课程设计声光双控延时照明灯电路.docx
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课程设计声光双控延时照明灯电路
目录
摘要1
1.设计方案2
2.设计原理2
2.1第一级电路：
光控电路2
2.2第二级电路：
声控电路2
2.3第三级电路：
555可重复触发的单稳态电路2
2.4第四级电路：
LED照明灯电路2
2.5直流稳压电源2
3.元器件选型2
3.1红外线发射管2
3.2红外线接收管2
3.3继电器2
3.3.1继电器概述2
3.3.2继电器JRC-21F2
3.4驻极体话筒2
3.4.1驻极体话筒概述2
3.4.2驻极体话筒与电路的接法2
3.4.3驻极体话筒极性判别2
3.4.4驻极体话筒灵敏度检测:
2
3.4.5驻极体话筒工作原理2
3.4.6驻极体话筒选配注意2
3.4.6驻极体话筒的种类规格2
3.5电压比较器2
3.5.1工作原理2
3.5.2功能作用2
3.5.3LM3932
3.6NE555定时器2
3.7变压器2
3.8直流稳压芯片2
心得体会2
参考文献2
附录2
附录1：
元器件清单2
表附录1-1控制电路元器件清单2
表附录2-2直流稳压电源中元器件清单2
附录2：
声光双控延时照明灯电路全图2
摘要
随着电子技术的发展，用模拟电路和数字电路设计实现灯的自动开关，既能节能省电，有能延长灯的实际使用时间是非常重要的。
灯泡在白天不会点亮，而在夜晚，一旦有声音振动，灯泡就会自动点亮。
这种设计可以广泛应用于走廊、楼道招待所等公共场所，给人们的生活、带来极大的方便，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。
该电路由电源电路、声控电路、光控电路和延时控制开关电路等组成。
本设计以红外发射管作为模拟可见光，红外接收管作为光源传感器，以驻极体话筒作为感应声音的传感器，同时用NE555定时器搭建可重复触发单稳态电路，实现可重复触发LED供电电路工作。
关键词：
声控，光控，照明，延时
Withthedevelopmentofelectronictechnology,theautomaticswitchlampswithanalogcircuitanddigitalcircuitdesign,notonlycansaveenergy,canextendthelampwiththeactualuseoftimeisveryimportant.Lightingduringthedaydoesnotlight,butatnight,oncethesoundvibration,lightbulbswillbeautomatically.Thisdesigncanbewidelyusedinthecorridor,corridorguesthousesandotherpublicplaces,bringsgreatconveniencetopeople'slife,,obtainedthewidespreadapplication.Soundandlightcontrolcircuitissoundandlightcontrolledelectronicswitchcircuit.Thecircuitiscomposedofapowercircuit,controlcircuit,alightcontrolcircuitandadelaycontrolswitchcircuit.Thedesignoftheinfraredemissiontubeassimulatedvisiblelight,infraredreceivingtubeasalightsensor,theelectretmicrophonesensorasthesensingsound,atthesametimeusingtheNE555timerbuiltretriggerablemonostablecircuit,achievingrepeatabletriggeredLEDpowersupplycircuit.
关键词：
声控，光控，照明，延时
Keywords:
voice,light,lighting,delay
1.设计方案
本设计由四级电路组成，第一级电路用一红外对管加上外围电路做为光控电路，当红外接收管接收到红外发射管的红外光束时，接收管通过三极管调制转换为高低电平，从而控制继电器的吸合与断开，实现对下一级电路的导通与截止。
第二级电路为声控电路，使用驻极体话筒作为声音传感器，有振动的时候，驻极体话筒其自身电阻会发生变化，从而两端电压发生变化，与另一电组两端电压，通过LM393电压比较器，输出高低电平，来控制第三级555定时器组成的可重复触发的单稳态电路。
当无声音振动时，LM393输出高电平，当有声音振动时，输出低电平，而由555定时器组成的可重复触发的单稳态电路是低电平触发有效，当有负脉冲输入时，555定时器输出高电平，高电平持时间t，并且在高电平持续期间如果有新的脉冲输入，则持续时间就会重新维持时间t。
555定时器输出高电平，可以用来触发下一个继电器，继电器导通第四级LED工作电路，实现照明。
本设计各部分电路只需+5V电源供电，采用一个5V的直流稳压电源供电。
2.设计原理
2.1第一级电路：
光控电路
图2-1第一级光控电路
该光控电路由一对红外收发管、三极管，继电器和一个反向保护二极管组成。
红外线发射管也称红外线发射二极管，属于二极管类。
它是可以将电能直接转换成近红外光（不可见光）并能辐射出去的发光器件，主要应用于各种光电开关及遥控发射电路中。
红外线发射管的接法和一般发光二极管接法一样。
需要串联一个限流电阻。
本设计采用了1K的限流电阻。
使电流保持在5ma左右。
红外线接收管是将红外线光信号变成电信号的半导体器件。
红外接收管接收到的是模拟量，本设计在第一级工作电路中，使用三极管来处理红外接收管接收到的模拟量，将其转变为高低电平，使在接收管未接收到红外光时为高电平，接收到红外光时转变为低电平，从而导通继电器，使继电器吸合，将下一级电路导通。
其中继电器是一种电控制器件。
它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路）之间的互动关系。
通常应用于自动化的控制电路中，它实际上是用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”。
在本设计中，由于继电器内部有一个线圈，这个线圈在通电时会产生一个比较高的反向电压，为了防止这个反向电压可能会倒灌到控制电路中击穿控制电路的元器件，在继电器的线圈两端反向并入一个二极管来吸收这个反向电压，二极管的接法是继电器与控制电路的正极连接的一端接二极管的负极，继电器与负极连接的一端接二极管的正极。
2.2第二级电路：
声控电路
图2-2第二级声控电路
在第一级工作电路中，继电器吸合之后，会给第二级电路提供电源VCC1，第二级电路开始工作。
电路中红色的发光二极管是电源指示灯。
第二级电路是从网上参考的电路。
第二级电路的主体是驻极体话筒。
当有声音振动时，驻极体话筒电阻发生变化。
本设计采用的驻极体话筒灵敏度较小，且是从别人做的板子上拆下来的二手货，其性能较差，所以必须用力吹，其电阻才能发生较大变化。
驻极体话筒电阻的变化，使其两端电压发生变化。
电压的变化较大时，与比较器LM393的另一端的输入电压相比变为较大或者变为较小时，LM393输出由高电平变为低电平，绿色LED指示灯被点亮。
指示有电平的变化。
LM393的另一输入端的电压变化是由一滑动变阻器实现，通过调节滑动变阻器电阻值的大小，实现输入电阻值的大小的变化，根据驻极体话筒阻值的变化范围来调节滑动变阻器。
2.3第三级电路：
555可重复触发的单稳态电路
图2-3由555定时器构成可重复触发的单稳态电路
该电路是借鉴数电课本上的由555定时器构成的可重复触发的单稳态电路当PNP三极管8550的基极输入低电平时，电路进入暂稳态，同时8550导通，电容C放电，输入高电平时，电容C充电，在电容电压未冲到三分之二VCC之前，电路处于暂稳态，如果在此期间，又加入新的低电平触发脉冲，8550又导通，电容C再次放电，输出仍然维持在暂稳态。
只有在触发脉冲撤出后，且在输出脉冲宽度t时间间隔内没有新的低电平触发脉冲，电路才返回到稳定状态。
时间t的计算式：
t=1.1RC。
这种电路产生的脉冲宽度t可从几个微秒到数分钟，精度可达0.1%。
2.4第四级电路：
LED照明灯电路
图2-4LED照明灯电路
在第三级工作电路中，555定时器输出高电平，在第四级工作电路中，高电平经NPN三极管8050后由集电极输出，使三极管集电结工作在放大状态，电流由VCC经集电极通过发射极流向GND，从而使继电器吸合，将第四级工作电路导通，使LED发光二极管工作照明。
2.5直流稳压电源
图2-5直流稳压电源
电源模块有变压器、整流桥、电容、稳压器、二极管等组成。
其中变压器用于将220V交流电转变为9V输出。
后接全波整流桥变为单方向的全波脉动波形。
整流桥后边接了集成稳压器LM7805，用以输出5V电压。
在稳压器的两端都接有二极管、电容和电解电容。
电容用来实现频率补偿，防止稳压器产生高频自激振荡和抑制电路引入的高频干扰。
电解电容用以减少稳压电源输出端由输入电源引入的低频干扰。
其中二极管为保护二极管，当输入端短路时，给电解电容一个放电回路，防止电解电容两端电压作用于调整管的be结击穿而损坏。
3.元器件选型
3.1红外线发射管
图3-1红外发射管
红外线发射管也称红外线发射二极管，属于二极管类。
它是可以将电能直接转换成近红外光（不可见光）并能辐射出去的发光器件，主要应用于各种光电开关及遥控发射电路中。
红外线发射管的结构、原理与普通发光二极管相近，只是使用的半导体材料不同。
红外发光二极管通常使用砷化镓（GaAs）、砷铝化镓（GaAlAs）等材料，采用全透明或浅蓝色、黑色的树脂封装。
红外线发射管是由红外发光二极管矩组成发光体，用红外辐射效率高的材料（常用砷化镓）制成PN结，正向偏压向PN结注入电流激发红外光，其光谱功率分布为中心波长830～950nm。
LED是英文LightEmittingDiode的简称，表现是正温度系数，电流越大温度越高，温度越高电流越大，LED红外灯的功率和电流大小有关，但正向电流超过最大额定值时，红外灯发射功率反而下降。
常用的红外发光二极管（如SE303.PH303），其外形和发光二极管LED相似，发出红外光。
管压降约1.4v，工作电流一般小于20mA。
为了适应不同的工作电压，回路中常常串有限流电阻。
当电压越过正向阈值电压（约0.8V左右）电流开始流动，而且是一很陡直的曲线，表明其工作电流对工作电压十分敏感。
因此要求工作电压准确、稳定，否则影响辐射功率的发挥及其可靠性。
辐射功率随环境温度的升高（包括其本身的发热所产生的环境温度升高）会使其辐射功率下降。
红外灯特别是远距离红外灯，热耗是设计和选择时应注意的问题。
红外二极管的最大辐射强度一般在光轴的正前方，并随辐射方向与光轴夹角的增加而减小。
辐射强度为最大值的50%的角度称为半强度辐射角。
不同封装工艺型号的红外发光二极管的辐射角度有所不同。
3.2红外线接收管
图3-2红外接收管
红外线接收管是在LED行业中命名的，是专门用来接收和感应红外线发射管发出的红外线光线的。
一般情况下都是与红外线发射管成套运用在产品设备当中。
特征与原理：
红外线接收管是将红外线光信号变成电信号的半导体器件，它的核心部件是一个特殊材料的PN结，和普通二极管相比，在结构上采取了大的改变，红外线接收管为了更多更大面积的接受入射光线，PN结面积尽量做的比较大，电极面积尽量减小，而且PN结的结深很浅，一般小于1微米。
红外线接收二极管是在反向电压作用之下工作的。
没有光照时，反向电流很小（一般小于0.1微安），称为暗电流。
当有红外线光照时，携带能量的红外线光子进入PN结后，把能量传给共价键上的束缚电子，使部分电子挣脱共价键，从而产生电子---空穴对（简称：
光生载流子）。
它们在反向电压作用下参加漂移运动，使反向电流明显变大，光的强度越大，反向电流也越大。
这种特性称为“光电导”。
红外线接收二极管在一般照度的光线照射下，所产生的电流叫光电流。
如果在外电路上接上负载，负载上就获得了电信号，而且这个电信号随着光的变化而相应变化。
红外接收管一般是接收、放大、解调一体头，一般红外信号经接收头解调后，数据“0”和“1”的区别通常体现在高低电平的时间长短或信号周期上，单片机解码时，通常将接收头输出脚连接到单片机的外部中断，结合定时器判断外部中断间隔的时间从而获取数据。
重点是找到数据“0”与“1”间的波形差别。
红外线接收管有两种，一种是红外二极管，另一种是红外三极管。
红外二极管就是将光信号转化为电信号，红外三极管是将红外二极管和三极管结合起来，所以红外三极管在将光信号转化为电信号的同时，也把电流放大了。
因此，红外三极管也分为两种，分别是NPN型和PNP型。
红外接收二极管一般有圆形和方形两种。
由于红外发光二极管的发射功率较小，红外接收二极管收到的信号较弱，所以接收端就要增加高增益放大电路。
然而现在不论是业余制作或正式的产品，大都采用成品的一体化接收头。
红外线一体化接收头是集红外接收、放大、滤波和比较器输出等的模块，性能稳定、可靠。
红外线相关产品可以应用于商用、纸张编排感测；与接收讯号的设备；火灾烟雾警报器；收款、售票、游戏与贩卖机系统的条形码读取装置；车辆的雨水与操控；与一般感测的用途上使用。
3.3继电器
图3-3电磁继电器内部结构图
3.3.1继电器概述
继电器是一种电控制器件。
它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路）之间的互动关系。
通常应用于自动化的控制电路中，它实际上是用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”。
故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。
电磁继电器一般由电磁铁、衔铁、弹簧片、触点等组成的，其工作电路由低压控制电路和高压工作电路两部分构成。
电磁继电器还可以实现远距离控制和自动化控制。
只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。
当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）释放。
这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。
对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：
继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。
图3-4继电器JRC-21内部原理图
3.3.2继电器JRC-21F
本设计所用的继电器型号是JRC-21F其内部构造如图3-4
当中间两个引脚接通5v电压（两个引脚无正负）的瞬间，会听见磁铁相吸的啪嗒声，这时常开触点闭合，常闭触点断开，断电后触点归位。
JRC-21F2ADC5V的一些参数如下
2A输出电流最大值
5V控制继电器线圈的电压值
外型尺寸（L×W×H）15.5×11×11.5mm
触点负载1A,3A/125VAC,30VDC
触点接触电阻≤50mΩ
最大切换功率30W62.5VA
最大切换电压30VDC125VAC
最大切换电流3A
线圈功耗0.2W,0.36W,0.45W
线圈额定电压5VDC
吸合电压Max75%额定电压
释放电压Min10%额定电压
动作时间≤5ms
释放时间≤5ms
线圈允许最大电压VDC（max）110%额定电压
绝缘电阻1000MΩ
重量3.5g
3.4驻极体话筒
3.4.1驻极体话筒概述
驻极体话筒具有体积小、结构简单、电声性能好、价格低的特点，广泛用于盒式录音机、无线话筒及声控等电路中。
属于最常用的电容话筒。
由于输入和输出阻抗很高，所以要在这种话筒外壳内设置一个场效应管作为阻抗转换器，为此驻极体电容式话筒在工作时需要直流工作电压。
声电转换的关键元件是驻极体振动膜。
它是一片极薄的塑料膜片，在其中一面蒸发上一层纯金薄膜。
然后再经过高压电场驻极后，两面分别驻有异性电荷。
膜片的蒸金面向外，与金属外壳相连通。
膜片的另一面与金属极板之间用薄的绝缘衬圈隔离开。
这样，蒸金膜与金属极板之间就形成一个电容。
当驻极体膜片遇到声波振动时，引起电容两端的电场发生变化，从而产生了随声波变化而变化的交变电压。
驻极体膜片与金属极板之间的电容量比较小，一般为几十pF。
因而它的输出阻抗值很高（Xc=1/2~tfc），约几十兆欧以上。
这样高的阻抗是不能直接与音频放大器相匹配的。
所以在话筒内接入一只结型场效应晶体三极管来进行阻抗变换。
场效应管的特点是输入阻抗极高、噪声系数低。
普通场效应管有源极（S）、栅极（G）和漏极（D）三个极。
这里使用的是在内部源极和栅极间再复合一只二极管的专用场效应管。
接二极管的目的是在场效应管受强信号冲击时起保护作用。
场效应管的栅极接金属极板。
这样，驻极体话筒的输出线便有三根。
即源极S，一般用蓝色塑线，漏极D，一般用红色塑料线和连接金属外壳的编织屏蔽线。
3.4.2驻极体话筒与电路的接法
源极输出与漏极输出。
源极输出类似晶体三极管的射极输出。
需用三根引出线。
漏极D接电源正极。
源极S与地之间接一电阻Rs来提供源极电压，信号由源极经电容C输出。
编织线接地起屏蔽作用。
源极输出的输出阻抗小于2k，电路比较稳定，动态范围大。
但输出信号比漏极输出小。
漏极输出类似晶体三极管的共发射极放入。
只需两根引出线。
漏极D与电源正极间接一漏极电阻RD，信号由漏极D经电容C输出。
源极S与编织线一起接地。
漏极输出有电压增益，因而话筒灵敏度比源极输出时要高，但电路动态范围略小。
Rs和RD的大小要根据电源电压大小来决定。
一般可在2．2～5．1k间选用。
例如电源电压为6V时，Rs为4．7k，RD为2.2k。
若电源为正极接地时，只须将D、S对换一下，仍可成为源、漏极输出。
一声控电路前置放大级中驻极体话筒的源极输出和漏极输出的两种不同的接法，最后要说明一点，不管是源极输出或漏极输出，驻极体话筒必须提供直流电压才能工作，因为它内部装有场效应管。
3.4.3驻极体话筒极性判别
图3-5驻极体话筒内部结构
关于驻极体电容式话筒的检测方法是：
首先检查引脚有无断线情况，然后检测驻极体电容式话筒。
驻极体话筒体积小，结构简单，电声性能好，价格低廉，应用非常广泛。
驻极体话筒的内部结构如图3-5所示。
源极输出有三根引出线，漏极D接电源正极，源极S经电阻接地，再经一电容作信号输出；漏极输出有两根引出线，漏极D经一电阻接至电源正极，再经一电容作信号输出，源极S直接接地。
所以，在使用驻极体话筒之前首先要对其进行极性的判别。
在场效应管的栅极与源极之间接有一只二极管，因而可利用二极管的正反向电阻特性来判别驻极体话筒的漏极D和源极S。
将万用表拨至R×1kΩ档，黑表笔接任一极，红表笔接另一极。
再对调两表笔，比较两次测量结果，阻值较小时，黑表笔接的是源极，红表笔接的是漏极。
3.4.4驻极体话筒灵敏度检测
在收录机、电话机等电器中广泛应用的驻极体话筒，其灵敏度直接影响送话和录放效果。
这类话筒灵敏度的高低可用万用表进行简单测试。
将万用表拨至R×100档，两表笔分别接话筒两电极（注意不能错接到话筒的接地极），待万用表显示一定读数后，用嘴对准话筒轻轻吹气（吹气速度慢而均匀），边吹气边观察表针的摆动幅度。
吹气瞬间表针摆动幅度越大，话筒灵敏度就越高，送话、录音效果就越好。
若摆动幅度不大（微动）或根本不摆动，说明此话筒性能差，不宜应用。
对于三根引脚驻极体电容式话筒检测方法同上，只是黑表棒接输出引脚2脚，红表棒接引脚3脚。
3.4.5驻极体话筒工作原理
高分子极化膜上生产时就注入了一定的永久电荷（Q），由于没有放电回路，这个电荷量是不变的，在声波的作用下，极化膜随着声音震动，因此和背极的距离也跟着变化，也就是锁极化膜和背极间的电容是随声波变化。
电容上电荷的公式是Q＝C×V，反之V＝Q/C也是成立的。
驻极体总的电荷量是不变，当极板在声波压力下后退时，电容量减小，电容两极间的电压就会成反比的升高，反之电容量增加时电容两极间的电压就会成反比的降低。
最后再通过阻抗非常高的场效应将电容两端的电压取出来，同时进行放大，就可以得到和声音对应的电压了。
由于场效应管时有源器件，需要一定的偏置和电流才可以工作在放大状态，因此，驻极体话筒都要加一个直流偏置才能工作。
3.4.6驻极体话筒选配注意
驻极体话筒价格很低，损坏后做更换处理，关于驻极体话筒选配要注意以下几点：
（1）两根和三根引脚的驻极体话筒之间不能直接替代，一般情况下也不做改动电路的代替。
（2）这种话筒没有型号之分，相同引脚数的话筒可以代替，只是存在性能上的差别。
3.4.6驻极体话筒的种类规格
常用驻极体话筒的外形分机装型（即内置式）和外置型两种。
机装型驻极体话筒适合于在各种电子设备内部安装使用。
常见的机装型驻极体话筒形状多为圆柱形，其直径有φ6mm、φ9.7mm、φ10mm、φ10.5mm、φ11.5mm、φ12mm、φ13mm……多种规格；引脚电极数分两端式和三端式两种，引脚形式有可直接在电路板上插焊的直插式、带软屏蔽电线的引线式和不带引线的焊脚式3种。
如按体积大小分类，有普通型和微型两种，微型驻极体话筒已被广泛应用于各种微型录音机、微型数码摄像机、手机等电子产品中。
3.5电压比较器
比较器是输出量数值与规定的参比值相比较，以产生一个差值信号（误差信号）的器件。
电压比较器它可用作模拟电路和数字电路的接口，还可以用作波形产生和变换电路等。
利用简单电压比较器可将正弦波变为同频率的方波或矩形波。
3.5.1工作原理
电压比较器可以看作是放大倍数接近“无穷大”的运算放大器。
电压比较器的功能：
比较两个电压的大小（用输出电压的高或低电平，表示两个输入电压的大小关系）：
当”+”输入端电压高于”－”输入端时，电压比较器输出为高电平；
当”+”输入端电压低于”－”输入端时，电压比较器输出为低电平。
3.5.2功能作用
它可用作模拟电路和数字电路的接口，还可以用作波形产生和变换电路等。
利用简单电压比较器可将正弦波变为同频率的方波或矩形波。
简单的电压比较器结构简单，灵敏度高，但是抗干扰能力差，因此我们就要对它进行改进。
改进后的电压比较器有：
滞回比较器和窗口比较器。
运放是通过反馈回路和输入回路的确定“运算参数”，比如放大倍数，反馈量可以是输出的电流或电压的部分或全部。
而比较器则不需要反馈，直接比较两个输入端的量，如果同相输入大于反相，则输出高电平，否则输出低电平。
电压比较器输入是线性量，而输出是开关（高低电平）量。
一般应用中，有时也可以用线性运算放大器，在不加负反馈的情况下，构成电压比较器来使用。
3.5.3LM393
本设计使用的比较器是LM393：
LM393是双电压比较器集成电路。
工作电源电压范围宽，单电源、双电源均可工作，单电源：
2～36V，双电源：
±1～±18V；输入失调电压小，VIO=±2mV；
共模输入电压范围宽，VIC=0～VCC-1.5V；
LM393内部结构如图：
图3-6LM393内部结构图
LM393是高增益,宽频带器件，象大多数比较器一样，如
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