声控灯设计.doc

. 精选范本 编号： 商丘工学院 毕业论文（设计） 题 目：声控灯的原理与设计 院 系： 机械工程学院 专 业： 电气自动化 学生姓名： 学 号： 指导教师： 成 绩： 2013 年 01 月 . 精选范本 摘摘 要要 社会的进一步发展，各式各样的灯层出不穷，为了防止公物损坏，节约用电，设 计了各种控制灯，例如公共场所和居民居住区的公共楼道普遍使用机械手动开关,由于 各种原因往往出现许多灯泡点亮长明的现象,故使灯泡寿命短,浪费电量,为国家、单位、 个人造成经济损失。 另外，由于频繁开关或其他人为因素，墙壁开关的损坏率很高，既增大了维修量、 浪费了资金，又容易造成事故隐患。因此，设计研制一种电路新颖、安全节电、结构 简单、安装方便的声控灯节能自动开关显得相当有必要。使公共场所和居民居住区的 公共楼道灯在白天时不亮，晚上闻声自亮，待人走后，几十秒后自动关闭，既方便， 又省电。 关键词：电路板 声控开关 控制 省电 . 精选范本 ABSTRACTABSTRACT For the further development of a wide variety of light after another, in order to prevent damage to public property, saving electricity, has designed various control lights, such as public places and those who are living in the public corridor widespread use of mechanical manual switch, for various reasons are often there were many light bulbs lit Changming phenomenon, it is to make lamp life is short, a waste of electricity for the country, units and individuals causing economic losses. In addition, due to frequent switching, or other man- made factors, the failure rate of a high wall switch, both increasing the amount of maintenance, waste of funds, but also easily lead to accidents. Therefore, the circuit design and development of a novel, safe energy-saving, simple structure, easy to install voice- activated energy-saving automatic switch corridor lights appeared to be quite necessary.To make public places and those who are living in the public corridor lights during the day without light at night from Wen Sheng-liang, treat people left, tens of seconds automatically shut down, which is convenient, but also energy saving. The following introduces the principle of voice-activated switch. Keywords: Circuit board Voice-activated switch Control Power . 精选范本 目 录 引 言 .1 第一章 电路工作原理 .2 第二章 声控灯的制作 .4 2.1 元器件的准备 .4 2.2 电路的制作.4 第三章 声控灯的测量 .5 3.1 电压测量法.5 3.2 磁感应法 .5 第四章 声控灯在生活中新优缺点探讨与新设 .7 结 论 .11 致 谢 .12 参考文献 .13 . 精选范本 引 言 科技的进步使电灯的样式、种类以及对灯的控制方式千变万化，随着社会的发展， 资源的大量开采，能源在逐渐的减少，所以我们要建立起节约能源的意识，电能的节 约首当其冲，而电灯的使用最为普遍，所以设计一种自动控制灯开关的电路是非常必 要的，声控灯开关就是其中的一种。声控电路已成为人们日常中不可缺少的必须品， 它不需要开关，当有人经过时会自动的亮；广泛应用于走廊、楼道招待所等公共场所， 给人们的生活带来及大的方便。因此，得到了广泛的应用。声光控电路是声音和光控 制电路工作的电子开关。它将声音（如跺脚）和光转化为电信号，经放大、整形，输 出一个开关信号去控制各种电器的工作，在自动控制工业电器和家用电器方面有着广 泛的用途。由于本电路应用于人们的日常生活中，所以，起到很大的作用。 该电路在设计时应用了仿真软件，来进行仿真然后才确定下来的，虽然用的仅仅 是 EWB 软件，但是在论文中也上比较有特色的，能够使人们在不知不觉 感受到方便。 公共场所和居民居住区的公共楼道普遍使用机械手动开关,由于各种原因往往出现许多 灯泡点亮长明的现象,故使灯泡寿命短,浪费电量,为国家、单位、个人造成经济损失。 另外，由于频繁开关或其他人为因素，墙壁开关的损坏率很高，既增大了维修量、浪 费了资金，又容易造成事故隐患。因此，设计研制一种电路新颖、安全节电、结构简 单、安装方便的声光双控白炽灯节能自动开关显得相当有必要。使公共场所和居民居 住区的公共楼道灯在白天时不亮，晚上闻声自亮，待人走后，几十秒后自动关闭，既 方便，又省电。 . 精选范本 第一章 电路工作原理 原理如图 1: 图 1-1 原理图 其中三极管 VT2、VT3 及其电阻器、电容器组成了单稳态电路 电阻器 R3 为三极 管 VT2 提供了基极电流；而三极管 VT3 的基极电漉则是从三极管 VT2 的集电极电阻 R4 上得到的； 三极管 VT2 集电极与三极管 Vr3 基极之间是直接耦合的 F 而三极管 VT3 集电极与三极管 VT2 基极之间的耦合贝!f 是由电容器 c2 来完戚的 电阻器 R4 是 三极管 VT2 的集电极负载三极管 VT3 的集电极负载是电阻器 R5。单稳态电路的特 点是它只有一个稳定状态 电路在没有信号输 时选择合理的 R3 使三极管 VT2 稳定 在饱和状态，此时它的集电极电压约为 03 伏以下这样使三极管 VT3 稳定在截止状 态 这就单稳态电路的稳定状态。当一个负脉冲通过 C1 到达三极管 VT2 的基极时三 极管 VT2 开始趋向截止它的集电极电流减小集电极电压升高；经过直接耦合使 三极管 VT3 的基极电压升高三极管 VT3 开始导遁它的集电极电压下降；经电容 C2 的耦台又使三极管 VT2 的基极电压进一步下降(虽然这时负脉冲已经不再存在)，形成 一个正反馈很袂达到一个新的状态 此时三撮管 VT2 截止，三极管 VT3 饱和导通。 这就是单稳态电路的暂稳态现象。 单稳态电路的暂稳态是不能持久的。在暂稳态期间电容器 C2 通过电阻器 R3 进 行放电，随着放电的进行三极营 VT2 的基撮电压逐渐升高，当它选到 05V 上 时三极管 VT2 开始导通正反馈现象再次发生，整个电路很快叉回到 VT2 饱和导 通VT3 截止的稳定状态 电容 c2 通过电阻 R 3 的放电过程决定了电路暂稳态的维持 时间 根据计算，这个时间 t-0 7R3XC2。在本电路中电阻 R3 为 330kf2，电容 C2 为 47 F所以 t 一 0 733010 4710 11 秒。根据这个公式改变电阻 R8 或电容 C2 的参数可以延长或缩短电路的延迟时间 . 精选范本 电路复原后，电容器 C2 通过电阻器 R5 和三极管 VT2 的发射结进行充电 充电完 成后电路才可以接收下一次的触发. 电路中的 B 是 只压电陶瓷片，它能将声音信号转变为电信号：压电陶瓷片所转 换的电信号很微弱，只有通过由三极管 VT1 组成的放大器把微弱的信号进行放大后， 才能去触发单稳态电路。放大后信号中的负脉冲作用在三极营 VT2 的基极上时可以 使单稳态电路翻转。电路中舶电容器 C3 是电源退耦滤渡电容器在电路的稳态过程下， 单稳态电路中三撮管 VT2 导通三撮管 VT3 截止 三极管 VT3 的集电撮为高电平接 在它上面的三极管 VT4 是 PNP 型三极管，所以三极管 VT4 投有导通继电器不工作= 一旦有外界的声音来触发电路，单稳态电路中三极管 VT2 的基撮受到负脉冲的作用而 截止，单稳态电路处在了暂态的过程中 这时三极管 VT3 导通，它的集电极电压下降， 导致与它连接的三极营 VT4 也导通，继电器吸台。由于单稳态电路的暂态时间是由电 阻器 R3 与电容器 C2 的参数决定的所以十秒钟后单稳态电路会自动恢复到稳态过程 下继电器停止工作。 . 精选范本 第二章 声控灯的制作 2.1 元器件的准备 电子元件需要：电阻器 6 只，全部是 1SW 碳膜电阻器。其中 680gl、680k、330k、13kn 各一只；27kn 三只 lOaF、47 F、1O0F 电解电容器各 一只，电解电容器耐压全部为 lOV。9014 等 NPN 型三极管 3 只90159012 等 PNP 型 三极管一只：1N4148 二极管一只 RC4o98 型 6V 继电器一只。?227 的压电陶瓷片一 只 6V 电池夹一只。小开关一只 50mm 25mm 电路扳一块. 2.2 电路的制作 图 2-1 是声控小灯的电路扳安装图。对照电原理图中元器件的数值认清元器件。 安装时首先将六只电阻器焊到电路板上然后依次将电替器、二撮管、三撮管、继电 器焊到电路板上，注意电解电容器的撮性和三管的管脚排列压电陶瓷片要通过导线 与电路扳连接注意在焊接 E 电陶瓷片时时间不能太长以免疆坏压电陶瓷片的镀银层 小型开关和电池夹也通垃导线与电路板连接 只要元器件正确焊接可靠，电路不需调 整就可进行工作。 图 2-1 声控小灯的电路扳安装图 元器件装好后可接通直流电源进行调试。首次通过时继电器会吸台几秒钟然后释 放 这时可 拍手来触发声控电路，每拍一下手继电器就应驳台，十秒钟后继电器会 自动释放。继电器的一组常开触点可以作为受控电器的开关，这一部分在电原理图中 没有画出 电路扳安装图的右边两接点即为继电器的常开触点=声控电路调试成功后就 可用这两点作为电灯开关。 . 精选范本 第三章 声控灯的测量 3.1 电压测量法 在变压器任一绕组外加低于标称值的交变电压，然后用万用表的交流电压档测量 另一组绕组电压，再测量一下 L1 、L2 两只绕组两根引线相连后，另两根引线之间的 电压，如果第二次测量的电压大于第一次测量的电压，则绕组为异名端串联，如图 3-1 所示：反之为同名端串联，如图 3-2 所示。 图 3-1 并联 图 3-2 串联 高、中断频变压器的相位测定，外加电压应为音频信号，测量方法同上。 3.2 磁感应法 这种方法判断扬声器的相位较适用，因音箱里、高、中、低音扬声器需同相并联， 判断相位时候万用表的直流电流微安档与扬声器联接，如图 3-3 所示。 . 精选范本 图 3-3 连接图 用手指轻敲音膜防尘罩这时音圈会下上运动切割磁力线产生的感生电压将使 万用表的指针摆动记住扬声器与表笔的极性，再用同样的方法检测别的扬声器，当 万用表指针摆动方向与测试第一只扬声器时的摆动方向一致时，则各次万用表的正表 笔(或负表笔)所接的一端即为扬声器的同名端。两个具有互感 M 的电感线圈它们的 同名端决定于两线圈的实际绕向和它们之间的相对位置。但在无法判断其绕向和相互 位置时 例如线圈被封装在不易打开的壳子中，可根据同名端的定义选择上述实验方法 来确定。顺便在这里指出一个值得注意的问题：那就是对两个具有互感的线圈来说， 如果有一个线圈中流过的是直流，则在另一个线圈中不能感应出互感电压，也就是说 互感对直流不起作用。 . 精选范本 第四章 声控灯在生活中新优缺点探讨与新设 大家都知道：声光控灯在市场上是很常见的，我们生活中也有很多单位用着这种 灯，在楼道上，在门厅口以及在各种人员流动不太频繁也不太稀少的地方，其原理是： 利用声音与光来共同控制灯的明亮，当白天时(光线比较强烈时)即便有再强的声音， 灯也不会亮，而当夜晚时(光线达到临界状态时)声控装置才会真正的被启动年，而这 时，就是这种“声光控灯”大显身手的时候。即，当有声音响动的时候，灯才会亮起 来，如果是人们活动，则有很强的适应性与活动性，当没人活动的时候，也不会造成 无端的能源浪费。如果与普通的手动灯比较，当人在黑暗中的时候，很难找到开关的 位置，乱找不一定能找到，甚至有时候会伤害到自己的人身安全(在黑暗中找不到方向， 乱撞很可能会撞上对人体有害的东西，比如被硬物绊倒被摔伤，碰到尖锐的东西被割 伤等)，而对于声光控灯来说，人们只需要造出某种声音，比如拍手，大喊一声等，就 可以启动声光控 制灯，从而办完自己想办的事情。 另外，这种灯在一定程度上还有防止外来入侵者的功能。 当主人在夜间睡着时，虽然可能会被入侵者的声音惊醒，但当熟睡时，则很可能 不会有反应，而这时，声光控灯又会发出光来启动另一层报警装置，即光照，方面， 入侵者受到警告，另一方面，主人被警觉的概率也会更大。这样则有助干人们采取相 应的措施。综上所述，这种灯的特点是在夜晚会因响动而自动亮起来，但笔者认为这 种灯还有不足之处。今天，就这种灯的优缺点，笔者再提一些自己的看法与建议以及 改进的方法从上面我们可以知道：声光控灯就是利用光控与声控同行的方式来达到节 能的目的，因为如果长时间无人来往而灯常开会浪费很多的能量，而如果不开又会给 人们的生活带来很多不便。声光控灯有效的解决了这一问题，但其也有不足之处。首 先，我们把情境设在走廊上，走廊上有很多声光控灯，这些灯真的在什么情况下都能 达到节能的效果吗?我们来设想这样一种情况，拿大学来说，因空闲时间比较多，而个 人支配时间的方式是不同的。走廊上的人群情况大体是陆陆续续但又是接连不断的， 在这种情况下，声光控灯需要不断的被启动。而我们又知道，灯的启动要比延续用更 多的能量，故若处在连续启动状态是一种能量的浪费，再就是即便不在乎浪费，需要 造出声音不断启动也给人们的生活带来很多不便之处，隔上几分钟边必须要造出声音 . 精选范本 去启动，即便自己不怕麻烦，断断续续的声音会成为噪音，在可以回响的楼道间更会 如此，这样就会打扰别人的休息与正常的生活，会引起别人的反感，在人潮往来多与 杂乱的地方更为突出，况且这种灯的应用是在晚上，而我们又知道，在晚上，大多数 人是在休息的，是不愿意在人为的断断续续的噪音的干扰下去睡觉的。 但是，在生活 中这种设置并不在少数，总上，从生活的方便角度上，我们可以看到，甚至大多数人 经受过的这种灯的微小瑕疵。 可以知道，其实这种灯的应用在很大程度上其方便程度与其外界环境有很大的关 系，而我们知道，这种灯更多的被用在人流复杂的环境下，比如宾馆，比如大学等。 大学的休息行动时间大体上还算是比较集中的，但对于宾馆或其他，人流不同的行动 休息习惯却会使这种弊端显现的更为突出。再就是比如宾馆其营业的连夜性与客流的 随即性在加上生意的火暴性就使这种情况更加突出。 以上，我们举例从某些侧面道出了一些瑕疵。 以上所述为弊一。 同样，针对其他弊端，我们还以举例的方式进行一些论述： 我们看第二种情况：我们还把情境设在一个学校中，比如一个学校在比较繁忙的 马路旁边，学校里有很多这种灯，而马路上车辆来往不息，噪音也就断断续续，很多 情况下夜间也是如此。那么，这个学校的夜晚也会是灯火通明，车来车往，灯灭灯明， 而车来车往的频率只要很小就能达到这种状态(因为声光控灯有一定的延时作用)甚至当 频率达到一定界限后声光控灯会整夜亮着，能量的浪费也就不言而喻，或许一家单位 或某些个人不在乎这一点浪费，但天长日久单位与个人的浪费的数目决非小数，而更 何况有很多个单位与个体在延续着这种情况?即便他们不在意这些，那么，在我们国家 的这种电力并不充沛的情况下不采取任何措施的进行浪费是不道德的，况且节约是中 华民族的传统美德。而且，在生活中这样的情况也非常多多，比如邻近有工地连夜施 工，损坏的木板随风有节奏的碰撞响动，甚至一夜的雷雨声等，那么，能量的浪费就 不用说了，全国有多少个单位，有多少个个人，在多少个夜晚，已经浪费了多少资金 与能源并正在浪费着?决非小数。并且，如果灯一直开着，那么我们上面提到的优点可 以防范外来者就不会有功效，相反的，反而会影响人们的正常生活，以上为弊二。 综上，那么，我们可以做一些什么改进呢?我们可以作一 些什么改动来使其更完善呢?使其更好的为我们的生活与生产服 务呢? . 精选范本 以下，笔者提三种解决的方案，也是改进的方法： 方法一： 我们大家都知道，红外线可以用来防盗，因为红外技术可以探测到人类以及一些 生物体身上发出的红外线而达到报警的目的。那么，我们可以尝试着将声光控灯技术 红外线技术结合起来。即，除了声光控灯原来的两重防护外，再加上一层防护，即红 外线感测仪，为什么加上一层红外感测仪就能解决问题呢? 因为，声光控灯究其根底是为了人们生活更方便而设定的，而红外线感测仪能感 测到人体的红外线，如果这两种技术结合起来的话，那么在黑夜里就可以更好的防止 与排除一些并不是人们本来要达到的效果，即非人本意效果。这样，依旧用上面的例 子来说，车来车往不会影响他的正常的节约工作程序，随风而动的节奏木板也不会影 响他，等等。具体设计流程如下，加上红外技术，与声控还有光控结合。三者并列起 来作为三重防护，就可以达到如下效果，只有人有意让灯亮时灯才会亮。但如果红外 技术不能识别人与非人生物(如家庭宠物等)的红外线的区别时，就还有可能造成能量浪 费，但如果家里没有宠物或我们采用的是高能精度的红外技术的话(可以识别人与宠物 的红外技术)，我们就不会有这些小的设计问题了。这样，我们的声光控控制灯就有更 大应用范围了，并且多了一层防护，应该是声音，红外，光亮共同控制的了。 以上为改进方法一 A 改进方法二 这种改进方法主要针对上面所述的弊端二而来的，那就是对不同的地方的声光控灯 采取不同的技术构造，这一点我们可以在精度上做一些有差别的改动，即其对声音音 调与音高的识别不同而采取不同的对策电路。在其中加一个声音辨别器，比如用上面 的马路边的学校来说，就可以将各种车声过滤掉，从而达到抗干扰的目的。这是针对 一种声因或几种声音来说。 另外我们可以设置一种开关声音，即：只有这种声音能启 动这种灯，比如说，脚步声，比如说拍手声，等等。 这两种设计都用到了声音辨别器，不同之处是一个过滤一种或几种声音，另一种 专门识别某种声音而已。B 以下为设计三 相比设计一与二，设计三是在外界加了一个外围控制电路，用来控制声光控控制 灯的开与关，以次用来达到抵消以上所说的弊端问题，这种设计的缺点是需要大量的 工作去确定最好的方式，当达不到电子控制要求时需要人为的手动控制 . 精选范本 那就是在整个声光控电路外端加一控制电路，做为一并接分支【带开关 K 一开关 线路并联【开关 G】 。这样，在人活动很少时关 G，开 K 。就是声光控模式。在外界 人活动频繁时关 K，开 G，就是长明状态。在外界噪音干扰强烈时关 K 与 G，就是长 灭状态，又不会干扰其他电器工作。最后，在长灭状态下【外界干扰强烈】 ，可加一手 动开关 Z，这样既不影响使用又能达到节能的效果。C 另外，开关的控制又因不同单位 不同环境不同人流而不同。对于这种情况有可先做一写调查，调查出这个单位地段与 人流特点可用统计的方法进行】 ，策划出最优方式后在前加一个微电子控制器全方位 控制也非不可【时间控制等加入】 。注：以下为第三种方法的应用举例单位假期选第三 种状态。人流活动高峰期选第一种状态。 . 精选范本 结结 论论 通过对以上声控灯的工作原理和制作以及结合生活当中对声控灯在生活中新优缺点 探讨与改进，已经很全面的阐述了声控灯。 经过两个星期的设计里，过程曲折可谓一语难尽。在此期间我们也失落过，也曾 一度热情高涨。从开始时的满富激情到后来汗水背后的复杂心情，点点滴滴无不令我 回味无长。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知 识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才 能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程 中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做，难免会遇到过各种各样的问题， 同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻， 掌握得不够牢固。 我相信在未来的生活当中，声控灯还会在更多的层面上发挥作用，并且不断的改 进，达到高效，节能，环保，人性