《声光双控楼道灯控制器设计与制作（论文）》

PAGEPAGE14声光双控楼道灯控制器设计与制作目录TOC\o"1-2"\u1（第1章）引言（绪论） 11.1（第1章第1节）声光双控课题背景 11.2（第1章第2节）声光双控课题研究的目的 12（第2章）声光双控电路基本原理 22.1（第2章第1节）声光双控节能灯基本原理 22.2（第2章第2节）555电路基本原理 22.3（第2章第3节）声控电路基本原理 42.4（第2章第4节）光控电路基本原理 52.5（第2章第5节）延时电路基本原理 53（第3章）声光双控走廊灯开关电路的原理分析 63.1（第3章第1节）电路分析 63.2（第3章第2节）整流、降压、滤波电路 63.2.1（第3章第2节第1目）桥式整流电路 63.2.2（第3章第2节第2目）滤波电路 73.3（第3章第3节）声控走廊灯开关电路原理图 74（第4章）声光双控电路故障排除 84.1（第4章第1节）调试准备--检查电路 84.2（第4章第2节）通电观察 84.3（第4章第3节）调试 85（第5章）声光双控电路设计图及所需元器件清单 96（第6章）结论（结束语） 12主要参考文献 131引言（绪论）声光双控课题背景近些年来城市不断地发展，几乎大部分的建筑都存在楼道等公共部分照明灯常亮的问题，如果这些灯不能做到随手关闭会造成较大的能源浪费。我们可以在这里简单的计算一下以一栋六单元十二层的住房为例，其中在每一层都安装一支10瓦的灯泡，就是60个灯泡，每小时0.6度点。如果这些灯泡亮一些。一万就是6度点，一年就需要2000度电。一般住户是很少有人去主动关闭电源的，然而感应式楼道照明开关是解决这个问题的最简单方法。它可以在开灯后一定时间内自动熄灭。在白天当有人走过也不会亮起来这样就可以达到节能的目的，也是当前社会所提倡的节能减排的主要形式。声光双控延时开关体积小，外形美观，制作简易，且节能环保，是当今世界的主流。引用文献：陈晓文,林春木.基于单片机的声控灯开关电路设计[J].机电技术,2013,36(06):88-90.由于现今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。引用文献：陈晓文,林春木.基于单片机的声控灯开关电路设计[J].机电技术,2013,36(06):88-90.当前世界的主流环保价值就是降低能耗、节约能源，高耗能的白炽灯会在未来的市场中逐渐的被淘汰掉。目前全球的主流就是减少白炽灯的使用，甚至是禁用，欧盟等国已经出台相关的时间表，要在一定时间内完全取代白炽灯的使用，节能环保的荧光灯成为未来的主要发展趋势。为此，本文设计了一个声光双控延时开关来解决公共场合长明灯的问题，声光双控等能在夜晚行人经过的时候点亮26秒然后熄灭，在白天的时候停止工作，是目前很多楼道照明的主要选择方案。声光双控课题研究的目的随着人们对于节能环保的认识越来越深刻，声光双控节能灯的应用场景也越开越广泛，开始广泛的分布于各种公共场合，其不仅适用于住宅区而且也适用于工厂、办公楼等公共场合，其体积小、外形美观、制作简单、适用寿高，适用于各种公共区域的照明。用声光双控开关来替代原来的常亮灯，替换过后无论白天情况如何都不会亮起来，这样不仅解决了长明灯的问题，还延长了灯泡的寿命，提升了使用的安全性和可靠性。等到晚上的时候，当有声音的时候灯泡就会被点亮，如果没有持续的声音的刺激下灯泡过一会就会自动的熄灭，达到了人走过来亮，人走了就会灭的效果。该装置省去了耗能、沉重、极易产生热量的电源变压器，通过改造升级后，且具有结构简易、自耗电轻微、性能稳定、灵敏度高、通用性强，从而达到降低能耗、节约能源的目的，秉承我国目前的环保理念。信息时代的到来,信息技术和网络技术的发展,给数字电子技术的发展提供了非常广阔的空间,数字化成为了未来各行业的必然选择和必经之路,只有实施智能化的发展,才能够满足各行业的需求,尤其是在通信网络中数字化的实现得到了广泛地认可,对促进社会进步具有非常重要的意义。引用文献：关喆.通信网络中数字电子技术的运用[J].电子世界,2020(17):144-145.2声光双控电路基本原理声光双控节能灯基本原理声控灯是一种电子控制照明装置，其有音频放大器、延时开启电路、选频电路和可控硅电路等几个部分组成。它是一种简单可靠、方便、灵活、抗干扰能力强、控制灵活的声控灯，它主要原理是用人的发声声音最为控制信号，可以利用声音方便的控制灯泡的开关，并且还有延时关闭的功能，同时也设置一个手动开关，相互配合使用更加方便。声控开关由话筒、选频电路、鉴频电路、音频放大器、倍压整流电路、恒压电路、延时开关电路、卡控延时开关机相关元器件组成。MIC是一种声电的转换器。555定时器为整体的定时开关。继电器为照明电路接通开关。D1，D2，C5,和降压器构成降压整流电路。在白天的时候，光敏电阻RL在较低的阻值条件下，与非输出较高的电平，555定时器的3脚保持低电平，继电器开关K保持在断开的状态，此时的照明电路是断开的。当夜晚时，光敏电阻RL成高阻状态。阻值在远远大于R6时，输出高电平。当压电陶瓷片还没有接收到外部环境声音的时候，此时的电容C2右端为高电平，信号经过逻辑门的电路之后变成了高平，输入到555定时器2脚，此时的555定时器的3脚是电平的，继电开关K是断开的状态，这时候的照明电路也是断开的。当其接收到外界声音信息的时候，由于电容的两端存在的电压是不能变的，电容C2右端为低电平，信号经过逻辑门之后变成了低电平。此时再输入到555定时器的2脚，接收到2脚的低电平的时候，3脚此时还是高电平，使得三极管T处于导通的状态，继电器开始工作，开关K闭合，照明电路会因此亮起。在经过一段时间后555定时器的3脚变成低电平，此时继电器开关K会断开，照明电路也因此断开灯会因此熄灭。555电路基本原理集成电路的555定时器是一种模拟和数字混合型的中型规模的集成电路，其使用范围比较广泛。它是一种让时间可以产生延迟和多种脉冲信号的电路，因为其内部使用了三个5K的电阻，因此取名为555电路。其电路主要的电路类型有CMOS型和双极型两大类，两种的工作原理是相似的。两种的逻辑功能和引脚排列是完全相同的，方便交换使用。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所示。图1555定时器引脚排列图表1555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2555定时器内部结构声控电路基本原理声音是我们从出生以来就接触的。人与人之间需要声音相互表达自己的意愿，机械操作发出的声音，大自然的生物会发出声音等等。然而这种宝贵的资源却一直被我们忽视，如今的社会就是要我们如何合理利用这一项资源。以前的发明及设计都重在‘用’字，只要能用就成功了，所以我们常见的电路都要有很多开关去机械的控制所有的物品，这对于当今各种智能化产品及智能化建筑等等如智能办公楼，智能化居家等是很不实用的；然而在目前的情况下，智能声控就可以派上用场了，然而要实现声控也不是一件容易的事，因为声音是一种模拟信号并不是电信号无法在数字电路中使用，所以在设计电路时候就需要开了如何将模拟信号转化为数字信号的问题。要解决信号转换的问题需要首选设计一个类似于“窃听器”的声音接受其专门来接受声音信号，并且能将声音信号转化为电信号向像下一个电路中传递。但是这个声控电路中的信号需要适中，既不能强也不能弱，过强或者过弱都会不能实现设计功能。太弱的电路结构很复杂也是很难实现，所以最好是可以接收到比如人的声音，脚踏地面的声音。这种信号转化为电信号的时候，电信号一般是比较弱的，这个时候必须对其进行放大才能使用，根据这个可以选择的放大电路、运放电路、差分电路等，根据实际中的电信号的要求一般会选择运放电路较为合适，提高信号输出电压。经过这一操作实验实现了声音信号到电信号的转换。当存在电信号的时候实现声控这一目标就会简单许多，有了电信号我嫩可以让这一电信号触发触发器来接通电路。按照这样的实验电路的设计的时候就会对电源有一定的要求，稳定是第一选择，不能断电，所以在电路设计的时候加入一个稳压器可以让电路很好的稳定工作。这个电路对元器件的要求也是比较高的，特别是其中的半导体器件必须保证其有高度的灵敏性和稳定性，各方面的阐述精确且稳定，这样才能使得整个电路的运行效率提高，能稳定的完成整个流程。如今有课声音传感器来解决上述问题，我们可以直接使用声音传感器将声音信号转化为电信号，这样就会使得整体的电路得到了较大的简化，使得整体的设计更易实现。下面就运用声音传感器设计的声控照明电路加以分析。参考文献：查琳.基于声音传感器的目标识别技术研究[D].沈阳理工大学,2020.声控照明电路的主要原理就是利用声音传感器将声音信号转化为电子信号来触发电路上的触发器使得电路导通，从而实现用声音来控制电路的开关。智能化的声控照明电路能在不同声音条件下实现对电路的控制，例如脚步声、敲打等，在接受到声乐信号后反映越快越好。所以在电路中选用元器件的时候，需要选择灵敏度较高的传感器来组成声控照明电路和电路控制电路的前段。传感器控制的主要条件为声音的分贝必须在20分贝以上电路才能得到有效的响应。中端采用触发器来廉洁，使用触发器不触发，已出发的特点去推动整个照明电路进行工作，这就要求触发器也要有较高的灵敏度，响应时间段，其中就包括了D触发器和JK触发器等。光控电路基本原理得益于第三次科技革命，光能被重新得到了利用，我们在今天开始在社会中广泛的使用光能，其中典型的就有太阳能电池、太阳能热水器等，太阳能也成为人民节能环保议论的主要话题，其应用也十分的广泛，大到天上飞行的卫星，小到街道路灯都有太阳能技术的应用。光能的大范围的应用要归结于半导体行业的飞速发展进步，尤其是在发电、取暖方面技术优势尤为明显，在只能电路中引进光学研究成果已经不是新鲜事情了，在光控电路中间，其不像声控电路那样的复杂，随着半导体产业的不断发展，计光控制电路设计中面临的问题已经从光信号如何转化为电信号转变成为怎样在电路中加大点信号的强度这一问题了。如今这一问题也有了较好的解决方案，光敏元器件的应用在光照条件下其电阻的阻值会发生变化，从而实现对电路中电路的大小进行控制，进而控制电路的通断。在这样的电路设计中，对于电路中的元器件要求是比较高的，尤其是其中的核心元器件光敏电阻的精度和各项参数都要精确稳定。在电路元器件的选择时一定要选择卡考的元器件，电路的工作与否不仅取决于电路中的元器件，外加的电源也是不能被忽视的一个重要环节，需要稳定的电源才能实现电路工作的稳定。利用光敏元器件在不同的光照条件下阻值的变化这一特点进行控制电路信号的强弱，再利用传感器将变化的电信号传递给触发器，只要电信号的强度达到设定的程度的时候变化处罚触发器使得整个电路开始接通工作。光控照明电路主要的功能就是当外界的光照降低到一定程度的时候，让照明电路接通工作。就实现方案而言有很多种，但是在本文的设计中主要考虑的是可行性、稳定性以及元器件的整体可靠性和灵敏度，尤其是在光敏电阻的选取上必须选用灵敏度高的这样才能比较容易的实现功能，为此在设计的过程中不但要简化电路还要使得电路的功能增强，功能的实现稳定可靠。延时电路基本原理电子电路几乎是从20世纪中后期的数字电路发展到如今已经越来越成熟。自从电子计数器出现之后，各种功能齐全完美的定时器层出不穷。正是电子计数器的不断发展才使得电子技术的发展上到了一个新的台阶上。定时和技术这一功能在电子电路中的使用使得智能化的电路设计更加名副其实。在我们的生活中是十分常见的，例如红绿灯、公园里的娃娃车都是其最为典型的应用范围。虽然我们可以花较少的钱买到一个不错的定时器，但是如果我们要亲手做一个出来就是十分不容易的一件事，它不仅是一个简单的元器件，更重要的是其功能的实现集成了很多的技术在其中。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。参考文献：郑闯.测控技术与仪器在实践中的应用[J].民营科技,2018(06):11.延时电路的设计原理就是利用电子计数器的原理来实现定时的功能的。延时电路一般方案有三种：即硬件构成，软件构成和软硬件的结合。由于通常在硬件构成的定时器中一般会使用到改变R、C原件控制的时候，其效率十分高，但是就灵活性和通用性较差，例如555计定器就是这种类型；而由软件构成的计定器是由执行一段程序来实现定时功能的，其灵活程度较高，但是整体效率上十分的差；所以现在的计定器一般都是采用软硬件结合的方式综合两者的优势通过编程技术实现延时常数，而硬件控制计定器过程，其效率和灵活性都有了较大的提升。例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。所以上文中所讲到的声控、光控电路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，其中改进的方案有三种可行：①声控延时；②光控延时；③声光联控延时；这三种不同的方案可以用在不同的场合，本文主要讨论的是第三种分案，下面就第三种方案进行详细分析：3声光双控走廊灯开关电路的原理分析3.1电路分析电路原理如图3所示，二极管vd4、cd7组成的桥式整流电路。电阻r10、电容c4组成压降、滤波电路。单行晶闸管vs式照明灯HL的无触点开关。vs导通，HL点亮：反之。参考文献：李艳梅,陈庆华.电路分析基础实验教学的优化与实践[J].实验科学与技术,2015,13(01):91-94.白天，由于光电二极管vd1受到环境光线的照射阻值很小，三极管vt处于截止状态，由于单向晶闸管vs无处发电压而关断。照明灯HL不亮。天黑时，光电二极管的阻值增大因电压不足还是不能使照明灯HL亮。当外界有声音发出时其声波被压电陶瓷片BC转换为电信号再经电容c1耦合使得二极管vd3获得正向电压而导通。并给电容c3充电，从而单向晶闸管VS获得高电位导通，HL点亮。同时三极管VT导通。无声时则二极管vd3截止，此时电容c3向R8放电持续照明，由于电容3储存电荷有限，当电容3的端电压到一定低电位时，VS关断，HL熄灭。3.2

整流、降压、滤波电路3.2.1

桥式整流电路桥式整流电路是一种将交流电压变换为单向脉动的直流电压，图3桥式电路图图中是用四个二极管组成的桥式电路图。其工作原理为：e2为正半周时，对d1、d3和方向电压，d1、d3导通：对d2、d4加反向电压，d2、d4截止。电路中构成e2、d1、Rfz、d3通电回路，在Rfz上形成上正下负的半波整流电压，e2为负半周时构成e2、d2、Rfz、d4通电回路同样在Rfz上得到上正下负的另外半波的整流电压。如此重复下去在Rfz上得到的全波整流电压。其波形图和全波整流波形图是一样的。参考文献：孟秀娟,刘庆伟.单相桥式整流电路分析及应用[J].南方农机,2020,51(14):167-168.3.2.2滤波电路滤波电路是一种能使有频率信号通过，同时抑制无用频率成分的电路，R10,C4组成降压滤波电路，经C4的滤波率去交流成分，电阻R10分到一部分电压起到降压成分的作用。参考文献：惠王伟,钱钧,牛紫平,王槿,于健,陈平,姚江宏,孔勇发.基础实验题B:滤波电路的研究[J].物理实验,2019,39(10):37-41.3.3

声控走廊灯开关电路原理图

图4声控走廊灯开关电路原理图

图5声控走廊灯开关电路pcb图4声光双控电路故障排除在电路的调试过程中遇到了很多的问题，我们对这些问题进行一一排查与分析，反复调试最终结果。4.1调试准备检查电路在电路整体的调试之前，必须认真的检查一遍电路板上的电线是否连接正确，对照电路图进行一一检测，尤其要主要电源是否存在接错的问题，二极管是否接反轻轻拨一拨元器件，观察焊点是否牢固。4.2通电观察安装保险管后才能给电路通电。电源接通后首先保证安全，如有冒烟、起火等现象。应立即切断电源，排除故障后再通电，并注意观察各器件引脚下电压是否正常。4.3调试先用万能表测量电路有关点电位是否正常。检查发光二极管是否正常工作。如有不正常，应及时修改，注意接线无误，接入电源，是脉冲发生电路正常工作。在光电二极管有光和无光的整体情况下观察整体的电路是否能正常的工作。如果不能完成上述的设计功能的实现，则应该检查电力的链接以及功能设计是否存在失误并对存在的问题进行相应大调整。在本电路调试中，发现无论光电二级管遮光与否，灯一直保持亮的状态不变，测得三极管各引脚、单向晶匣管两端、及六反相器均无电压，用万能表测量整流桥损坏。换上新的整流桥后测得：三极管基极电压0.6v、集电极电压0.1v、发射电压0v单向晶匣管A级4.5v、G极0.8v、k极0v反相器电压4.0V5声光双控电路设计图及所需元器件清单图6原理图表2：原件清单元器件名称数量备注555定时器1NE555电位器2105，,504电解电容器3100uf,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,500Ω,1K(2个),100K图7声光双控电路PCB图8实物图正面图9实物图反面6结论（结束语）这是一种通过声音和光线对照明电路实现控制的照明灯，其适用的范围广，广泛使用在公共场合之中，例如楼梯，过道，库房等场合。在白天光线条件好的的时候，无论行人发出多大的声音，都不会良，在光照条件较差的情况下，电路中的拾音期只要检测到了声乐，就会接通电路照明，过一段时间后自动的熄灭，省电。这次的声光控制开关的设计时我们将学习到的知识付诸到实践的，深化了对于学习过程中学习到的电路设计和模拟电子设计的认知，使得我们在实践中收获到了更多的知识。通过一年的理论和实践上的学习，我不仅仅得到的是课本上学习的东西，更重要的是这是我自己动手实践出来的。在老师和同学的耐心指导下，我学会了分析电路、设计电路等各种知识，在此次的设计中我也掌