声光双控延迟节能灯的制作.docx
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声光双控延迟节能灯的制作
电子技能创新设计
课题名称声光双控延迟节能灯的制作
姓名
学号
系（院）
班级
指导教师
摘要
当代社会提倡节能，在这里我们介绍一个声光双控延迟节能照明灯。
它可以直接取代普通照明开关而不必更改原有照明线路。
白天或光线较强的场合即使有较大的声响也控制灯泡不亮，晚上或光线较暗时遇到声响（如说话声，脚步声等）后灯自动点亮，然后经10秒（时间可以设定）自动熄灭，适用于楼梯，走廊等只需短时照明的地方。
整个电路由声控电路、延时电路、光控电路、电子开关、电源电路组成。
供电电压供电，光敏控电路对外界光亮程度进行检测，输出与亮度程度相对的电压信号。
从而实现白天灯泡不亮，晚上遇到声响时，通过声控电路使灯泡自动点亮，声控电路主要将声音信号转变为电信号，从而要实现自动控制，延时电路声音消失后延长一段光照时间。
关键词：
声光控制开关；声光技术；光电效应；声控电路
翻译:
Abstract
Thecontemporarysocietyadvocatingenergy-saving,hereweintroduceadualcontroldelayenergy-savinglampssound.Itcandirectlyreplacelightingswitchwithoutchangeoriginallighting.Daytimeorstronglightsituationshavebiggersoundevennotbright,alsocontrolbulbordarknightwhennoise（suchasvoiceandsound,etc.）,thentheautomaticlightback10seconds（time）canbeextinguished,applicabletothestairs,onlyshort-timelightingcorridor.
Thecircuitbyvoicecircuits,delaycircuit,electriccircuit,electronicswitch,thepowercircuit.Powersupplyvoltagepowersupply,photosensitivecontrolcircuitofexternallight,outputanddegreeofrelativedegreeofvoltagesignalintensity.Soastorealizethebrightlightatnightduringthemeeting,thesound,throughthesoniccircuitmakelightbulbautomatic,televoxcircuitwillsoundsignalintoelectricalsignals,thustorealizetheautomaticcontrolcircuit,delayextendedaDuanGuangZhaovoicedisappears.
Keywords：
acousto-opticcontrolswitch,Acousto-optictechnology;Thephotoelectriceffect;Soniccircuit
目录
一、引言4
二、设计要求5
1．基本要求5
2．主要元器件清单5
三、总体设计方案6
1.电源电路7
2.声控电路7
3.光控电路7
4.延时电子开关电路7
四、系统设计方案的选择及论证8
4.1、芯片8
4.2声控电路的选取及工作原理9
4.3光敏电阻的结构与原理10
4.4运用光敏电阻等分立元件组合实现光控10
4.5采用555时基电路的简易长延时电路11
4.6整机电路及工作原理组成12
五、结束语14
六、参考文献15
一、引言
目前，我国作为全球经济发展增幅最快的国家、也是经济最具活力的国家之一，它的高速增长必然会带动中国照明产业的蓬勃发展，可以预见在国家“节能降耗降耗”的宏观环境下，在“绿色奥运”开幕在即的2008年，节能减排的光源产品必将成为最具市场潜力的产品之一。
声光控开关节能灯控制电路是90年代逐渐出现在人们日常生活中，最先声光技术是先用于在国防科技上，后来根据人们的生活水平的提高逐步用与民用科技上。
在科技发达的今天，无论是在人们的日常生活中，还是在工农也生产，科学研究和国防建设中都广泛地使用着种类繁多的电路。
例如为了采光而使用的照明电路；将微弱信号进行放大的放大电路；异地间信号交流而使用的通讯电路；为实现自动化生产而使用的各种自动控制电路等等。
总之，只要用到电，就离不开电路。
实际应用中的电路虽然形式多种多样，但它们都是各种电路的组成形式。
二、设计要求
声光双控延迟节能灯
1．基本要求
1.白天灯关闭，致晚上只要有响声电灯会自动点亮，延迟数十秒后又能自动熄灭；
2.按要求制作一个1S的振荡器；
3.集成块的驱动电源也要求设计制作，但不做性能指标要求；
2．主要元器件清单
1．CD4011LM393LM555及对应集成块座
2．7805CM1-8W柱极话筒MG45光敏电阻MCR100-6可控硅
3．电解电容470цF/50V10цF/50V4.7цF/50V
4．无极电容0.033цF0.01цF0.1цF
5．3A整流桥
6．三极管9013二极管IN4148
7．稳压管6V
8．单相插头,灯泡,灯座
9．10K电位器
10．电阻4.7K270K56K100K33K22K4.7M2.2M
三、总体设计方案
声光控开关节能灯控制电路方框如图1-1所示：
图1-1声光控开关节能灯控制电路方框图
声光控开关节能灯电路由电源电路、声控电路、光控电路、延时电子开关电路四大部分组成。
1.电源电路
电源电路它是给电路提供能源的设备，其作用是给电路提供电源，使电路能正常的工作。
常用的电路有：
半波整流、全波整流、桥式整流、而常用的电源电路使用的是桥式整流电路为主要电源电路部分。
2.声控电路
声控电路它是用声音控制电路的设备，其作用是把送入的声波转换为电信号，从而用这种信号去控制所需要的电器设备。
常用的电路有：
小信号放大电路、声波控制电路等。
而常用的声控电路使用的是声波控制电路为主要的声控电路部分。
3.光控电路
光控电路它是用外来的光源来控制电路的设备。
其作用是把外来送入的光源转换电信号，从而用这种信号去控制所需要的电器设备。
常用的电路有：
发光器件电路、光敏器件电路和光电显示器件电路。
而常用的光控电路使用的光敏器件电路为主要的光控电路部分。
4.延时电子开关电路
延时电子开关电路它是用电路中送入的信号进行控制电路的设备。
其作用是用送入来的信号去控制电路，使电路达到延时的效果。
常用的延时电路有按键延时电路、感应延时电路、开关控制延时电路、光控延时电路、声光双控延时电路等。
而本电路延时电子开关电路使用主要的电路为声光双控延时电路部分。
声光双控电路是声、光控开关的组合。
它是利用驻极体话筒是否采集到声音信号，光敏电阻感应光线的明暗来改变信号的高低电平，以达到控制电路输出高低电平的目的，再利用稳压管高电平导通的原理来控制灯泡的亮灭。
四、系统设计方案的选择及论证
4.1、芯片
CD4011BC是一个集四个2输入与非门电路为一体的芯片，其外部结构如图2-1所示。
图2-1CD4011BC外形结构图
CD4001BC和CD4011BC四门是整体的补充MOS（CMOS）集成电路以N-和P-channel增强模式晶体管。
他们有同样的源与汇电流能力和符合标准系列输出驱动。
这个装置也有缓冲输出大大提高传递特性提供非常高的增益。
所有的输入是防静电放电和二极管对VDD和说明。
这个系列的逻辑门用磷和氮频道增强模式在一个单一的整体结构
的装置。
使用他们主要是为了节省功率耗散和有较高的抗噪能力。
CD4011芯片内部结构如图2-2所示。
图2-2CD4011的内部结构
CD4011的功能：
四个2为输入与非门CMOS芯片。
电源电压范围：
3V-15V
功耗：
700mW（普通封装）；500mW（小外形封装）
工作温度范围：
CD4011BM-55℃~+125℃
CD4011BC-40℃~+85℃
逻辑表达式为：
其真值表如表2-3所示：
表2-3与非门真值表
A
B
Y
0
0
1
0
1
1
1
0
1
1
1
0
4.2声控电路的选取及工作原理
如图2-4所示声控电路由传声器BM，电阻器R2、R4，晶体管VT、电容C1和CD4011中的D1组成。
工作原理：
话筒将声音信号转化为负极性的电信号，但接收到的微弱信号经C2滤波，通过由三极管VT组成的放大器把微弱的信号进行放大，其集电极输出正极性的电信号送到CD4011的2脚。
并通过R4给基极提供导通电压。
图2-4声控电路
4.3光敏电阻的结构与原理
光敏电阻器又叫光感电阻，是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。
光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化）。
光敏电阻的符号如图2-5所示。
图2-5光敏电阻
构成与原理：
用于制造光敏电阻的材料主要是金属的硫化物、硒化物和碲化物等半导体。
在黑暗环境里，它的电阻值很高，当受到光照时，只要光子能量大于半导体材料的禁带宽度，则价带中的电子吸收一个光子的能量后可跃迁到导带，并在价带中产生一个带正电荷的空穴，这种由光照产生的电子—空穴对增加了半导体材料中载流子的数目，使其电阻率变小，从而造成光敏电阻阻值下降。
光照愈强，阻值愈低。
入射光消失后，由光子激发产生的电子—空穴对将逐渐复合，光敏电阻的阻值也就逐渐恢复原值。
4.4运用光敏电阻等分立元件组合实现光控
光敏器件包括光敏电阻、光敏二极管及光敏三极管等。
光敏器件可以用来以可见光或红外光的形式控制报警器、测试仪、自动开关、继电器等多种装置或执行机构。
因此光敏器件在自动化技术中起着极其重要的作用。
光敏电阻的特性与人眼最为接近，因此，光敏电阻比较适合用于声光控路灯、照相机曝光表、空气烟尘检测器等可见光装置。
光敏二极管、三极管的最佳响应特性在红外区（但目前，有些日光型的光敏二极管、三极管的特性与人眼的视觉特性更趋接近），因此，光敏二极管、三极管最适合用于红外遥控系统、红外光束阻断报警器等装置。
综上所述光控元件选光敏电阻。
在光线较暗时，光敏电阻呈高阻态；在光线较亮时，光敏电阻呈低阻态，光敏电阻通常都工作于直流或低频状态下。
如图2-6所示光控电路由光敏电阻器RG，电阻器R5和CD4011中的D1组成。
图2-6光控电路
工作原理如下：
在黑暗状态下光敏电阻RG呈高阻态，电路通过R5在光敏电阻RG形成高电平。
当同时有声音信号时，经过CD4011的一个与非门D1使后级电路工作。
当有足够的光通量照射在光敏电阻上时，其电阻值突然降得很低，既光敏电阻两边就的电压就很小，即不能形成高电平，使其后级电路不能工作。
4.5采用555时基电路的简易长延时电路
本电路和一般的定时电路相比是通过在555时基电路的5脚处加了一个二极管VD1，使得定时时间延长的特点。
其电路图如图2-7所示。
图2-7555时基电路的简易长延时电路图
555时基电路的简易长延时原理：
555电路选用LM555等时基集成电路。
二极管VT1、VT2选用4148型硅开关二极管。
电阻器R1、Rt选用RTX—1/4W型碳膜电阻器，电容器Ct选用电解电容器，继电器K可根据用电设备的需要选择。
当按下SB时，12V的电源通过电阻器Rr向电容器Cr充电，使得6脚的电位不断升高，当6脚的电位升到5脚的电位时，电路复位定时结束。
由于在5脚串上了一个二极管VD1使得5脚电位上升，因此比一般接法（悬空或通过小电容接地）具有了更长时间的定时。
综合以上两种延时电路可知采用RC振荡延时电路结构简单，所需元件数量少，工作流程简单，而采用555时基电路延时相对比较复杂，且555时基电路延时长，这样在日常生活中当人路过声光控灯后灯依然会延时较长时间才息灭，所以选取RC振荡电路做延时电路。
4.6整机电路及工作原理组成
综合以上各单元电路的选取可以组合成如图2-8所示整机电路图。
图2-8声光控开关节能灯控制电路原理图
工作原理：
声光控延时开关的电路原理图如图2-8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D1～D4，使电路结构简单，工作可靠性高。
结合图2-8可知声音信号（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VT的基极进行电压放大，放大的信号送到与非门（VD1）的2脚，R4、R7是VT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RG等元件组成光控电路，R5和RG组成串联分压电路，夜晚环境无光时，光敏电阻的阻值很大，RG两端的电压高，即为高电平期间t=2πR8C3，改变R8或C3的值，可改变延时时间，满足不同目的。
D3和D4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D3、D4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R8放电，当放电到一定电平时，经与非门D3、D4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VD1～VD4将220V交流进行桥式整流，变成脉动直流电，又经R1降压，C2滤波后即为电路的直流电源，为BM、VT、IC芯片等供电。
五、结束语
在这次设计中，主要对声光控制节能开关电路进行了简单的设计与阐述。
随着电子技术的发展，声光技术在通信、军事和家用电器等诸多领域得到了广泛应用，而在我们生活中也用到了很多，如声控、光控、无线电遥控、红外遥控等，都是必不可少的。
我的这篇设计对这些都有简单的介绍，比较容易看懂。
此次设计的声光控节能开关电路，它采用分立元件和集成芯片组成声光控制开关从而它由四大部分组成有电源电路、声控电路、光控电路、延时电子开关电路，四部份紧密的结合在一起。
电源电路给电路提供电源，声控电路用声音控制电路，其作用是把送入的声波转换为电信号，从而用这种信号去控制所需要的电路的设备。
光控电路它是用外来的光源来控制电路。
其作用是把外来送入的光源转换电信号，从而用这种信号去控制所需要的电路的设备。
延时电子开关电路它是用电路中送入的信号进行控制电路的设备。
起作用是用送入来的信号去控制电路，使电路达到延时的效果。
通过本次毕业设计，使我学到的知识应用到了实践，深化了对模拟、数字电路设计的认识，使我们在设计的实践中获得新知。
学习了三年的理论知识和实践操作，我不仅仅得到的是课本上的东西，更重要的是我通过自己的独立动手，老师和同学的耐心指导下，让我学会了分析电路、设计电路的步骤以及计算机辅助作图等。
让我们进一步巩固和掌握前面所学的基础知识，加深了对模拟、数字电路的理解，对元器件的使用更加深刻理解。
六、参考文献
[1]刘午平.数字电子技术从入门到精通.国防工业出版社.2001
[2]何书森.实用数字电路原理与设计速成.福建科学技术出版社.2000
[3]肖景和.数字集成电路应用精粹.人民邮电出版社.1999
[4]郑应光.模拟电子线路.东南大学出版社.2000年5月
[5]周绍敏.电工基础.高等教育出版社.2006年6月
[6]张永瑞.电路分析.西南科技大学出版社.2005年5月
[7]陈振源.电子技术基础.高等教育出版社.2006年8月
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