声控开关系统设计综述Word文档下载推荐.docx

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声控开关系统设计

一、摘要

用声光控延时开关代替住宅小区的楼道上的开关，只有在天黑以后，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，可以达到节能的目的。

声光控延时开关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。

电路由直流供电电路、控制电路、延时电路三部分组成。

控制电路采用基本数字逻辑单元进行设计。

直流供电电路由D1-D4组成桥式整流电路。

交流220V电压经桥式整流桥后变成脉动的直流电，供后续电路工作。

控制电路由四与非门CD4011、驻极体话筒BM、光敏电阻R5、三极管9014、单向可控硅SCR等元器件组成。

由CD4011的选定的输出端控制晶闸管的关闭，从而控制整个灯的关灭。

光敏电阻在白天时，电阻值小，CD40011输出永远为低电平，晶闸管为低电压，不导通，灯不亮。

光敏电阻在夜晚时阻值大，光敏电阻与声音信号的有无一起控制CD4011的输出。

夜晚当有声音时，声音信号经过放大，与光敏电阻控制的CD40011输出为高电平，晶闸管导通，灯亮。

无声音信号时，不亮。

延时电路有电容C和电阻R的冲放电里控制。

二、关键字

桥式整流电路驻极体话筒单向可控硅

光敏电阻延时电路

三、设计原理

1、原理框图

整体思路

详细框图

2、电路原理图

四、各个电路原理介绍

1、直流供电电路

流供电电路由D1-D4组成桥式整流电路。

2、控制电路

白天，由于光敏电阻R5阻值低，其两端电压低，CD4011的一脚为低电平，3脚即变成高电平，导致11脚为低电平，即单向可控硅控制极G为低电平，单向可控硅截止，灯泡不亮。

夜晚，由于光敏电阻没有受到阳光照射，其阻值很高，两端电压较高，即1脚变成高电平，此时3脚的状态受2脚控制，若2脚为高电平，则3脚为低电平，若2脚为低电平，则3脚位高电平。

当驻极体接收到声音信号后，经C1的滤波作用，被三极管Q1放大，当被放大的信号达到峰值时，此时2脚即便为高电平，3脚变为低电平，11脚高电平，单向可控硅控制极变成高电平，单向可控硅导通，灯泡点亮。

当驻极体没有接收到声音信号时，2脚为低电平，灯泡不亮，工作原理类同白天情况。

驻极话筒在这里就是个传感器将声音信号转换成电信号

3、延时电路

由C3、R7组成，通过C3的充放电来维持灯泡的点亮状态，延时的时间由C3的容量及R7的阻值来决定。

五、整个电路工作原理分析

声光控延时开关的电路原理图见图2所示。

电路中的主要元器件是使用了数字集成电路CD4011，其内部含有4个独立的与非门VD1~CD4，使电路结构简单，工作可靠性高。

顾名思义，声光控延时开关就是用声音来控制开关的“开启"

，若干分钟后延时开关“自动关闭"

。

因此，整个电路的功能就是将声音信号处理后，变为电子开关的开动作。

明确了电路的信号流程方向后，即可依据主要元器件将电路划分为若干个单元，由此可画出图5电路的工作原理详细框图来分析图2。

声音信号（脚步声、掌声等）由驻极体话筒BM接收并转换成电信号，经C1耦合到9014的基极进行电压放大，放大的信号送到与非门（VD1）的2脚，R3、R6是9014的偏置电阻，C2是电源滤波电容。

为了使声光控开关在白天开关断开，即灯不亮，由光敏电阻R5等元件组成光控电路，R4和R5组成串联分压电路，白天光敏电阻两端的电压低，不管有没有声音信号传来，CD4011的3号端口始终为低电平，整个CD4011输出端11号端口为低电平，晶体闸始终处于断开状态，灯不亮。

夜晚环境无光时，光敏电阻的阻值很大，R5两端的电压高，即CD401，改变R7或C3的值，可改变延时时间，满足不同目的。

VD3和VD4构成两级整形电路，将方波信号进行整形。

当C3充电到一定电平时，信号经与非门VD3、VD4后输出为高电平，使单向可控硅导通，电子开关闭合；

C3充满电后只向R7放电，当放电到一定电平时，经与非门VD3、VD4输出为低电平，使单向可控硅截止，电子开关断开，完成一次完整的电子开关由开到关的过程。

二极管D1～D4将交流220v进行桥式整流，变成脉动直流电，又经R3降压，C2滤波后即为电路的直流电源，为BM、9014、ICCD4011等供电。

六、电路仿真

1、电路仿真原理图

在绘制仿真电路原理图是，图2中有些元器件在MULTISIM10.0中找不到，替换如下：

1．“220V_50HZ电压源”用“120V_50HZ电压源”替换

2．“40W灯泡”用“120V-100W”替换.

3．“驻级体BM”用“sources”库元件中的“AC_VOLTAGE”（交流电压源）替换。

参数设置幅度5mv，频率1000hz。

4．“9014三极管”用“transistors”库元件中的“2n2222”替换

5．“光敏电阻R5”可用“basic”库元件总的“resistor”（电阻）替换。

仿真白天的时候用100Ω替换：

仿真夜晚时，用10MΩ的电阻替换。

6．“可控硅SCR”用“DIODES”库中的“MCR22_6”替换。

其他元器件在MULTISIM10.0中都能找到同型号规格的。

电路仿真原理图如图6所示

图6声控灯电路仿真原理图

2、仿真白天电路工作情况

图6中R6用100Ω电阻（模拟白天）替换。

按下仿真开关，来回按A键（相当于驻级接受到声音信号），灯泡不发光。

仿真结果符合电路原理。

在仿真的时候，可以用“INDICATORS”库文件中的“VOLEMETER_H”（直流电压表）测试各关键点的电位，验证理论值。

3、仿真夜晚电路工作情况

图6中的R6用10MΩ电阻（模拟夜晚）替换。

按下仿真开关，按A键闭合J1（相当于驻级接受到声音信号），然后马上断开J1。

通过仿真结果可以观察到灯亮，且能延时5秒左右。

如果J1不断快速（在5秒内）断开闭合，灯会持续亮，直到最后一次断开5秒后，灯熄灭。

若在R8两端加一直流电压表，仿真的时，JI闭合时，可以观察到R8两端的电压为5V，J1断开后，从5V慢慢下降，当J1有闭合后R8两端的电压立马变为5V，实现延时内有声响重新计时，灯不灭）。

J1最后一次断开后，V5慢慢下降，5秒左右后，灯泡熄灭。

七、总结

通过此次大作业，是我深入了解了传感器转换技术，加深了对数字电子技术，模拟电子技术的应用学习到了如何应用理论知识验证并解决实际生活中遇到的相关问题以及各种元器件的工作原理和实际应用。

在此期间我们也失落过，也曾一度热情高涨。

从开始时满富盛激情到最后汗水背后的复杂心情，点点滴滴无不令我回味无长。

与此同时，明白了一些做人、做事的道理，付出一定会有回报，而不努力永远也不能成功。

遇到问题要多思考，多请教，多查资料，不可一知半解，要懂得互学互助，共同进步。

对我们而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。