晶闸管声控延时控灯电路设计.docx
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晶闸管声控延时控灯电路设计
摘 要
【摘要】该设计主要介绍的是关于楼道照明感应自控灯的电路设计。
楼道照明感应自控是通过光敏电阻来实现的，当光敏电阻在背光的的时候灯就会慢慢的熄灭，即这时也是人走过了的时候。
在有的电路中这种原理也可以通过声音的振动来实现，当人走过时只需用手轻排一下灯就会自动的亮，人离开后又熄灭。
这样就给路人提供了相应的方便，同时，也达到了节电和节能的目的；延长灯的寿命。
在实际生活中节电节能，能够实现更多的自动。
【关键词】电源电路、声控电路、光控电路、延时控制电路
Abstract
【Abstract】Thedesignfocusesonisaboutthesoundandlightcontrolcircuitdesign.SoundandLightControlisachievedthroughthelight-sensitiveresistor,whenthephotosensitiveresistorwhenthebacklightlampwillslowlygoout,thatis,whenisthetimepeoplehavegonethrough.Insomecircuitsthisprinciplecanalsobeachievedthroughthevibrationofthesound,whenpeoplewalkedhand-lightemissiononlylookatthebrightlightsautomatically,thenleaveoff.Disturbingthepassers-bytoprovideacorrespondingconvenience,alsoreachedapower-savingandenergy-savingpurposes;extendlamplife.Inreallife,savingenergy,toachievemoreautomated.
【Keywords】powersupplycircuits,voicecircuits,lightcontrolcircuit,delaycontrolcircuit
第1章绪论
1.1问题的提出
随着电子技术的发展，尤其是数字技术的发展，用数字电路技术实现灯的自动发亮、节能节电、延长灯的寿命变得越来越重要，而且贴近我们的实际生活。
声光控电路已成为人们日常生活中必不可少的必需品，它不需要开关，声光控延时开关可在白天关闭电灯，晚上人来有声音时自动开灯，延时一分钟自动熄灭，真正做到了人来灯亮，人走灯灭，这种开关有许多优点，一是省电，由于灯泡大部分时间不工作，因此节电效率很高，达80%左右；二是方便，首先，不用接触，全自动智能控制，另外，接线简单、安装方便，不用更改原照明电路；三是省灯泡，正常情况下，一只灯泡可使用两年左右。
另外，是在一定场所使用还可起防盗作用，因此我花了一个星期时间设计了以下几种方案。
1.2国内外现状研究
可能有人会觉得一盏小小的电灯没有什么特别之处。
但自从几百年前爱迪生发明电灯以来,电灯就在不断地发展，在现代电子技术工作者，给电灯赋予了各种各样的功能，使其也变成了自动化和智能化，更好地方便人们的生活。
常见的功能如下：
触摸式开启：
利用触摸开关，只要用手轻轻触摸一下，电灯就亮起来。
延时功能：
电灯开始后，过一段时间后就能自动关闭。
光控功能：
利用手电筒等光源照一下电灯的光感应元件，灯就亮起来了。
或者用光控电路使电灯无法在光亮的环境下亮起来。
声控功能：
只要拍一下手，电灯就自动开始，关闭也用同样的方法。
1.3本文主要工作
1）对楼道照明感应自控灯，问题提出，现状分析与研究。
2）楼道感应自控灯延迟开关设计和论证，用三个不同的方案来分析和解决问题。
3）楼道感应自控灯延迟开关总体设计。
4）楼道感应自控灯延迟开关具体实现。
第2章楼道感应自控灯延迟开关设计和论证
2.1方案一
本方案介绍的声光控延时照明电路，在白天不工作，在夜间有人在楼梯上走动时，脚步声就会使电子开关动作，电灯点亮，人走后即无声响30s三后电灯会自动熄灭，节能实用，且具有较高的声控灵敏度。
VD3～VD6组成桥式整流电路，经R8降压限流，VS稳压，C3滤波输出约9V直流电压供三极管VT1～VT4用电。
白天光敏电阻RL呈低电阻，VT3导通，VT4截止。
此时C4上无电压，VT5截止，VT6导通，晶闸管VT7的门极于阴极被VT6短接，VT7关断，电灯E不亮。
晚上，RL无光照射，呈高电阻，但由于R2的偏置作用使VT1导通，VT1发射极电流流入VT3基极，使VT3仍处于导通状态，所以在安静状态时，电灯仍不会被点亮。
当楼梯上有人走路，其脚步声或谈话声经话筒B拾取后，就输出相应电信号经C1送至VT1放大。
放大后音频信号一方面由VT1发射极注入到VT3的基极，另一方面由VT1集电极输出，经C2耦合到VT2的基极，该信号经VT2放大由其集电极输出再次送入到VT1基极。
由此可见，VT1与VT2组成正反馈式音频放大器，它具有极高的电路增益，因而使电路有很高的声控灵敏度，这就是本电路设计的巧妙所在。
由于VT3基极有很强的音频输入，其信号的负半周使VT3退出导通态，进入放大态甚至截止态。
VT3集电极电位上升，VT4导通，9V直流电压经VT4、VD2向C4迅速充电，并经R9使VT5导通、VT6截止，解除对晶闸管VT7门极的封锁。
VT7门极由R11获得正向触发电流，VT7开通，电灯就点亮发光。
电灯点亮后，自身光线虽然使RL变成低电阻，使VT3导通封锁，但由于C4已经充满了电荷，C4通过R9向VT5发射结放电，使VT5仍能保持导通态，所以电灯能继续点亮。
当C4放电完毕，VT5截止，VT6导通，VT7关断，电灯熄灭。
如果再次有声响，电灯又能点亮。
电路的延迟时间主要由R9、C4的放电时间常数决定，图示数据约为30S。
白天，因VT3封锁，再大的声响都不会使电灯点亮。
VT1、VT3要求放大倍数β值大于200，其他三极管值以100左右为宜。
VT5、VT6的βVceo要求尽可能高一些。
驻极体电容话筒B最好选稳定性较好的带白点色标的那种。
其他元器件参数见图，无特殊要求。
图2.1分立元件声光控楼梯延迟开关电路图
2.2方案二
本方案是一个采用CD4011数字集成电路制作的声、光控楼梯走道延迟照明开关，它除了具备前面介绍的分立元件电路所有特点外，它的延迟精度高，工作可靠性高，各成品之间性能离散性小，因此非常适宜工厂大规模生产。
图中2.2[2]，晶闸管VT2构成延迟灯开关的主回路，控制回路由2——输入端四与非门CD4011数字集成电路构成。
CD4011中与非门Ⅰ组成线性放大器，用来放大话筒B输入的音频信号。
与非门Ⅱ组成光控开关，与非门Ⅲ、Ⅳ组成单稳态电路。
与非门的逻辑功能是：
“见0出1，全1为0”。
白天光敏电阻RL受光照射呈低电阻，使与非门Ⅱ一个输入端⒀脚为低电平“0”，输出端⑾脚为高电平“1”，故⑼脚也为“1”。
与非门Ⅳ两个输入端⑸、⑹脚因R10接地为低电平“0”，所以输出⑷脚为“1”，⑻脚也为“1”。
与非门Ⅲ两个输入端都为“1”，输出端⑽脚为“0”，电容C5两端都为低电平无法充电，而三极管VT1接地而关断，电灯不亮。
由于⒀脚为低电平“0”，所以不管其⑿脚电平如何变化，电子开关均被封死，电灯不可能被点亮。
晚上，光敏电阻RL无光照射呈高电阻，其阻值远大于R8，所以⒀脚为高电平“1”，这就为开灯提供了条件，但输出端⑾脚的电平高低还要看⑿脚电平的情况。
当有人走动的时候，B收取声音信号经C2耦合到与非门Ⅰ进行放大，然后经R6向C4充电（充电时间常数极小），使⑿脚也变为高电平“1”，根据与非门“全1为0”的逻辑关系，⑾脚输出低电平“0”，⑼脚也为“0”。
由“见0出1”可知⑽脚为“1”即⑽脚输出高电平，经R10向C5充电。
根据电容两端电压不能突变的原理，⑸、⑹两脚为“1”，故输出端⑷脚为低电平“0”，VT1截止，晶闸管VT2的门极通过VD1和R1获得正向触发电流而开通，电灯E通电发光。
约经30S左右，C5充电完毕，⑸、⑹两脚恢复低电平“0”，⑷脚输出高电平“1”，VT1导通，VT2失去触发电流，当交流电过零时即关断，电灯熄灭。
在稳态时，⑽脚为低电平“0”，C5可通过R10放电，为下次开灯作延迟准备。
本电路有两个特点：
一是电灯点亮时为软启动，点亮后为半波交流电，可以大大延长灯泡的使用寿命；二是灯泡点亮时间由R10和C5的时间常数决定，自身灯光照射在RL上不会发生自我关灯现象。
此延迟节能灯经实际使用，效果极佳，一般的脚步声就能使电灯点亮发光。
照明灯泡E宜用60W或60W以下的白炽灯泡。
基于上述特点，本次设计采用此方案。
图2.2 数字电路声光控楼梯延迟开关电路图
检音
B
延时R10、C5
感光
RL
反相
D1
放大反相D3
整形
VS
控制门D2
电子开关
VT2
L1
照明灯
图2.3声光控延时开关方框图
2.3方案三
本方案是采用LM324运算放大器制作而成的声光控楼梯走道延迟照明开关，它也采用二线制接法，可以直接取代普通照明开关，而不必更改室内原有布线。
VD3～VD6、VT构成延迟灯开关的主回路，控制回路主要有A1～A4四个运放构成，220V交流电经VD3～VD6整流，R13降压，VS稳压，可在C3两端获得10V左右稳定直流电压供A1～A4用电。
话筒B与A1、A2组成声控电路；RL与A3等构成光控电路；R9、C4组成灯E点亮后的延迟电路；LED为发光二极管，用于夜间指示开关位置。
白天，RL呈低电阻，A3的反相输入端⑼脚为高电平，所以⑻脚输出低电平，VD1导通。
此时无论声控电路有无输出，它都将A4的同相输入端⑿脚钳位在低电平，所以⒁脚输出低电平，晶闸管VT始终关断，灯E不会点亮。
只有到了晚上，RL呈高电阻，A3的⑻脚为低电平，⑻脚输出高电平，VD1反偏截止，从而解除对A4的封锁。
如果此时，有人在楼梯上走动，B拾取人的脚步声，经C1耦合到A1的⑶脚，使⑴脚输出高电平，再经C2耦合到A2的⑸脚，A2的⑺脚就输出高电平。
此高电平使VD2导通，加至A4的同相输入端⑿脚，⒁脚就输出高电平，晶闸管VT开通，灯E点亮。
同时正电源通过VD2向C4充电。
声音过后，A2的⑺脚恢复低电平，VD2截止，但C4储存电荷可通过R9缓慢放电，继续维持⑿脚保持高电平，所以灯不会马上熄灭。
约30S左右C4两端电压即第⑿脚电平低于⒀脚时，⒁脚恢复低电平，晶闸管VT失去触发电流。
当交流电过零时，即关断，灯E熄灭。
图中，接成四只电压比较器的运放A1～A4可采用一块单电源四运放集成电路LM324。
其他元器件参数见图，无特殊要求。
图2.4 采用运放的声光控楼梯延迟开关电路图
第3章电路总体设计与论证
3.1楼道感应自控灯总体方案设计
1.画出楼道感应自控灯的控制系统方框图
输入光控二极管话筒，电源开关
控制电子电路对输入信号分析后，发出指令
输出电 灯
被控对象灯光
2.根据系统的要求分析出电路的组成如下
电源开关
声控部分
光控部分
处理
电灯
延时
其中，开关部分选用图1－（b）类似的方案，声控部分选用图1－（a）类似的方案，光控部分选用光敏电阻作为基本感光元件，延时部分先用图2－（a）的方案。
接下来的处理部分的解决就是最大的问题。
开始时我们决定使用逻辑电路来实现其功能要求。
有三个输入端，若设光控信号为A，由于触摸开关可声控部分可连在同一个延时电路中，可高它们为B，设输出为Y。
当A为高电平时，Y为低。
当A为低电平时，B为高电平时，Y为高。
逻辑真值表为图
（1）。
根据图表可知其逻辑表达式为，逻辑电路使用如图
（2）。
随后，我们知道上述电路中使用了两种门电路，而通用的集成电路块都只含一种门电路。
必须对其进行变形。
因为,根据反演律有
这样就可以使用或非门来实现同样的处理功能。
门电路连接如图（3）。
按照此图的电路连接，可使用CT74LS02或CC4001的四二输入或非门。
其引脚如图（4）。
其连接方法是A连1，B连5和6，4和2连接，3即为输出端Y。
但后来我们发现使用这样的方法还是浪费了集成电路的两个门。
因为电路要实现的逻辑功能比较简单，可以用其他的方法代替门电路的使用，通过查找相关的电路图使用，决定使用两个三极管实现设计要求,如图（5）。
令外界光度较高时，A输入为低电平，无论B输入为高电平，若有B为高电平，电灯就可亮起来。
光控电路部分电路如图（6）所示。
当R2接收到外界较强光线时，U为低电平，当外界光线较弱时，R2呈现高电阻，U为高电平。
然后我们才发现只要把逻辑表达式中的改变为A就是一个与门电路，之前所思考的方法反而使电路更加复杂。
而图（5）就是一个与门电路的简单形式之一。
3.上述的设计内容，画出总的设计图如下:
其工作原理为：
⑴当外界光线较强时，光敏电阻R4呈现低电阻，三极管VT6基极为低电平，三极管截止。
电灯无法亮起来。
⑵当外界光线较弱时，三极管VT6基极为高电平，三极管VT6导通。
当用手触摸金属片M时，人体感应电动势从M输入，经过三极管VT4，VT5放大在短时间内给C充电，同时，VT7有基极电流，VT7导通。
电灯发光。
当手指离开M后，电容C3开始放电，VT7保持导通，延时开始，当C放电完毕，VT7截止，电灯泡熄灭，延时结束。
延时时间由C3和R5的数值决定。
⑶声控。
大力地拍一下手掌,使B接收声音信号,再把声音信号转化为电信号,再转入三极管组,VT1,VT2,VT3经过放大后的电流作用于电容C3使其充电,并使VT7导通,若此时VT6也导通,电灯泡就亮起来了。
电容C的放电充电使其实现延时功能。
3.2电源电路设计和论证
3.2.1方案一
1.推挽型变换器
S2
S1
L
C
R
N1
N1
N2
N2
Ui
Uo
T
下面是推挽型变换器的电路。
图3.1推挽型变换电路
S1和S2轮流导通，将在二次侧产生交变的脉动电流，经过全波整流转换为直流信号，再经L、C滤波，送给负载。
由于电感L在开关之后，所以当变比为1时，它实际上类似于降压变换器。
2．半桥型变换器
图2-6给出了半桥型变换器的电路图。
当S1和S2轮流导通时，一次侧将通过电源-S1-T-C2-电源及电源-C1-T-S2-电源产生交变电流，从而在二次侧产生交变的脉动电流，经过全波整流转换为直流信号，再经L、C滤波，送给负载。
同样地，这个电路也相当于降压式拓补结构。
C
2Ui
S2
S1
L
R
N1
N2
N2
Uo
T
C1
C2
图3.2半桥式变换电路
3．全桥型变换器
C
Ui
S3
S2
L
R
N1
N2
N2
Uo
T
S4
S1
下图是全桥变换器电路。
图3.3全桥式变换电路
当S1、S3和S2、S4两两轮流导通时，一次侧将通过电源-S2-T-S4-电源及电源-S1-T-S3-电源产生交变电流，从而在二次侧产生交变的脉动电流，经过全波整流转换为直流信号，再经L、C滤波，送给负载。
这个电路也相当于降压式拓补结构。
4．正激型变换器
T
N3
C
L
R
N2
Uo
S
N1
VD2
VD3
Ui
下图为正激式变换器。
图3.4正激型变换器电路
当S导通时，原边经过输入电源-N1-S-输入电源，产生电流。
当S断开时，N1能量转移到N3，经N3-电源-VD3向输入端释放能量，避免变压器过饱和。
VD1用于整流，VD2用于S断开期间续流。
3.3声控延迟灯开关电路设计
3.3.1方案一
本方案是一个采用音乐门铃芯片为核心器件的声控延迟灯，当接受到声音，电灯便会被点亮，延迟20S左右，灯会自行熄灭，该电路是采用二线制接法，可以直接取代普通开关而不必更改室内原有的线路；也可以将它并联在普通的电灯开关上，或与光控开关相连，构成声光控延迟照明电路。
图中，右部为普通照明电路，左部为声控延迟开关。
S为普通灯开关，S闭合后，灯E点亮，此时延迟电路不起作用。
S打开时，灯灭，延迟电路开始工作，此时只要击掌，便可开灯，延迟20S后，灯便自行熄灭。
电路工作原理：
VD1～VD4与VT4构成开关主回路，控制回路由KD-9300音乐门铃芯片、话筒B、三极管VT1VT3构成。
VS、R6与C3构成简单稳压电源，输出3V左右的直流电压供控制回路用电。
平时，VT2、VT3截止，晶闸管VT4处于关断态，灯E不亮。
如果你拍一下手掌，B拾取声波信号后由C1送至VT1进行放大，VT1集电极就会出现一个正向脉冲，由C2耦合到VT2的基极，使VT2瞬间导通。
音乐门铃芯片因触发端TRIG受到高电平触发而工作，输出端O/P就输出芯片内储的乐曲信号，经VT3放大注入VT4的门极，使VT4触发开通，灯E便点亮发光。
R5、C4用来平滑VT3输出的乐曲信号，目的使灯光不产生闪烁感。
当门铃芯片内储乐曲信号终了时，VT3恢复截止，VT4因门极失去触发电流，当交流电过零时即关断，灯E熄灭。
本电路电灯点亮时间的长短取决于门铃芯片内储乐曲信号的长度，KD-9300型集成电路乐曲信号长度视内储乐曲名而定，一般在10～20S左右，VT2的β值宜大，最好在200以上；VT4宜采用触发电流较小的微触发单向晶闸管，如2N6565型等。
其他元器件无特殊要求。
图3.5声控延迟灯开关电路原理图
3.3.2方案二
本方案介绍的声控照明灯，在有突发声响出现的时候即可点亮，延时一段时间后又能自动熄灭，可作为声光控照明电路的分电路。
电路工作原理
该声控照明电路有电源电路，声控放大电路和延时控制电路组成，如图3.6所示。
电源电路由电源开关S、降压电容器C3、泄放电阻器R7、稳压管VS、整流二极管VD和铝箔电容器C4组成。
声控放大电路由传声器BM、晶体管V1、V2、电阻器R1～R4和电容器C1组成。
延时控制电路由时基集成电路IC、电阻器R5、R6、延时电容器C2和晶闸管VT组成。
接通电源开关S，交流220V电压经C3、降压VS、稳压VD整流及C4滤波后，产生+12V（Vcc）左右的工作电压，供给声控放大电路和延时控制电路。
平时（无突发声响的时候），IC因2脚为高电平而处于稳态，3脚输出低电平。
VT处于截止状态，照明灯EL不亮。
当有突发声响出现时，该声音经BM转换成交变电压信号后，再经V1、V2两极电压放大，在信号的负半周时IC内电路翻转，由稳态变为暂态，3脚输出高电平，使VT受触发而导通，EL被点亮。
与此同时，C2经IC的7脚内部的放电电路快速放电后，+12V电压又经R5对C2缓慢充电，使IC的6脚电平不断上升。
当该脚电压升至2Vcc/3时，IC复位，由暂态恢复为稳态，3脚由高电平变为低电平，使VT截止，EL熄灭。
改变R5的阻值或C2的电容量，可以改变EL延时点亮的持续时间。
图3.6 声控延迟灯开关电路原理图
元器件选择
R1～R7选用1/4W炭膜电阻器或金属膜电阻器。
C1选用独石电容器；C2和C4均选用耐压值为25V铝电解电容器；C3选用耐压值为400V的涤纶电容器或CBB电容器。
VD选用1N4007型整流二极管。
VS选用2CW110或2CW21H1N4743型硅稳压二极管。
V1和V2选用S9013或3DG9013型NPN晶体管。
VT选用BCR1AM或3CTS1（1A、400V）型双向晶闸管。
IC选用NE555型时基集成电路。
BM选用CRZ-29型驻极体传声器。
3.4光控延时照明电路设计
3.4.1方案一
电路工作原理
该光控延时照明电路由单稳态触发器，自动光控制电路和红外光控制电路等组成，如图所示。
单稳态触发器由时基集成电路IC、电位器RP和电容器C1组成。
自动光控制电路由可见光光敏晶体管V2与IC的4脚内电路组成。
红外光控制电路由红外发光二极管VL与红外光光敏晶体管V1组成。
双向晶闸管VT作为照明灯EL的电子开关，受IC3脚的电平控制。
在白天有光照的时候，V2呈导通状态，使IC的4脚（复位端）为低电平，整个控制电路不工作。
夜晚，V2因无光照射而呈截止状态，IC4脚变为高电平，整个光控制电路开始正常工作。
若在光控区无人时，则VL发出的红外光使V1导通，IC的2脚为恒定的低电平，3脚输出低电平，VT截止，照明灯EL不亮（只有IC的2脚有负脉冲输入时，其内部的触发器才动作，IC的3脚才输出高电平）。
当有人进入光控区后，遮挡光照使V1截止，IC的2脚变为高电平，人走出光控区后，IC第2脚加入负脉冲，使其内部的触发器翻转，IC的3脚输出高电平，使VT受触发而导通，照明灯EL被点亮。
待IC暂态结束后，其3脚恢复低电平，使VT截止，照明灯EL熄灭。
图3.7光控延时照明
元器件选择
R1～R4、R6均选用1/4W炭膜电阻器；R5选用2W炭膜电阻器。
C1选用耐压值为16V铝电解电容器；C2选用独石电容器或涤纶电容器；C3耐压值为500V的CBB无感电容器。
VL选用HG501型中功率红外发光二极管。
V1、V2均选用3DU系列的光敏晶体管。
VT选用1A/400V双向晶闸管，使用时应加散热片。
IC选用NE555型时基集成电路。
EL选用25～40W、220V的白炽灯。
3.4.2方案二
本方案是一个性能较好的光控延时照明电路，它能自动点亮60S，从而避免人们晚上走夜路时的不必要麻烦。
因此可用于声光控照明电路中作为光控照明模块。
电路工作原理
该光控照明电路由电源电路和光控电路组成，如图所示
图3.8光控延时照明电路
电源电路由降压电容器C1整流二极管VD1VD4滤波电容器C2和稳压二极管VS组成。
光控电路由
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