声光控延时开关综述.docx

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声光控延时开关综述

课程设计报告

课程名称：

电子技术课程设计

设计题目：

声光控延时开关

院系：

班级：

学号：

指导教师：

时间：

摘要

光控灯和声光控灯是居家照明的重要组成部分（如楼道、卫生间、小巷等），它们的出现使我们的生活方便许多，既可避免摸黑找开关造成的摔伤碰伤，又可杜绝楼道灯有人开、没人关浪费能源的现象。

此次设计通过模拟电子技术的学习，提出了一种基于晶体三极管工作状态的系统设计方法，结合光敏电阻的随着外部环境的阻值改变的特性，给出光控灯的设计方案，在此基础上结合数字电子技术的优点，引入拾音器将声控功能加如其中，同时实现声控和光控，以下给出了二者详细的设计过程，包括软件设计、软件仿真，以及测试和实验结果。

第1章绪论…………………………………………………3

第2章设计方案……………………………………………4

第3章电路设计……………………………………………5

3.1单元电路设计………………………………………………5

3.2总体电路设计………………………………………………7

第4章软件设计……………………………………………8

第5章电路调试与程序测试………………………………9

第6章总结…………………………………………………10

第1章绪论

随着现代科学技术的发展，越来越多的高科技节能产品出现在我们生活的方方面面，声控灯、光控灯是居家照明的重要组成部分，光控灯是由光控开关和LED灯组合而成。

声控灯由麦克风，放大电路和LED灯组成。

在地球资源日渐衰竭的今日，环保、节能是当今各产业发展的重心，尤其是需要消耗大量电力的照明产业，基于此目的的研发工作更是趋向环保、节能的特性上著眼。

因此，开发新型高效、节能、寿命长、环保的电路对居家照明节能具有十分重要的意义。

由此声控、光控LED灯的诸多优点在现在正逐渐取代传统的照明设备，是照明产品的新兴光源，有「绿色照明」光源之称，未来将光芒耀眼，发展潜力无限。

声控、光控LED具有节能、体积小、发热量低、寿命长、耗电量小、反应速度快、易控制等众多优点，极大的满足了人们日常生活的需要，因此十分被灯饰业者看好。

光控灯，安装方便，使用寿命长。

集光学、材料和电路技术为一体组成的自动照明开关，白天或光线较强时，开关电路为自锁状态，LED灯不亮，当光线黑暗时或晚上来临时，开关自动打开，LED灯亮，从而实现了白天自动熄灭夜间自动打开的目的，节省了人为的控制。

声光控集声控、光控、延时自动控制技术为一体,内置声音感应元件,光效感应元件,白天光线较强时，受光控自锁，有声响也不通电开灯；当傍晚环境光线变暗后，开关自动进入待机状态，遇有说话声、脚步声等声响时，会立即通电,亮灯，延时半分钟后自动断电；能延长灯泡寿命6倍以上，节电率达90％。

二者都为人们的日常生活提供诸多方便。

第2章设计方案

此设计是为了实现声控光控延时开关的功能。

在白天时无论是否有声音，小灯都不能被点亮，即白天时不需要光照，在夜晚当有声音产生时，小灯被点亮，且在声音消失后，小灯能够维持一段时间亮度，即在夜晚有人经过的时候，灯被点亮，并有足够的时间让人通过。

所设计的电路分为五个模块：

电源模块，信号收集模块，信号处理模块，延时模块和被控制模块。

（模块图如2.1）电源模块为整个电路提供稳定的直流电源，使驱动三极管，芯片TC4081BP和小灯。

信号收集模块分为声音信号收集模块和光信号收集模块。

声音信号收集模块将声音信号转变为音频电信号从而能够输入电路，起到控制开关的作用。

光信号收集模块将光强度的改变转变为电压的改变，与声音信号一起控制芯片的输入。

信号处理模块即是芯片TC4081BP对声音，光信号导致的电信号的改变进行处理，从而驱动被控制电路，并作用于延时模块。

延时模块是在信号处理模块的作用下工作，起到延时的作用。

被控制模块在信号处理模块及延时模块的共同作用下工作，达到设计的目的。

电路方框如所示：

图2.1声光控延时开关电路方框图

第3章电路设计

3.1单元电路设计

可以将此电路分为主电路、电源电路、光控电路、声控电路、逻辑电平反转及触发电路、延时电路等几个单元电路:

1）主电路和电源电路

主电路由整流桥D1～D4、晶闸管T1组成。

T1为开关执行器件。

晶闸管T1被触发导通后,电路接通,白炽灯发光。

当晶闸管的控制极上无触发信号时,晶闸管T1正向阻断,电路呈关断状态。

电源电路其作用是给电路提供电源，使电路能正常的工作。

由R1、D5、C1、C2等元件组成，它是一个简单的直流稳压电源，给整机供电。

先将交流220v进行桥式整流，变成脉动直流电，又经R1降压，C1滤波使波形变得平滑，最后经稳压二极管稳压得到较为稳定的直流电源，为驻极体话筒（MIC）、放大电路（VT）、逻辑电平反转及触发电路（CD4011芯片）等供电。

2）光控电路

主要由R5、RG组成。

电路中晶闸管的通断,取决于控制极信号的有无。

光敏电阻RG的阻值随着光照强度的变化而变化,当光照达到一定强度时,其阻值变小到与R5分压后使IC（a）的（13）脚处于逻辑低电平,（13）脚所在的与非门被封死,这时不管有无声音信号输入,IC（d）的（10）脚都是低电平,晶闸管正向阻断。

随着光照强度的减弱,RG阻值逐渐增大,（13）脚电位逐渐上升,当（13）脚电位上升到逻辑高电平后,即满足了开门条件,此时声控开始起作用。

（11）脚是否反转只取决于IC（a）的（12）脚电位（声控电路的输入端）是否达到了逻辑高电平。

3）声控电路

由麦克风MIC、三极管T2、电容C3及电阻R2～R4等组成,其中MIC为声检测元件。

当环境声音信号很弱时,三极管T2处于饱和状态,IC（12）脚为低电平,（10）脚亦为低电平,晶闸管T1阻断。

当环境声音信号达到一定强度时,通过MIC拾音输出经C3耦合到T1的基极,使集电极亦即IC（12）脚电位随着声强而高低变化,当（12）脚处于高电平时,由于（13）脚早已处于高电平而满足了与非门反转条件,（11）脚跳变为低电平。

4）延时电路

由R6、C4、D6等元件组成。

结合声控电路及主电路分析,当晶闸管T1被触发导通时,C1上的电压降低,MIC拾音灵敏度降低,T2重新饱和,（11）脚为高电平,（3）脚变为低电平,由于D6的隔离作用,C4上的电压仍维持（5）、（6）脚高电平,（10）脚也为高电平。

C4上的电压通过R6放电,直至C4上的电压降至IC逻辑低电平时,（10）脚变为低电平,晶闸管T1在正、负极间的电压过零时被正向阻断,C1上的电压重新升高MIC恢复拾音灵敏度,等待下一次声控信号输入,IC（5）、（6）脚电位从高电平降低为低电平的时间,即为开关接通的维持时间,由C4和R6的数值确定。

3.2总体电路设计

■电路功能：

白天灯不亮，夜间有声音（喊话拍手）时灯亮，延时一段时间后自动关闭，起着节约用电、方便控制的作用。

■工作电压：

本电路设计工作电压为市电220V，用于控制5-60W以内的白炽灯通断电。

实际应用时，改变R1的阻值可以改变本电路的工作电压，电压范围控制在5-250V的交流电为宜，可控制带有钨丝不同电压下的小灯泡（如汽车灯泡），220V时R1阻值为150K，22V时为15K，其它电压按比例增减。

图3.2声光控延时开关原理图

■电路原理：

220V交流电通过灯泡流向D1～D4，经D1～D4整流，R1限流降压，LED稳压（兼待机指示），C1滤波后输出约1.8V左右的直流电给电路供电。

由于LED采用发光二极管，一方面利用其正向压降稳压，同时又利用其发光特性兼作待机指示。

控制电路由R2、驻极体话筒MIC、C2、R3、R4、VT、RG组成。

在周围有其它光线的时候光敏电阻的阻值约为1kΩ左右，VT的集电极电压始终处于低电位，就算此时拍手，电路也无反应。

到夜间时，光敏电阻的阻值上升到1MΩ左右，对VT解除了钳位作用，此时VT处于放大状态，如果无声响，那么VT的集电极仍为低电位，晶闸管因无触发电压而关断。

当拍手时声音信号被MIC接收转换成电信号，通过C2耦合到VT的基极，音频信号的正半周加到VT基极时，VT由放大状态进入饱和状态，相当于将晶闸管的控制极接地，电路无反应。

而音频信号的负半周加到VT基极时，迫使其由放大状态变为截止状态，集电极上升为高电位，输出电压触发晶闸管导通，使主电路有电流流过，等效于开关闭合，而串联在其回路的灯泡得电工作。

此时C2的正极为高电位，负极为低电位，电流通过R3缓慢地给C2充电（实为C2放电），当C2两端电压达到平衡时，VT重新处于放大状态，晶闸管关断，电灯熄灭，改变C2大小可以改变电灯熄灭时间。

此开关可带100W以下的负载，适用于家庭照明和楼梯走廊等场所。

第4章软件设计

（有程序设计的，画出程序流程图。

无程序设计的不写此项）

第5章电路调试与程序测试

调试前，先将焊好的电路板对照印刷电路图认真核对一遍，不要有错焊、漏焊、短路、元件相碰等现象发生。

通电后，人体不允许接触电路板的任一部分，防止触电，注意安全。

如用万用表检测时，只要将万用表两表笔接触电路板相应处即可。

将本电路分为主电路、电源电路、光控电路、声控电路、逻辑电平反转及触发电路、延时电路等几个单元电路进行调试。

1、断开光敏电阻RG、电容C3,由原理图图可知,与非门IC（a）的（13）脚为高电平,（12）脚为低电平,（11）脚输出为高电平,经IC（b）、IC（c）、IC（d）逻辑电平转换,IC（10）脚输出为低电平,晶闸管T1不被触发,灯不亮。

2、断开三极管T2的集电极或发射极,同时断开光敏电阻RG,由图可知,与非门IC（a）的（12）脚、（13）脚为高电平,（11）输出为低电平,经IC（b）、IC（c）、IC（d）逻辑电平转换,IC（10）脚输出为高电平,晶闸管T1被触发,灯亮。

经上述二步调试,电源电路、主电路及逻辑电平反转及触发电路工作正常。

3、断开光敏电阻RG,接通电源,这时灯不亮。

击掌触发声控电路,灯亮。

经一段时间延时,灯灭。

说明声控电路及延时电路电路正常。

4、最后检查光控电路。

电路全部复位,接通电源,灯不亮。

用深色物品（如绝缘胶布）将光敏电阻RG遮挡,击掌触发声控电路,灯亮。

至此电路调试完毕

第6章总结

刚开始拿到设计课题时，不知道从那边下手，经过在图书馆翻阅相关书籍和在网上查阅相关资料，对我这次的课程设计有很大的帮助。

经过不同方案的比较与仿真，结合本次设计要求，选定了此次方案。

此次设计我学到了很多东西，比如：

1.学会使用仿真软件，及其调试。

虽然不是精通，但为以后的深入学习打下课良好基础。

2.了解了PCB电路板制作的过程，以及相关软件的应用。

3.对整个课题设计需要考虑的各方面的要素，并不是将各个元件连接起来就行的。

整个方案的可行性，是必须提前考虑的。

通过本次设计，我学到了很多知识，虽然设计不够完美，但已经达到本次设计的目的，及巩固了所学知识，也为以后的学习打下基础。

是我对本专业所学知识有了更加深刻的理解，使我对本专业的知识产生了浓厚的兴趣。

通过本次设计，我也越发深刻的认识到节能的重要性。

附录

附录1：

（如有PCB图请附PCB图）

附录2：

（如有实物请附实物图片）

驻极体话筒

市电220v

白炽灯