楼道声光双控灯原理研究报告及设计.docx
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楼道声光双控灯原理研究报告及设计
XX水利电力职业技术学院
信息工程系
声光双控楼道灯控制器的设计与制作毕业设计报告
姓名：
林凤升、周钻
系（院）：
信息工程系
班级：
13电子信息班
指导老师：
廖威
2015年12月26日
毕业论文（设计）
楼道声光双控灯原理研究与设计
学生文波学号1
指导教师佳佳
系（部）信息工程系
专业年级05计算机科学与技术
论文答辩日期年月日
中国海洋大学青岛学院
楼道自动感应灯原理研究与设计
摘要
民用住宅楼梯照明的控制，一要节约用电、控制自动化，二要方便住户对楼梯照明用电的管理，三要投资少。
根据这三个原则，提出一种新的自动控制声光双控电路，很有推广应用价值。
在学校、机关、厂矿企业等单位的公共场所以及居民区的公共楼道，长明灯现象十分普遍，这造成了能源的极大浪费。
另外，由于频繁开关或者人为因素，墙壁开关的损坏率很高，增大了维修量、浪费了资金，随着经济的发展全球的资源日益紧缺，节约资源显的越来越重要，而电能的节约更是其中最重要的一方面，所以可以设计一种节约电能的照明灯，声光双控灯就是其中一种。
我花了三周时间设计了一种声光双控电路，在本设计中介绍了多种声光控路灯控制器的组成、性能，适用围及工作原理，给出各电路原理图及元件参数选择，节电效果十分明显，同时也大大减少了维修量、节约了资金，使用效果良好。
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，节能节电。
关键字：
声控电路；光控电路；延时电路；声音传感器；节能。
Abstract
Thecivilhousingstaircaseilluminationcontrol,onemustuseelectricityfrugal,thecontrolautomation,twomustfacilitatetheinhabitanttothestaircaselightingelectricitymanagement,threemustinvestfew.Accordingtothesethreeprinciples,proposedonekindofnewautomaticcontrolacousto-opticsdoublecontrolstheelectriccircuit,hasthepromotionapplicationvalueverymuch.Inunit'sandsoonschool,institution,factoryandminingenterprisepublicplacesaswellastheinhabitedareapubliccorridor,thelargeoillamplitdayandnightbeforeBuddhastatusphenomenonisextremelymon,thishascreatedtheenergyenormouswaste.Moreover,becausethefrequentswitchorthehumanfactor,thewallswitchdamageratewasveryhigh,increasestheservicequantity,haswastedthefundtodeveloptheglobalresourcesalongwiththeeconomytobedaybydayscarce,savestheresourcestorevealmoreandmoreimportantly,ontheonehandbuttheelectricalenergysavedismostimportant,thereforemightdesignonekindtosavetheelectricalenergyflare,theacousto-opticsdoublecontrolledthelampisonekind.Ispentthreeweekstimetodesignonekindofacousto-opticsdoubletocontroltheelectriccircuit,introducedinthisdesignmanykindsofacousto-opticscontrolledthestreetlightcontrollertheposition,theperformance,theapplicablescopeandtheprincipleofwork,gavevariouselectriccircuitsschematicdiagramandthepartparameterchoice,theelectricitysavingeffectareextremelyobvious,simultaneouslyalsogreatlyreducedtheservicequantity,savedthefund,theuseeffecthasbeengood.Thedaylightisgood,nomatterpassingbyontheroadmakesthebigsound,allcannotbethelightbulbshines.Nightthelightisdark,solongastheelectriccircuitacousticpickupexamineshassendsthesoundgarrulously,canshineautomaticallyforthepedestrianilluminates,afterseveralminuteshasalsobeenautomaticextinguishes,energyconservationelectricitysaving.
第一章绪论
1.1课题背景
由于近年来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。
照明器材行业属一般性竞争行业，是我国轻工业对外开放较早的行业之一。
WTO后，国际上一些知名品牌大企业相继进入国产销领域，使得国竞争国际化。
努力增加节能光源和不同档次、花样、不同用途的照明器具的开发，加快绿色、节能光源产品的开发推广和应用是我国目前照明器材行业结构调整的重点。
我国照明器材行业将面临着前所未有的机遇和挑战，而由此带来的巨大商业利益也成为一些企业瞩目的焦点。
随着全球经济一体化，发达国家产业调整的步伐进一步加快，一般照明电器产品生产大量向发展中国家转移，而中国又是一个比较适合的国家，一是中国具备生产这些产品的条件，二是劳动力成本比较低，从而使中国逐步成为照明电器产品出口大国。
展望未来的国市场，需求仍会呈逐年增长趋势，以下强力因素都预示着我国照明市场仍有很大的潜力可挖。
降低能耗、节约能源、注重环保是当今世界的主潮流，高能耗且会加剧温室效应的白炽灯越来越不受欢迎。
继公布“欧盟后年封杀白炽灯”的时间表后，世界各地陆续抛弃白炽灯已成定局，环保型节能荧光灯VS白炽灯是白炽灯的替代者。
随着人们生活现代化水平不断提高，国民经济的快速发展，电力的供需矛盾日益加剧生产更多的电即意味着要消耗更多的煤、石油、天然气、核原料等不可再生资源，还会带来许多相应的环境问题。
为此，我们应该从身边做起，珍惜并节约每一度电。
所以，现在很多住宅楼道都安装了自动控制楼道灯。
1.2课题研究的目的
随着社会不断进步，科技发展，声光双控节电灯逐步走进社会各个公共角落，声光双控节电灯不仅适用于住宅区的楼道，而且也适用于工厂、办公楼、教学楼等公共场所，它具有体积小、外形美观、制作容易、工作可靠等优点，适合于各种楼房走廊的照明设备。
用声光控延时开关代替住宅小区的楼道上的开关，在天黑以后，当有人走过楼梯通道，发出脚步声或其它声音时，楼道灯会自动点亮，提供照明，当人们进入家门或走出公寓，楼道灯延时几分钟后会自动熄灭。
在白天，即使有声音，楼道灯也不会亮，它解决了“长明灯”浪费电能的问题，延长灯泡的使用寿命，安全性好，可靠性高。
该装置省去了能耗大、笨重、极易产生热量的电源变压器，具有结构简单、自耗电轻微、性能稳定、灵敏度高、通用性强，降低能耗、节约能源的目的。
1.3课题研究的意义
通过本课题的研究，加强了自己的动手能力，巩固了对所学知识的认知。
通过本次试验我们设计了一种比较节能的声光双控灯，不仅使自己学习到了知识，而且也为社会做出了贡献。
第二章基本原理
2.1声光双控节能灯基本原理
声控灯是一种声控电子照明装置，由音频放大器、选频电路、延时开启电路和可控硅电路组成。
它提供了一种操作简便、灵活、抗干扰能力强，控制灵敏的声控灯，它采用人发的声音控制信号，即可方便及时地打开和关闭声控照明装置，并有防误触发而具有的自动延时关闭功能，并设有手动开关，使其应用更加方便。
声控灯由话筒、音频放大器、选频电路、倍压整流电路、鉴幅电路、恒压源电路、延时开启电路、可控延时开关电路、可控硅电路组成。
MIC是一种声电转换器。
电路中LM3900构成电压比较放大器。
非门和与非门构成信号逻辑分析电路。
555定时器为定时开关。
继电器为照明电路接通开关。
D1，D2，C5，MC78L05CP和降压器构成降压整流电路。
当白天时，光敏电阻RL成低阻状态，与非门输出高电平，555定时器3脚保持低电平，继电器开关K保持断开状态，照明电路断开。
当夜晚时，光敏电阻RL成高阻状态。
阻值远远大于R6，输出高电平。
当压电瓷片未接收到声音时，LM3900的4脚输出为高电平，电容C2右端为高电平，信号通过逻辑门电路后变为高电平，输入到555定时器2脚，555定时器3脚则保持低电平，继电器开关K保持断开状态，照明电路断开。
当压电瓷片接收到声音时，LM3900的4脚输出为低电平。
由于电容两端电压不能突变，电容C2右端为低电平，信号通过逻辑门电路后变为低电平。
输入到555定时器2脚，当555定时器2脚接收到一个低电平时，555定时器3脚则输出一定时间的高电平，使三极管T导通，继电器开始工作，继电器开关K闭和，照明电路接通。
照明持续一段时间后，555定时器3脚变为低电平，继电器开关K关断，照明电路断开。
2.2555电路基本原理
集成定时器555电路，是一种数字、模拟混合型的中规模集成电路，应用十分广泛。
它是一种产生时间延迟和多种脉冲信号的电路，由于部电压标准使用了三个5K电阻，故取名555电路。
其电路类型有双极性和CMOS型两大类，二者的结构和工作原理类似。
二者的逻辑功能和引脚排列完全相同，易于互换。
555电路的引脚排列图如图2.1所示，其功能表如表1所示。
555电路构成，单稳态触发器，如图2.2所示。
输出电压Vo的脉宽t=RCln3，555定时器部电路见图2.3所示。
图2.1555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）
L
L
导通
>
>
H
L
导通
<
>
H
不变
不变
<
H
H
截止
图2.2单稳态触发器
图2.3555定时器部结构
2.3声控电路基本原理
声音是我们最为熟知的。
人与人需要用声音去交流，机器运转发出声音，动物会发出声音等等。
然而发此宝贵的资源却被我们忽视了很长时间，如今留给我们的就是怎样合理高效的利用这一资源。
以前人们在设计电路时只求一个‘用’字，只要能用就万事大吉了，所以我们常见的电路都有很多开关如照明电路要让它工作我们必须机械地去控制它，这对于当今社会各种各样的智能化建筑如智能办公楼，智能化公寓等是非常不实用的；在这种情况下声音就派上了用场，声控作为智能化电路的一部分是一可缺少的；然而要实现声控也不是一件容易的事，因为声音是一模拟量且非电信号无法在数字电路中使用，所以我们在设计声控电
路时就面临怎样把模拟量转化为数字量，把声音信号转化为电信号的问题。
要解决这个问题我们可以设计一个类似于‘窃听器’的接收设备专门用来接听声音信号并将声音信号转化为电信号转送到下一级电路。
但是作为声控电路对声音信号的要求既不能太强也不能太弱，太强声控难以实现；而太弱电路结构复杂也难以实现，所以最好是能接收到如人的讲话声，脚踏地板声。
当这类信号转化为电信号时，电信号一般较弱，必须对其进行放大对此可选择功放电路，运放电路，差分电路等，根据电路对信号的要求一般选择运放电路较好，提高信号输出电压。
经过这一步实现了声音信号到电信号的转换。
有了电信号实现声控就容易了，我们可以让产生的电信号去触发触发器使电路导通。
对于这样的电路设计对外加电源的要求必须稳定，不断电，故最好再为其设计一个稳压电路这样才能使电路稳定工作。
而对元器件的要求也较高，特别是半导体器件必须保证灵敏度高，各电参数精确稳定，这样电路才能高效地工作。
如今对于这样的电路设计我们以不必为其烦恼，因为有了声音传感器，可以直接将声音信号转换为电信号，大简化了电路结构，使声控电路的设计显得更加容易。
下面就运用声音传感器设计的声控照明电路加以分析。
声控照明电路的主要原理是利用了声学和电子学的原理即用声音传感器将声音信号转换成电信号从而推动触发器触发使电路导通工作。
作为一个智能化声控照明电路应具有能在声音的控制下实现电路的导通与截止，声音的发出应是多方面的如脚步声物体打击声等，响应时间越短越好等功能。
为此在选择电路元器件时应选择灵敏度较高的声音传感器组成声控照明电路控制电路的前端，同时我们还要为该传感器设置传感条件如声音响度必须在20DB以上才能响应等。
中间端采用触发器构成，利用触发器不触不发，一触即发的特点去推动照明电路工作，触发器的选择也应选择灵敏度高，响应时间短的触发器如D触发器，JK触发器等。
2.4光控电路基本原理
在第三次科技革命的推动下，光能这一伟大的，自然的以及人类生存所必须的宝贵资源在被人类遗忘了若干年后，今天终于得到了广泛的应用。
太阳能热水器，太阳能电池，太阳能浴场等都成为人们热议的话题，大到天上的人造卫星，小到街道的路灯太阳能的应用无所不在。
而作为智能化电路的设计考虑光能的应用也是理所当然的。
在半导体技术的飞速发展下大大促进了光能应用的快速进步，在发电，取暖等方面尤为突出，智能化电路设计引进光学技术已不是新奇事了，在光控电路的设计中不同于声控电路复杂的结构，随着半导体光敏元器件的快速发展，我们在设计光控电路时面临的问题已由怎样使光信号转化为电信号变为怎样在电路中加大电信号的强度？
这一问题如今也以得到了较好的解决，光敏元器件的应用在光照的情况下使其电参数发生变化从而使其对电流的阻碍作用减小或增大，进而使电路导通或截止，电信号强弱的改变光控转化为电控电路功能的实现便容易了。
在这样的电路设计中，对电路元器件的要求也极为高尤其是光敏元件是光控电路功能实现的核心，必须保证其各项参数的精确，稳定。
故在选择这类元器件时一定要选择高灵敏度工作稳定可靠的元件，当然电路工作的稳定是否？
功能能否实现？
并不仅仅只和电路元器件有关，外加电源也是不可忽视的，与声控电路一样最好也是给光控电路加上一个稳压电路确保电路能正常工作。
利用光敏元件随光照强度的变化而阻抗发生变化的特点，去控制电信号的强弱，再由传感器将变化的电信号传递给触发器，只要电信号强度达到一定程度将触发触发器使其导通工作。
光控照明电路其主要功能是实现当外界光照强度降低到一定程度时，使照明电路导通工作。
就其方案而言多种多样，但我们在设计时必须要考虑方案的可行性，稳定性以及元器件的灵敏度，尤其是光敏元件必须选择灵敏度高的这样电路功能才能较容易实现，为此我们在设计光控电路时，不但要尽量使电路结构简化，而且要使电路功能强，功能的实现要可靠稳定。
2.5延时电路基本原理
从20世纪中后期数字电路的飞速发展到今天技术已越来越成熟。
自从电子计数器的出现之后各式各样，功能万千的定时/计数器层出不穷。
然而正是电子计数器的出现才使得电子技术的发展上了一个新的台阶。
定时/计数这一功能在电子电路中的应用，使智能化电路的设计更加名副其实。
我们常见的交通红绿灯，公园里的娃娃车等都是采用了定时计数技术的典型示例。
我们大家都看过智力竞赛，都有知道抢答器，然而抢答器更是电子定时/计数器的典型应用。
虽然我们可以花几元钱就可以从街上买一个不错的抢答器，但要让我们自己动手做一个出来就不是一件容易的事的，它不仅只是我们所看到的结果能够抢答更为重要的是其功能的实现是集成了很多技术。
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。
延时电路原理是利用了电子计数器的原理实现定时功能。
延时电路其构成方案一般有三种，即硬件构成，软件构成和软硬相结合构成。
对于由硬件构成的定时器，一般是用改变R、C元件值控制定时的，其效率较高，但灵活性，通用性较差如555定时器；而由软件构成的定时器是用执行一段程序来实现定时的，其灵活性通用性较高，但效率较差；故现在设计定时器一般都是采用软硬相结合的方法集两者之长通过编程设定不同的延时常数，而由硬件控制定时过程，其效率和灵活性都得到了较大的提高。
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。
在一
个实际的电路中延时不是主要目的，而主要目的是为了完善电路功能。
故作为一个延时电路，在整个电路中其应在延时结束后能发出一个结束信号，控制电路是否继续工作下去。
所以前述声控，光控电路尽管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有三种方案可行：
①声控延时；②光控延时；③声光联控延时；此三种方案可用于不同的场合，现就第三种方案加以事例进行分析。
第三章电路设计分析
该电路由电源电路、声电转换及放大电路、单稳态延时电路和光控电路组成。
为了确保用电安全，220V交流市首先经过1：
1隔离变压器，隔离变压器的初、次绕组级之间没有电的联系，次级任一线与之间没有电位差，所以人接触任一线不会触电。
但如果同时接触两线也会触电。
电路总体框架：
3.1电源电路
电源电路由C1、Rl、VD、VS及C2组成。
交流市电经C1电容降压，VD整流，VS稳压，再由C2滤波后供给整个电路工作。
电路采用电容降压，与使用变压器相比，不但缩小了体积，杜绝了噪声，而且也减小了电路能耗。
3.4声控电路
在本次试验设计中我重点做了声控方面的实验和研究，在选择器材的时候我经过研究比较最终选用了HTD烟点瓷片作为声电转换器材。
压电瓷片是一种结构简单、轻巧的电声器件，因具有灵敏度高、无磁场散播外溢、不用铜线和磁铁、成本低，耗电少、修理方便、便于大量生产等优点而获得了广泛应用。
适合超声波和次声波的发射和接收，比较大面积的压电瓷片还可以运用检测压力和振动，工作原理是利用压电效应的可逆性，在其上施加音频电压，就可产生机械振动，从而发出声音。
如果不断对压电瓷片施加压力它还会产生电压和电流。
压点瓷片有两种检测方法，第一种方法是将万用表的量程开关拨到直流电压2.5V挡，左手拇指与食指轻轻捏住压电瓷片的两面，右手持万用表的表笔，红表笔接金属片，黑表笔横放瓷表面上，然后左手稍用力压一下，随后又松一下，这样在压电瓷片上产生两个极性相反的电压信号，使万用表的指针先向右摆，接着回零，随后向左摆一下，摆幅约为0.1一0.15V，摆幅越大，说明灵敏度越高。
若万用表指针静止不动，说明部漏电或破损。
切记不可用湿手捏压电片，测试时万用表不可用交流电压挡，否则观察不到指针摆动，且测试之前最好用R×l0k挡，测其绝缘电阻应为无穷大。
第二种方法是用R×10k挡测两极电阻，正常时应为∞,然后轻轻敲击瓷片，指针应略微摆动。
根据换能器的功能压电瓷片大体上按照发射型,接收型,收发型来选用瓷,分别对应pzt8,pzt5,pzt4，参数主要包括：
d33,Fr,Fp,D,Cp0。
瓷片的用量根据功率极限来算，一般为0.3W/kHz/cm^3，厚度要根据响应或者灵明度来选取。
我们设计的声电转换及放大电路由HTD、V1、V2等组成。
声控元件采用压电瓷片HTD，它对猝发声响极为敏感，作为声--电换能元件。
它将声响信号转换为相应的电信号后，通过C3耦合至V1、V2组成的直耦式双管放大器进行放大。
该放大器由R2、RPl提供偏流，调节RP1，可改变放大器的增益，用以控制声控灵敏度。
R4为直流负反馈电阻，用来稳定工作点。
C4为交流旁路电容，用以补偿放大器的交流增益，R3为放大器的输出直流负载电阻，放大后的负脉冲信号经C5去触发单稳态延时电路，达到控制负载的目的。
3.3单稳态延时电路
单稳态延时电路由555时基集成电路、R6与C6组成延时回路。
稳态时，555集成块3输出端为低电平，当其2脚触发端得到一负脉冲触发信号时，电路即进入暂态，输出端3脚立刻翻转为高电平、触发双向晶闸管VT导通，灯泡EL发光。
此后，电源经R6向C6充电，当C6端电位升至约2/3VCC电路又自动回复到初始稳定状态，3脚恢复低电平。
此时，可控硅因失去触发电路而关断，灯泡熄灭，控制电路暂态结束，进入稳态，等待下一次触发脉冲。
图中R5和RP2组成分压电路，为集成块的触发端提供一个开门阈值电平，调节RP2，使触发端2脚的电压略大于1/3Vcc，迫使3脚输出低电平。
当2脚一旦出现负脉冲信号时，单稳态电路即动作，适当调节RP2，也可改变控制灵敏度。
3.4光控电路
光控电路由555时基集成电路、V4、晶闸管等组成。
在白天，由于光照度较强，V4的e-c间呈低阻态，为V3提供了一个较大的偏置电流，使其饱和导通。
此时，V3的集电极即555集成块的强制复位端4脚被强制为低电平，555集成块处于复位状态，使其输出端3脚恒为低电平，双向晶闸管因无触发电流而关断，灯泡EL不亮。
因此，白天不管声控信号如何增强，555集成块的3脚始终为低电平，VTH关断，达到白天停止照明的目的。
晚间，由于光线明显减弱，V4因无光照而使e-c间呈高阻状态，使V3截止，555集成块强制复位端4脚为高电平，555集成块退出复位状态，电路可受控制。
改变R9的值，可以控制光控灵敏度。
第四章故障排除
在我们后期调试过程中遇到了很多问题，但是我们对这些问题做了详细的分析并一一排除。
电路故障的直接表现就是当我们拍手是灯泡不亮，出现此故障的原因是有多方面的，首先可能是控制电路中有的原件焊接不良，我们一一检查了元件的焊接点并重新进行了焊接。
检查完元件焊接点后灯泡仍不亮，我们认为也可能是主振三极管特性不良，这时候我们就要更换了三极管来排除故障。
灯泡不亮的另一个原因是滤流电容击穿短路，这时我们检查了电容并更换了滤流电容。
第二种故障现象是灯管两端发红，中部不发光。
出现这种故障的原因可能是灯丝回路中的启动电容器击穿或双向触发二极管性能不一致。
排除这种故障的方法是更换耐压大于450V的电容更换性能一致的双向二极管。
还有一种故障现象是灯管两端过早发黑，使用寿命短。
出现这种故障的原因可能是两只主振三极管同时导通，使管子热击穿或电感局部短路使电流增大。
排除这种故障的办法是更换主
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