声光控路灯延时开关的设计与制作资料.doc

声光控路灯延时开关的设计与制作声光控开关具有很多实际意义：一是省电，灯泡大部分时间不工作，因此节电效率很高，达80%左右；二是方便，首先，不用接触，全自动智能控制；另外，接线简单、安装方便，是公共场所照明开关的理想选择，被人们誉为“长明灯的克星”。再者，随着科学技术的发展，公共场所照明控制手段也将逐步更新，除现在已有的声光控开关外，还有微波感应开关和热释远红外感应开关。目前，微波感应开关的抗干扰性能尚不理想，红外感应开关在性能上较为理想，但安装复杂，比较娇气，价格也偏高，比较适合在一些管理完善的场所如宾馆、大饭店楼道及居家庭走廊应用，在普通住宅楼、办公楼道等场所的照明控制考虑到价格、管理及安装方便等因素，根据我国国情，可以预计在相当一段时期内，声光控延时开关将是首选的主流产品。 设计方框图声光控开关在晚上且有声音时使灯泡亮，其它情况下灯泡不亮。它由电源电路、声光处理电路和控制电路组成。电路方框图如图2-1所示。电源电路声光处理电路市电照明灯控制电路图2-1 设计方框图 声光处理电路设计声光处理电路就是对采集到的声音和光进行处理后提供给控制电路。 声音放大电路声音放大电路的核心元器件是三极管，三极管的工作方式有三种分别是共射电路、共集电路、共基电路。1共射电路共射电路如图2-2所示，其中三极管V是电路的核心，起放大的作用。图2-2 共射放大电路直流电源VCC一方面通过RC、Rb为三极管提供合适的静态偏置电压，另一方面为电路提供能量，一般为几伏至几十伏。其中C1、C2为耦合电容，起到传递交流，隔断直流的作用。C1、C2一般为电解电容器，一般为几微法到几十微法。Rc是集电极直流负载电阻，保证三极管有合适的静态偏置外，还可将三极管的电流信号转换成电压信号。Rc一般为几百欧到几千欧。信号有三极管的基极输入、输出。基极与发射极构成输出回路，而发射极是输出、输入的公共端，共射工作方式具有电压和电流的放大作用，放大关系是U0=Ui，电流同样如此。2共集电路共集电路如图2-3所示，信号从基极输入，从发射极输出，集电极是输入、输出回路的公共端，共集电路因此而得名。图2-3 共集放大电路电源VCC给三极管V提供反偏电压，又通过基极偏置电阻Rb给发射结提供正偏电压，使三极管V工作在放大区。输入信号电压Ui通过输入耦合电容C1加到三极管V的基极，输出信号电压U0从发射极通过输出耦合电容C2送到负载RL上 。共集电路具有电流的放大作用但是没有电压的放大主作用，所以又叫做射击跟随器。3共基电路共基电路如图2-4所示，其中Rc为集电极电阻，Re为发射极偏置电阻，Rb1、Rb2为基极分压偏置电阻，他们共同构成分压式偏置电路。图2-4 共基放大电路大电容Cb使基极对地交流短路。其信号从发射极输出，基极是输入、输出回路的公共端。共基电路的输入电流大于输出电流，没有电流放大作用，但电压放大倍数较大。由于本次设计中声音信号产生的电压信号很小，因而只能用具有电压放大的电路，然而共集电路没有电压放大的作用不选用，而共基电路虽然有电压放大的作用但是电路相比于共射电路较复杂，所以声音处理电路选择共射放大电路 。 声控电路设计声控电路由压电陶瓷片BM、电阻R3、R4、R5，晶体管VT、电容C3、C4组成如图2-5所示。压电陶瓷片将声音信号转化为微弱的电信号，微弱的电信号经C4滤波后导入由三极管VT组成的共射放大器进行放大，放大后的电信号经C3隔直后输出。图2-5 声光处理电路声控电路参数计算:一般情况下，人正常说话的声音的幅度约为50分贝，经压电陶瓷片转化为电信号有效值约为UBM40 mV，要使产生的信号经过放大后电压基本上在5 V左右,放大倍为: （2-1）放大倍数有125倍的三极管有9011、9013、9014、9015等。这些都是较为常见的三极管，任意一种都可以用于这次设计，我选用9014型三极管，9014参数如表2-1所示。表2-1 9014参数参数名称符号典型值单位集电极耗散功率Pcm300mW集电极最大电流Icm100mA电流放大系数60300特征频率fT150MHz根据三极管放大公式： （2-2）由于9014允许最大电流Icm为100 mA所以： （2-3）根据欧姆定律： （2-4）所以： （2-5）由于声音信号电流的叠加选择电阻R4为150。电阻R4的功率： （2-6）要保证三极管输出电压在5 V左右，那么Uce电压就应当为5 V左右。所以UR3电压为7 V左右。又由于Icm为100 mA，同样根据欧姆定律得到R370,要尽量使Ic小些，所以选择R3为3.9。所以三极管的静态工作点为： （2-7） （2-8） （2-9）电阻R3的功率： （2-10）由于R5是为BM提供一个偏置电压所以选择阻值为3.9的电阻，C2、C3都是起隔直作用一般选择电容值为33的电容，R8为三极管后的负载电阻阻值为8。 光控制电路光控制电路设计如图2-5所示，电路由电阻R2和RG串联进行分压来提取光信号。它的核心元件为光敏电阻，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，光敏电阻参数如表2-2所示。表2-2 光敏电阻参数型号最大电压（VDC）最大功耗（mw）环境温度光谱峰值(nm)亮电阻（K）暗电阻（M）MJ20516250500-30+7056051R2阻值计算： （2-11） （2-12）根据计算，R2的阻值为1.2。白天光较强时，光敏电阻RG的阻值较低（约为5），这时它和R2（1.2)的阻值相比较，R2远大于RG，RG上分的电压基本上为0 V，此时a点输出电压为0 V（低电平）。晚上光线较暗时，光敏电阻RG的阻值变大（约为1），R2、RG串联对12 V电压进行分压，此时a点输出电压为5 V（高电位）。只有在晚上且有声音时灯才会亮，其他情况下灯泡都不会亮。 灯光控制电路设计控制电路主要是由控制芯片74LS00，延时电路，继电器组成如图2-6所示。图2-6 控制电路电路器件选择1四二输入与非门74LS00主控芯片74LS00外形如图2-7所示，它是采用晶体管制造工艺在硅晶片上生产四个各自独立的二输入与非门电路如图2-8所示，然后采用DIP-14标准封装而成的双列14脚直插式结构。逻辑关系为： 图2-7 74LS00外形 图2-8 74LS00内部排列2继电器继电器功能是用较小的电流和较低的电压去控制较大电流和较高电压的一种“自动开关”。电磁继电器一般由电磁铁、衔铁、弹簧、触点等组成，电路如图2-9所示。图2-9 继电器结构其工作电路由低压控制电路和高压工作电路两部分构成。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电