时延时电路将不会工作，使单向可硅管处于截止状态，灯泡不亮。当没有光时延时电路工作，使单向可硅管导通，同时控制交流开关，灯泡亮。方案二：声光控照明节电开关电路方框图如图 2-2 所示。声音转换放大处理输出延时执行机构声源图 2-2声控照明节电电路方框图电源本电路为一声光自动控制白炽灯开关。白天或者夜晚光线较亮时，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-I 组成。白天或者夜晚光线较亮时，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

8、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。声控照明电路的主要原理：是利用了声学和电子学的原理即用声音传感器将声音信号换成电信号从而推动触发器触发使电路导通工作。考虑到电源的稳压性能，和器件的价格，结构简单，安装方便，适用性强。根据对比采用方案一进行电路设计。声光控电路电子开关延时电路照明电路交流开关电源第 3 章单元电路设计根据选定方案，该电路由话筒、声控电路、整流电路、光控电路、电子开关、延时和交流开关七部分电路组成。3.1声控电路设计驻极体话筒(又称电容式微音器 MIC）是由驻极体和场效应管组成的一种具有自偏压的电声换

9、能器，工作电压范围一般为 1.512V,它具有频带宽（20100Hz） 、音质好、噪声低、耗电少、灵敏度高等特点，而且体积小、重量轻、价格低廉，现在盒式录音机的录音用内接，外接话筒几乎都采用驻极体话筒。其中两个由驻极体材料构成的极板组成了一个电容器，一个极板的作用是承受声压信号，作为振膜。当振膜振动时，两极板间因距离变化而使电容量发生变化，即产生出与声信号对应的交变信号。由于此电容量很小，在声频段，其阻抗高达几兆欧。为了降低其输出阻抗，在驻极体的另一极板上通过弹簧连接了一个场效应管，以此来匹配阻抗，放大信号。由驻极体话筒构成的声音放大电路如图 3-1 所示。MIC1uFC1R110kR347k

10、R22MVT19014图 3-1声音放大电路1uFC2工作原理：当 MIC 获取到声音信号后，将会转化成电信号，经过 C1 耦合出来的信号将由三极管 VT1 放大，而在本电路中为了获得较高的灵敏度，三极管 VT1 的 值选用大于 100，更利于信号放大。而三极管 VT1 要实现这个功能必须满足基极电压为高电位，集电极为低电位才会导通。图中的 R1 主要是起到分压限流的作用，R2、R3 分别是给三极管 VT1 提供基极偏置和集电极偏置。所以，其中 R1、R2、R3 不宜过小，否则电路容易产生间歇震荡。三极管 VT1放大后的电信号将从集电极流入下级单元电路。3.2整流电路在本次单元电路设计中有两个

11、整流电路，一个是由电容和二极管组成的倍压整流电路，一个是桥式整流电路。而其中两个整流电路分别起到的作用有所不同。3.2.1倍压整流电路由电容和二极管构成的倍压整流电路电路如图 3-2 所示。C21uFVD2IN4148IN4148VD1C30.1uF图 3-2倍压整流电路R4300k二极管最明显的性质就是它的单向导电特性。我这里选用的 VD1 和 VD2是整流二极管。C2、VD1 和 VD2、C3 构成倍压整流电路。把声音信号变成直流控制电压。工作原理：将声音放大电路放大后的信号通过 C2 耦合，将由 VD1、VD2整流经 C3 滤波后传入下级光敏电路中。其中电容 C2 和 C3 的作用有所不

12、同，C2 起到的耦合作用而 C3 起到的滤波作用。3.2.2桥式整流电路由二极管构成的桥式整流电路如图 3-3 所示。图 3-3桥式整流电路R951kR1051kVW12VIN4001C6220uF220V50Hz220VVD4VD5VD6VD7VD8这部分整流主要是针对电源的整流。220V 交流电通过灯丝，经过 VD5-VD8 整流，将 220V 的交流电经 D5D8 整流、R9、R10、VD4 降压得到 12V-15V 的直流脉动电压，但是这种脉动电压不够理想，通过稳压管 VW 进行稳压，最终获得的单向、平滑的 12V 直流脉动电压供给控制电路，保证 C6 上电压不超过 15V。C6 主要

13、起到退藕的作用。此部分电路作用为提供稳定的工作电压。整流电路是利用半导体二极管的单向导电性能把交流电变成单向脉动直流电的电路。3.3光控电路设计核心元件为光敏电阻。它是利用内光电效应工作的光电元件，光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时既可加直流电压，也可以加交流电压。由于它在光线的作用下其阻值往往变小，因此，光敏电阻又称光导管。制作光敏电阻的半导体材料主要是金属，的硫化物、硒化物和碲化物，通常采用涂敷、喷涂、烧结等方法在绝缘衬底上制作很薄的光敏电阻体及梳状欧姆电极，然后接出引线封装在具有透光镜的密封壳体内，以免受潮影响其灵敏度。光控电路如图 3-4 所示。R4300kR54.7kRGM

14、光敏电阻图 3-4光控电路C30.1uFVD2IN4148IN4148VD1C21uFVT29014R710kR6100k工作原理是：当光敏电阻受光照时其电阻率变小，从而造成光敏电阻阻值下降。光照愈强，阻值愈低，相当于导线。当 MIC 周围没有声音信号时，其各部分都不会工作，灯泡不会亮；当 MIC 周围有声音信号时，声音放大电路将工作，通过整流将整流后的电信号经 R4 限流后直接短接，不会经 R5 流入三极管VT2 中，此时三极管 VT2 将接收不到信号，处于不工作的状态，灯泡同样不会亮。当光敏电阻在黑暗环境里，没有光照时，它的电阻值很高，相当于断路状态。当 MIC 周围没有声音信号时，同样各

15、部分电阻路将不会工作，灯泡不会亮；当 MIC 周围有声音信号时，声音放大电路将工作，此时光敏电阻值很高，不会有信号从其中流过，通过整流将整流后的电信号经 R4 限流后通过 R5 到达三极管 VT2 基极，此时三极管 VT2 基极点位较高，处于导通状态。其中电路中R5、R6 主要是分压限流的作用。3.4电子开关电子开关主要是由两个三极管组成，分别是 VT2 和 VT3，其中 VT2 为NPN 型，VT3 为 PNP 型，两种管型之间互补直接耦合方式。而电路中只有半导体管和电阻，便于集成。两个三极管主要是起到开关作用。电子开关电路如图 3-5 所示。R710kVT39012VT29014VD3IN

16、4001图 3-5电子开关电路R4300kR54.7kRGM光敏电阻R6100kC4100uFMCR100-8R8240kC50.03uF工作原理：当 MIC 有声音信号，光敏电阻没有光照时，将有信号流入 VT2中，然而 VT2、VT3 组成的电子开关处于打开状态，将有信号从 VT3 集电极流出，流入 VD3 和 C4 组成的充电电路中，给 C4 充电。当光敏电阻有光照时，没有信号流入 VT2 中，VT2、VT3 组成的电子开关处于关闭状态。当 MIC 没有声音信号时电路不会工作。其中 VD3 与延时电路中的 C4 组成充电电路，R7为 VT2 提供集电极偏置，为 VT3 提供基极偏置。其起到

17、的主要作用是控制延时电路的电容充放电。3.5延时电路延时电路主要是通过控制晶闸管的导通与截止来控制灯泡的亮与灭。晶闸管是晶体闸流管的简称即可控硅，它是一种大功率开关型半导体器件。晶闸管具有整流器件的特性，能在高电压、大电流条件下工作，可控硅作为开关元件的优点，属无触发点开关元件，因此使用寿命长。此部分电路如图3-6 所示。R8240kC50.03uFC4100uFMCR100-8图 3-6延时电路VT39012220VR951kR1051kVD3IN4148220V50HzVD5VD6VD7VD8工作原理：晶闸管想要工作必须要在门级加正向电压时才会导通，在晶闸管处于导通状态下时，只有主回路减小

18、到接近于零时，晶闸管才会关断，所以此电路要达到延迟效果必须要保证晶闸管在一段时间下处于导通状态。因此在晶闸管前面加上一个 100F 的电容 C4 进行充放电。而在 VT3 集电极有电信号传出时经 VD3、C4 组成的充电电路通过 R8 把触发电压加到晶闸管 MCR 控制端才会使其导通。而 R8、C5 和单向可控制 MCR、VD5-VD8 组成延时与交流开关控制来决定灯泡的亮与灭。本设计中延时时间 t 由 C4、R8 的参数决定。其时间 t 的计算：t=RC4=24010310010-6=24s由于需要的灯泡持续点亮时间并不是很长，大概 2、30 秒左右，所以考虑用一个电容控制开关的状态即可。当

19、 MIC 周围有声音时，无光照时，电子开关打开时，C4 连通，即开始充电；电子开关关闭后，C4 开始放电。图中 C5 作为抗干扰电容，用于消除灯泡在发光时的抖动现象。第 4 章整机电路设计根据单元电路设计图及电路总体方框图，得到整机电路图。整机电路图如图 4-1 所示。图 4-1声光控照明节电电路总体电路图电路有四种工作情况：1无声音无光时灯泡不亮当声光控照明节电开关周围没有声音，光敏电阻无光照时电路处于不工作状态，灯泡将不亮。2无声音有光时灯泡不亮当声光控照明节电开关周围没有声音，光敏电阻有光照时电路处于不工作状态，灯泡将不亮。3有声音有光时灯泡不亮当此电路周围没有声音时将不处于不工作状态。

20、只有当此电路周围有声音时，MIC 将声音信号接收后经 VT1 放大，再经整流电路 VD1、VD2 转变为电压信号传入光敏电路中。在光敏电路中光敏电阻 RGM 有光照上时，其阻值变小，相当于导线的作用，对直流控制电压衰减很大，导致 VT2、VT3、和R7、VD3 组成的电子开关处于关闭状态，不会有信号流入下级电路中，从而C4 中无电荷，使单向可控硅 MCR 处于截止状态，因此灯泡将不亮。4有声音无光时灯泡亮当此电路周围有声音时，MIC 将声音信号接收后经 VT1 放大，再经整流电路 VD1、VD2 转变为电压信号传入光敏电路中，当无光照射在光敏电阻 RGM时，RGM 阻值很大，相当于开路状态，对

21、直流控制电压衰减很小。VT2、VT3、和 R7、VD3 组成的电子开关导通，使电容 C4 开始充电。由于充满电时间很迅速，C4 充满电荷后通过 R8 把直流触发电压加到 MCR 控制端，MCR 导通，使灯泡点亮。当 C4 中电荷放至零时，MCR 恢复截止状态，此时灯泡熄灭。当灯泡点亮过程中有新的声源出新时，C4 会重新充电后重新放电，即重新计算点亮时间。灯泡点亮时长约为 30 秒左右。如果需要改变灯亮时长，只需要更改 C4 或者 R8 的参数即可。第 5 章电路仿真打开 EectromicsWorkbench，文件-新建-原理图，在按照图 4-1 所示连接电路图。在电路开始搭建时，发现 EWB

22、 中没有传声器，不能直接进行模拟。所以得把传声器除去换上了一个 220V/2000Hz 的正弦交流信号，和电路中的光敏电阻除去，换上一个滑动变阻器来改变其阻值大小，进一步进行仿真操作。接上信号源时，当滑动变阻器的阻值很小时，电路将没有信号流入下一级，灯泡处于不工作状态。如图 5-1 所示。图 5-1电路仿真图接上信号源时，当滑动变阻器的阻值很大时，信号将流入下一级，灯泡处于工作状态。如图 5-2 所示。图 5-2电路仿真图结语全文总结：本次毕业设计给我们带来了许多的新知识，增强了我们的动手能力，给生活增添了快乐，他同时也告诉我们应该与相互帮助、相互团结的团队精神。就此产品，是对我们三年来所学的

23、知识进行全面的总结，明白了自己学到了什么，还缺少什么，找到自己的不足之处，对我们以后的工作有很大的帮助。毕业设计是我们学习过程中一个十分重要的环节。是锻炼我们运用所学知识正确分析和解决实际问题的一个重要方面，也是培养应用型转门人才的要求。通过这次的课题研究，我在选题、查阅资料、分析原理、仿真处理以及毕业设计任务书写等方面，得到了系统的锻炼。我对电子产品的开发持有浓厚的兴趣，通过这次毕业设计也使我学到了很多电路知识、电脑知识以及相关软件的知识，通过毕业设计这个过程，巩固了我的理论知识，并提高了我理论知识运用到实际的能力。总之，本次毕业设计中学到的知识，以及一步步的修改中所需要的耐心等等，得到了很

24、好的锻炼。本声光控制节电开关的设计节电效果十分明显，同时也大大减少了维修量、节约了资金，使用效果良好，方便了人们的日常生活。随着科学技术的发展，公共场所照明控制手段也在日新月异地更新，除了声光控开关外，还有微波感应开关和热释远红外感应开关。但就目前而言，微波感应开关的抗干扰性能尚不理想，红外感应开关在性能上较为理想，但安装复杂，价格也偏高，比较适合在一些管理完善的场所如宾馆、大饭店楼道及家庭走廊应用，在普通住宅楼、办公楼道等场所的照明控制考虑到价格、管理及安装方便等因素，根据我国情，可以预计在相当一段时期内，声光控延时开关将是首选的主流产品。结论：此次设计，我虽然仅仅是一个小产品，简单实用，大

25、大提高了自主思考动手的能力，面临着就业，我将充分发挥我的主观能动性和在学校学到的一切知识。为母校添光加瓦，为自己的前程奋斗！这次毕业设计的顺利进行，我深刻明白了理论知识与社会实践相结合的道理，从中得到了以前书本知识所不曾得到的知识。更加明白了如今信息时代电子技能知识的重要性。增强了我对对实际工艺技术、电子技术和设备技术等方面的认识，掌握了分析处理方法，仿真、计算等基本技能的训练，具有一定程度的实际能力。面对如此激烈的市场竞争体系，只有努力掌握好电子技能知识放可在竞争中立于不败之地。希望自己以后通过自己的不段努力获得更多的工艺和电子技术。致谢在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识。在整个项目开发过程中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中的探索的艰难和