声控灯设计_声控灯设计与制作

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海南大学信息科学技术学院08级通信工程 沈丽娜 程亚宏 1 光声控延时照明灯的设计

光声控延时照明灯的设计光声控延时照明灯的设计 光声控延时照明灯的设计

一 一一一、、、、设计目的设计目的设计目的 设计目的

本次课程设计主要是配合《模拟电子技术》和《数字电子技术》理论课程而设 置的一门实践性课程，起到巩固所学知识，加强综合能力，培养电路设计能力，提 高实验技术，启发创新思想的效果。

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。二 二二二、、、、方案论证和选择

方案论证和选择方案论证和选择 方案论证和选择

1、方案论证 1.1 方案1 主要包含四部分电路，分别为：电源电路、光控电路、声控延时

电路、晶闸管开关电路，下面对其功能进行逐一分析并确定电路结构。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。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。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脚海南大学信息科学技术学院08级通信工程 沈丽娜 程亚宏 2 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。

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。经放大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。

晶闸管开关电路 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，晶闸管截止，由于照明灯与晶闸管串联，所以灯熄灭；当其输出高电平时，晶闸管导通，照明灯点亮。1.2 方案2 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。

2、方案选择 由于方案一电路设计过于复杂，需要两个555计时器，并且需要变压器实现 低电压来执行各个电路，所需要的元器件多，不易实现，可行性较差。而方案 二设计简单，易实现，所用元器件少，可行性好。故选择二号方案。

海南大学信息科学技术学院08级通信工程 沈丽娜 程亚宏 3 三 三三三、、、、电路设计及理论分

电路设计及理论分电路设计及理论分 电路设计及理论分析 析析 析

1、原理框图

图1 声控灯原理框图

图2 声控电路原理图22 2．单元电路设计及分析 电路由直流供电电路、控制电路、延时电路三部分组成。海南大学信息科学技术学院08级通信工程 沈丽娜 程亚宏 4 2.1 直流供电电路

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。2.2 控制电路 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。

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。2.3 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。

3、整个电路的工作原理分析 海南大学信息科学技术学院08级通信工程 沈丽娜 程亚宏 5 图电路的工作原理详细框图

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，海南大学信息科学技术学院08级通信工程 沈丽娜 程亚宏 6 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、IC CD4011等供电。

四 四四四、、、、利用 利用利用

利用MULTISIM10.0 MULTISIM10.0MULTISIM10.0 MULTISIM10.0进行电路仿真 进行电路仿真进行电路仿真 进行电路仿真

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 海南大学信息科学技术学院08级通信工程 沈丽娜 程亚宏 7

D11N4007D21N4007D31N4007D41N4007C1100nFQ12N2222V15mVrms 1kHz 0?? J1 Key = A R118k|?R23.9M|?R3180k|?R5100k|?C2100uFR610M|?U1A4011BD_5V1 2 3U2B4011BD_5V1 2 3D61N4007C3100uFR81k|?D7 MCR22_6V2120 Vrms 50 Hz 0?? U7A4011BD_5V1A 1 1B 2 1Y 3U4B4011BD_5V1 2 3 34 27 24 20 3 X1 120V_100W R7 10k|? 4 36 31 R4 1.5M|? 26 33 32 30 2221 0 25 10 D5 BZV55-B33 图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。海南大学信息科学技术学院08级通信工程 沈丽娜 程亚宏 8 五 五五五、、、、心得体会

心得体会心得体会 心得体会

通过此次课程设计，使我进一步深入学习了《数字电子技术基础》和《模

拟电子技术基础》这两门课程，并且了解和熟悉了它们在电子技术方面的应用。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。挫折是一份财富，经历是 一份拥有。这次实习必将成为我们人生旅途上一个非常美好的回忆！六 六六六、、、、参考文献

参考文献参考文献 参考文献

[1] http://kjxx.hfcas.ac.cn/jxgl/ShowArticle.asp?ArticleID=2046

[2]杨欣 莱?诺克斯 王玉凤 刘湘黔.电子技术从零开始.第二版.北京.清华大学 出版社.2010-10 [2] 阎石.数字电子技术基础.第五版.北京.高等教育出版社.2006-5 [4] 童诗白 华成英.模拟电子技术基础.第四版.北京.高等教育出版社2006-5.