简易声光控延时照明灯电路_电子技术_课程设计2文档格式.docx
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2.2光控制电路 5
2.2.1电路原理图及电路功能分析 5
2.2.2电路元件参数整定 6
2.3声控制电路 7
2.3.1声控电路原理图 7
2.3.2电路功能分析 7
2.4延时控制电路 8
2.4.1延时控制电路原理图 8
2.4.2电路的功能分析 8
2.4.3NE555的简要介绍 10
2.5总电路 12
3简易声光控延时照明灯电路的介绍 13
3.1电路的用途 13
3.2工作原理 13
4元件清单 14
5 总结 15
致 谢 16
参考文献 17
附 录 18
简易声光控延时照明灯电路
摘 要
在本设计中介绍了声光控照明灯控制器的组成、性能、及工作原理，给出各电路原理图及元件参数选择，节电效果十分明显。
白天光照好，不管过路者发出多大声音，都不会是灯泡发亮。
夜晚光暗，电路的拾音器只要检测到有碎发声响，就会自动亮为行人照明，过几分钟后又自动熄灭，节能节点。
本电路采用两级控制
（光线强弱的感应与声强的感应）。
光控电路是根据光线的强弱来优先决定电灯的亮灭。
该电路可以对声控延时电路进行控制，在白天光线较强时，光控电路输出低电平将声控电路封锁；
在晚上光线较弱时，光控电路输出高电平，则声控功能打开。
声控电路中采用了双三极管构成的放大电路，将MIC转化的电信号连续放大，通过延时电路实现灯亮及灯亮的时间。
关键词 总电路 工作原理 元件清单
1方案提出
1.1解读技术要求
第一、要求电路能够通过照明灯开关对光线强弱的感应，控制照明灯第一级开关。
该要求主要针对光控制电路，要使电路能够实现对光线强弱的感应，则应使用对光线强弱敏感的电子器件，如光敏电阻、光敏二极管等光电传感器。
在电路中，光电传感器根据光线强弱的变化而变化，从而使电路参数发生相应的变化。
由于光控电路的输出状态只有两种：
高电平和低电平。
因此，光控电路可使用555定时器来实现对电压变化的转换。
第二、要求电路能够通过照明灯开关对声强的感应，在第一级开关开通的前提下，控制照明灯的亮灭。
该要求主要针对声控电路，要使电路能够实现对声强的感应，则应使用对声音信号敏感的电子器件，如小型驻极电容话筒、压电陶瓷片等声电传感器。
由于声电传感器收集来的声音信号都比较微弱，所以要对信号进行放大处理。
又因为声音信号是连续振荡的不确定信号，为了便于处理，先将信号波形进行整形。
利用该信号可以去控制555定时器的触发输入端。
另外，由光控电路的输出控制此555定时器的复位端，来决定声控电路的开启与关闭。
在这两种控制信号的作用下，达到声音控制照明灯亮灭的目的。
第三、要求电路能够实现照明灯点亮时间t后自动关断，并且可以手动调节。
该要求可以通过处于单稳模式的555定时器实现（说明：
此处的555定时器与
第二条要求中的555定时器为同一片）。
对时间t的手动调节可利用可变电阻和电位器来实现。
2
1.2确定方案
照明灯开关电路
简易声光控延时照明电路的总体框图：
光强检测处理电路
声强检测处理电路
延时控制电路
电源电路
图1—1总体框图
1.2.1电源电路
电源电路主要为控制电路提供工作电压，本设计采用传统的电源电路设计方法，即降压、整流、滤波、稳压，使电路输出12V直流电压供给控制电路。
1.2.2光控电路
本设计采用光敏电阻和其他电阻组成的分压电路来控制555定时器的触发输入端2脚，并且将555定时器的2脚和6脚连接在一起，通过一电容接地，555定时器的输出去控制声控电路中的555定时器的复位端。
1.2.3声控延时电路
该电路主要在光线较弱时起作用。
这主要是通过光控电路的输出来控制的。
在白天，该电路在光控电路的控制作用下，处于关闭状态，对任何声音信号都不响应；
在晚上，光控电路将该电路的功能打开，使得该电路能根据外界声音信号作出相应的响应。
本设计采用微型麦克风作为声电转换元件，并加入了两级信号放大电路和倍压整流电路来对声音信号进行处理，经处理后的声音信号控制处于单稳工作模式的555定时器来实现声控及延时功能。
1.2.4照明灯开关电路
该电路受声控电路555定时器输出端的控制。
当其输出低电平时，继电器开关保持断开，由于照明灯与继电器串联，所以灯熄灭；
当其输出高电平时，继电器开关吸合，照明灯点亮。
19
2电路基本组成及工作原理
2.1电源电路
图2—1（电源电路图）的原理：
直接从电网供电，通过变压器电路、整流电路、滤波电路和稳压电路将电网中的220V交流电转化为+12V的直流电压。
电路中变压器的常规铁心变压器，整流电路采用二极管桥式整流电路，C9、C10、C11和C12完成滤波功能，稳压电路采用三端稳压集成电路来实现。
T
1
D
MC78L12CP
+12V
12V
4
0uFC8
0.1uF
3
C10uF0.1uF
47
C9
C7
VinVoutGND
220V
图2-1电源电路原理图
2.1.1有关元器件型号选择
MC78L12CP，是精密稳压IC，三端稳压12V的。
该系列稳压器有过流、过热和调整管安全工作区保护，以防过载而损坏。
用它来组成稳压电源只需很少的外围元件，电路简单，且安全可靠。
正常输出直流电压
输出电压变化范围
输入电压允许范围（V）
输出电流
（A）
电压调整率
（V） （V）
最小
最大
12.0
11.5~12.5
15.0~17.0
0.1
0.5
10mV/V
表3-1 集成三端稳压器MC78L12CP
的有关参数
2.2光控制电路
该电路将外界的光强变化转化为电路输出电平的变化，其输出的电平信号控制声控延时电路，从而实现对照明灯亮灭的控制。
2.2.1电路原理图及电路功能分析
通过对技术要求的解读可知，该电路可由光敏电阻和普通电阻组成的分压电路及一片555定时器来实现，其原理电路图如图2—2所示。
图中RL为光敏电阻，在光线较弱或者是无光照射时，光敏电阻RL呈高阻状态，有RL>
>
R10+RP1，使得555
（1）的触发输入端2脚和阈值输入端6脚均为低电平即均小于1/3VCC，则
555
（2）输出高电平，将声控延时电路打开，使得继电器开关电路的开闭由声控延时电路控制；
在有光照射时，RL呈低阻状态，有RL+R9<
<
R10+RP1，则555定时器的2脚和6脚均为高电平，即都高于2/3Vcc，此时555定时器输出低电平，将声控延时电路封锁，使得开关电路中的继电器断开，照明灯熄灭。
RL
光光光光
R9
15K
R8
10K
R1051K
6
7
C8100uF
Rp1100K
C70.01uF
Q
THRTRIG
DIS
R
8
U2NE555
（1）
NE555
（2）4光
GND1
CVol5t
VCC
3
图2—2 光控电路原理图
原理图2-2中的的电阻R8~R10均为保护电阻。
R9、R10分别与RL和RP1串联是为了防止在光敏电阻RL和RP1阻值过小时电路发生短路。
R8为限流电阻，防止在光线较强时，RL阻值大大下降，造成电路电流过大而烧毁555定时器。
电容C8为保持电容，其具体工作情况如下：
给电路通电之前，电容C8未储存电荷，因此其两端电压Vc为零，555
（1）的2脚和6脚则为低电平。
在光线较强时，光敏电阻呈低阻状态，使得R8<
R10+RP1，则电源通过RL、R9、R8向电容快速充电，使电容电压Vc迅速升高到2/3Vcc，555
（1）输出低电平将声控延时电路封锁。
由于电容C8无放电回路，所以只要外界光线强弱不发生明显的变化，电容C8两端的电压波动就不会太大，从而使555
（1）维持输出低电平。
当外界光线较暗时，光敏电阻呈高阻状态，使得RL>
R10+RP1，电容C8通过R8、R10、RP1回路放电，其两端电压Vc下降，当下降到低于1/3Vcc时，555
（1）输出高电平，声控延时电路开启。
基于以上分析可知，开始时，电路输出为高电平，电容C8充电到电压为2/3Vcc时，电路输出发生反转，此后，只要光线的强弱变化不大，则电路的输出维持低电平；
若光线较弱，则电容C8放电，当电压Vc下降到1/3Vcc时，电路发生反转，输
出高电平，同样，只要光线强弱变化不大，则电路的输出维持高电平。
因此，
555
（1）工作在施密特触发器模式。
2.2.2电路元件参数整定
光敏电阻RL的选择要求是亮阻与暗阻相差倍数愈大愈好。
经查资料，MG45-14型光敏电阻满足要求，其最大亮阻（10KΩ）与最小暗阻（10MΩ）相差1000倍，反应时间小于20ms。
下面利用这两个阻值来确定R8、R9、R10的值。
在光线较强时，RL=10 KΩ，此时应有，555
（1）的2脚和6脚的电压大于
2/3Vcc，假设就等于2/3Vcc，并将电位器的取值定为100KΩ，则有
Vcc（R10+RP1）/[（RL+R9）+（R10+RP1）]=2/3Vcc （2-1）
当RP1=100KΩ时，有
2R9-R10=80（KΩ） （2-2）若取R10=51KΩ，则R9=15KΩ。
确定R8的值，使得在RL最小时，电路中的电流不超过555定时器的最大允许电流就行了。
取R8=10KΩ。
R8~ R10均采用1/8W金属膜电阻，如RJ45-1/8W；
RP1采用WH系列碳膜电位器，如WH148型。
电阻与电源电路中一样，电容C8用铝电解电容，耐压值为16V就能满足要求，即可采用CD11-16V型；
为使电路的充放电时间常数尽量小，则电容的C8容值要取得小一些，可取为100μF。
电容C7一般用
0.01μF的普通独石电容，如103M/50V型。
2.3声控制电路
该电路受光控电路的控制，在外界光线较强时，该电路不起作用；
在光线较弱时，该电路受外界声音信号的控制，其输出直接控制继电器开关电路。
2.3.1声控电路原理图
图2—3声控制电路
2.3.2电路功能分析
MIC接收到足够的声强时，电路产生谐振并输出一个微弱脉冲，从而将声音信号转换为电信信号。
MIC输出信号是一个非常微弱的信号，为了后续电路能够对声强信号进行处理，
R24K
R32K
C2
D2
v
光光光光光光光光T3光光）
10uFT2
R1300K
C1
T1
47uF
R42K
C410uF
C3D1
10uF
MIC
必须加入信号放大电路。
图中所示信号放大电路是由电阻R1—R4、T1、T2和C1—
C3构成，电路中采用了双三极管构成的放大电路，这样可以使电路的放大的倍数比单管当打电路的倍数增加b倍，从而得到适合的信号。
R2和R3为放大电路的集电极偏置电阻，C1和C2为放大电路的滤波电容。
R1和R4为放大电路的反馈电阻，它们的功能是保证放大电路有一个稳定的静态工作点和稳定的输出电压，C3的作用是减小电路中加入反馈电阻对放大倍数的影响。
电路中的延时控制电路一般采用电平信号触发，因此有必要对放大的交流信号进行整流。
上图中采用了由C4、D1和D2
构成的倍压整流电路，倍压整流电路不但能够完成整流的任务，同时还可以将输出电压增大一倍，这样当MIC接受到了足够大的胜强后，声强信号处理电路通过放大和整流就输出了一个高电平信号V。
2.4延时控制电路
2.4.1延时控制电路原理图
图2-4 延时控制电路原理图
2.4.2电路的功能分析
延时控制电路的核心部分是555集成电路，555集成电路时一种非常有用的，
U2
THR
R54K
R6
R915K
DS?
光光
K
TRIG
7
D3R1051K
T4C5
THRDIS
U1R
CVolt
5
NE555
（1）
50
C70.01uF
220
T3
NE555
（2）
C60.01uF
R7
T5
Hz
Vcc
V
并且应用十分灵活的集成电路。
555集成电路的引脚图和功能表如图所示，集成电路共有8个引脚，引脚1为接地端，引脚8为电源端，引脚2为触发电平端，引脚
3为输出端，引脚4为清零端，引脚5为控制电平端，引脚6为阀值输入端，引脚
7为放电端。
从功能表中可以看出：
555集成电路通过改变THR和TRIG端的电压
值，来影响输出端和放电短的状态；
同时它还具有储存信号的功能，因此555集成电路的应用十分广泛。
需注意是控制电平端CV01t,当它接入任意电压Vcv01t时，
THR和TRIG端的变化分界点就不再是（1/3）Vcc和（2/3）Vcc，而是（1/2）
Vcv01t和Vcv01t。
如图所示，延时控制电路包括两部分：
第一部分是由三极管构成的触发信号产生电路；
第二部分是由555定时器构成的可重复触发的单稳态电路。
首先，声强信号处理电路的输出信号接V接三极管T3的基极。
因为MIC接收到了足够大的声强后，V为高电平，则三极管T3饱和，使三极管T3的集电极和发射极之间的Vce约为0.3V,Vce接入555集成电路的TRIG端作为触发电平。
555集成电路构成的可重复触发的单稳态电路处于稳态时，Vthr<
（2/3）Vcc,Vtrig>
（1/3）
Vcc,Q=0,放电管导通。
当Vtrig=Vce=0.3V时，电路进入暂稳态，此时Q=1，放电管截止。
同时直流电源通过可变电阻R6对电容C5充电，使得Vthr的值渐渐上升，当
Vthr的值大于（2/3）Vcc时，电路重新进入稳态，Q=0，放电管导通。
电路暂稳态的持续时间，即C5的充电时间取决于可变电阻R6和电容C5的数值，其计算公式为
（设可变电阻R6=1M）：
t=Tw=1.1R6*C5=（1.1*1000000*47）/1000000=51.2s （2-3）
当MIC持续接收到足够大的声强时，那么V一直为高电平，T3始终饱和导通，Vce
持续为0.3V。
这样使T4始终导通，电容C5就可以T4进行放电，电路将无法对电容
C5进行充电。
这样电路就一直处于暂稳态，知道声强信号消失，电路才能重新进入稳态，从而可以满足设计要求。
由于照明灯通过的是大电流，直流电源一般无法提供大电流和大功率，因此照明灯需要交流供电，因此电路中开关需要采用继电器电路。
而一般555定时器的输出无法驱动继电器，因此需要加入放大电路。
图2-4中三极管T5构成电流放大电路。
T5为共集电极电路，当输入为高电平时，三极管到通并饱和，输出电流放大b倍；
当输入为低电平时，三极管截止，没有电流通过。
继电器接T5的集电极，当电流驱动时，开关吸合，照明灯通电；
当没有电流通过时，开关断开，照明灯不通电，同时在继电器两端并联二极管以利保护。
3.1.1NE555的简要介绍
图2-4-1为555集成电路的引脚图:
NE555
GND
图2-4-1 555集成电路的引脚图
555集成电路的功能表
阈值输入
触发输入
复位端
输出端
放电管
任意值
导通
（2/3）Vcc
（1/3）Vcc
截止
不变
第一、NE555的主要特点
1.只需简单的电阻器、电容器，即可完成特定的振荡延时作用。
其延时范围极广，可由几微秒至几小时之久。
2.它的操作电源范围极大，可与TTL，CMOS等逻辑电路配合，也就是它的输出电平及输入触发电平，均能与这些系列逻辑电路的高、低电平匹配。
3.其输出端的供给电流大，可直接推动多种自动控制的负载。
4.它的计时精确度高、温度稳定度佳，且价格便宜。
第二、NE555的引脚位配置
Pin1（接地）-地线（或共同接地），通常被连接到电路共同接地。
Pin2（触发点）-这个脚位是触发NE555使其启动它的时间周期。
触发信号上缘电压
须大于2/3VCC，下缘须低于1/3VCC。
Pin3（输出）-当时间周期开始555的输出输出脚位，移至比电源电压少1.7伏的高电位。
周期的结束输出回到O伏左右的低电位。
于高电位时的最大输出电流大约200
mA。
Pin4（重置）-一个低逻辑电位送至这个脚位时会重置定时器和使输出回到一个低电位。
它通常被接到正电源或忽略不用。
Pin5（控制）-这个接脚准许由外部电压改变触发和闸限电压。
当计时器经营在稳定或振荡的运作方式下,这输入能用来改变或调整输出频率。
Pin6（重置锁定）-Pin6重置锁定并使输出呈低态。
当这个接脚的电压从1/3VCC电压以下移至2/3VCC以上时启动这个动作。
Pin7（放电）-这个接脚和主要的输出接脚有相同的电流输出能力，当输出为ON时为
LOW，对地为低阻抗，当输出为OFF时为HIGH，对地为高阻抗。
Pin8（V+）-这是555个计时器IC的正电源电压端。
供应电压的范围是+4.5伏特（最小值）至+16伏特（最大值）。
第3、参数功能特性
供应电压4.5-18V；
·
供应电流3-6mA；
输出电流225mA（max）；
上升/下降时间100ns。
2.5 总电路
CVol5tGND1
1D
12V4
C7C8
470uF0.1uF
C9C1047uF0.1uF
VinVoutGND
DS
6NE555（1R）8
D3
TRIG2
DIS7
50Hz
RQ
4U1
C4
图2-5 简易声光控延时照明灯电路原理总图
3简易声光控延时照明灯电路的介绍
3.1电路的用途
这种方法设计出的电路，节能和实用。
它可在楼道、走廊和门口
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