声光双控楼道灯毕业设计论文

学 院系声光双控楼道灯控制器的设计与制作姓 名： 系 （院）： 班 级 ： 指导老师： 201 年 月 日广西水利电力职业技术学院信息工程系摘 要 在学校、机关、厂矿企业等单位的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。我设计的课题是声光双控楼道灯控制器，设计了一种电路新颖、安全节电、结构简单、安装方便、使用寿命长的声光双控楼道灯。在本设计中声光双控楼道灯控制器电路由电源电路、声电转换电路、放大电路、处理电路、光电转换电路及控制电路组成，主要介绍了声光双控楼道灯的性能，适用范围及工作原理，给出了个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。用声光双控楼道灯代替开关楼道灯，白天光照好，不管过路者发出多大的声音，楼道灯也不会亮。夜晚光暗，当有人走过楼梯通道，发出脚步声或者其他声音时，电路的拾音器只要检测到有碎发声响，楼道灯会自动点亮，提供照明，当人们进入家门或者走出公寓，楼道灯延时几分钟后自动熄灭，可以达到节能的目的。声光控制电路灯不仅适用于住宅区的楼道，而且也适用于工厂，办公楼，教学楼等公共场合，它具有体积小、外形美观、制作容易、工作可靠等优点，适用于各种楼房走廊的照明设备。关键词：自动控制； 节能； 信号放大整形； 声电转换电路； 光电转换电路;控制电路。广西水利电力职业技术学院信息工程系I目 录第一章 绪论 .11.1 声光双控课题背景 .11.2 声光双控课题研究的目的 .1第二章 声光双控电路基本原理 .22.1 声光双控节能灯基本原理 .22.2 555 电路基本原理 .22.3 声控电路基本原理 .42.4 光控电路基本原理 .52.5 延时电路基本原理 .5第三章 声光双控电路设计分析 .63.1 声控电路 .73.2 单稳态延时电路 .83.3 光控电路 .8第四章 声光双控电路故障排除 .10第五章 声光双控电路设计图及所需元器件清单 .11第六章 心得体会 .14参考文献 .15致谢 .16广西水利电力职业技术学院信息工程系0第一章 绪论1.1 声光双控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内产销领域，使得国内竞争国际化。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。 展望未来的国内市场，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 声光双控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。广西水利电力职业技术学院信息工程系1第二章 声光双控电路基本原理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。555 定时器为定时开关。继电器为照明电路接通开关。D1，D2，C5,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。当压电陶瓷片未接收到声音时,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。当压电陶瓷片接收到声音时。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，由于内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。广西水利电力职业技术学院信息工程系2555 电路的引脚排列图如图 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 所示。输出电压 Vo 的脉宽 t=RCln3，555 定时器内部电路见图 1 所示。51 23 4876图 1 555 定时器引脚排列图表 1 555 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 32CE 3CH L 导通H 不变 不变 CH H 截止广西水利电力职业技术学院信息工程系3图 2 555 定时器内部结构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广西水利电力职业技术学院信息工程系4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，外加电源也是广西水利电力职业技术学院信息工程系5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。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，广西水利电力职业技术学院信息工程系6为此应对其进行改进有三种方案可行：声控延时；光控延时；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 声光双控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。电路总体框架：图 3 电路总体框图3.1 声控电路压 电 陶 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