光-声控制楼道灯原理设计.doc

光声控制楼道灯原理设计北大附中初三年级：籍胜摘要：设计了一种基于光敏电阻、传声器、晶体管、触发可控硅等元器件的楼道灯。介绍了光声控制的楼道灯的原理设计过程。关键词 传声器、光敏电阻、光声控制、触发可控硅 引言： 楼道灯原来都是采用手动开关控制，不仅给生活带来不方便，更主要会造成能源浪费，所以近年来有人开发了基于声控开关的楼道灯，当人们需要灯光时只要发出一定强度的声音就可打开楼道灯，但由于设计原理的限制，许多正在使用的声控楼道灯有许多问题，比如白天有声音时也会打开，或是长明灯即没有起到用完以后自动关闭的效果，浪费了能源。所以我们设计了一种基于光敏电阻、传声器、晶体管和触发可控硅等元器件的楼道灯。不仅可以起到一般声控灯的结果，由于使用了基于光敏电阻的光控电路，使楼道灯白天不会被接通，也不会成为长明灯，极大地节约了能源。一、设计目的和要求1，目的设计一个可以通过光和声音联合控制的楼道灯，白天时因为有自然光，所以即使有声音，灯也不开启；当自然光太暗或晚上时，当人们需要灯光时，需发出一定强度的声音触发声控开关，这时即可打开电灯。2，要求220V市电在光和声音的联合控制下除了要给电灯提供电源外，还要给控制电路部分提供低压直流稳压电源，所以要有变压稳压部分。二、原理设计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（简称传声器）将声音信号转换成电信号，最终推动触发继电器，使电路导通而工作。作为一个声控照明电路应具有以下功能：（1）能在声音的控制下实现电路的开和关。（2）声音的发出应是多方面的，比如脚步声、拍打声等。（3）声音响应时间应越短越好，不能发出声音后老长时间电灯才亮。（4）白天时电灯不能亮，更不能成为长明灯。所以在选择电路元器件时，（1）应选择灵敏度较高的传声器组成声控照明电灯的控制电路的前端，同时我们还要为该传声器设置传声条件，比如声音必须在多少分贝以上才能响应，分贝是量度声音的物理量。（2）中间端采用触发继电器构成，利用触发器不触不发，一触即发的特点去推动照明电路开和关，触发器的选择也应选择灵敏度高，响应时间短的触发器。(3)末端采用可控硅，可控硅由触发继电器制控导通和截止，从而控制电灯的开和关。（4）前端还要使用光敏电阻，以便和传声器联合控制电灯的开关，使得电灯只有在自然光不够强，需要灯光时，并且人们发出一定强度的任意声音时，才能打开电灯开关。1、传声器把声音转化为电信号部分传声器把声音转化为电信号部分原理图见图1。图1传声器把声音转化为电信号部分原理图传声器利用声音振动引起传声器里的膜片的振动，膜片振动引起电路里电信号的变化，这样就把声音转化成了电信号。传声器工作需要的电源由脚1、2提供。传声器脚2、3给出转化后的电信号。传声器的更具体的原理可以不考虑。2、电信号的晶体管放大电路部分的设计经过第一部分把声音信号转化成了电信号，但这个信号太小，还不能够驱动开关，必须进行放大。电信号的放大部分的设计使用了已经非常成熟的晶体管放大电路，见图2。 图2电信号的晶体管放大部分的设计图2中1、2、3脚分别与图1的1、2、3脚连接。图2中R2、R4为可变电阻，BG1为第一级放大用晶体管，R3、R5、R7为一般电阻。C1、C3为电容器，用来隔断直流，因为我们只需要声信号中变化的部分来表示有没有声音信号。但一级放大太小，需要第二级放大，BG2就是第二级放大用晶体管，把经C3过来的第一级信号继续放大，并经脚5、6输出，备下面使用。3、光敏电阻部分电路设计 光敏电阻的使用是为了使得电灯在白天时不被打开，其电路很简单，只是在图2所示的电路中的晶体三极管BG1的基极与发射极之间接入一只光敏电阻，具体就是图2中C1后面与脚2之间。其电路图见图3。光敏电阻在一定光强的光照射时导通，使得晶体三极管BG1的基极与发射同电位，这时声信号被短路，BG1不工作，从而不会引起后边触发继电器，以及可控硅工作，电灯电路处于断开状态，保证了电灯在白天时不被打开。 图3 加了光敏电阻后的电信号的晶体管放大部分的设计4、控制信号引出部分的电路经第二级放大后的光声联合控制信号由图4所示电路传给出，以备下一级开关控制部分使用。图4中脚4、5、6与图3中脚4、5、6连接。放大后的信号由4、5脚，经互感器传给脚9、10。图4控制信号引出部分的电路5、继电器开关电路部分由图4部分引出的信号是交流信号，还不能够直接驱动触发继电器工作，还得有触发继电器的驱动电路，即电子开关电路。当触发电压达到一定电压时，触发继电器工作，开关被导通，见图5。图5继电器开关电路图5中脚9、10与图4中脚9、10连接，接受图4给出的光声控制信号，并经BG4最后去触发继电器J1工作，K1导通（见图6），下一级的时间延迟电路开始工作。6、时间延时继电器电路部分一般声音持续时间很短，而继电器导通时间也很短，但为了使楼道灯打开后维持一段时间，需要有时间延迟继电器电路部分，也就是它的作用是使声控开关当声音消失后仍维持开关处于闭合状态一段时间，使楼道灯仍亮一段时间。见图6。图中K1与继电器J1连接。电容器C10一般选得较大，使得电容放电时间较长，使继电器J2工作满足延迟时间的要求。BG5是晶体管，脚12、13与图1中脚1、3一样接控制电路的电源。图6 时间延时继电器电路7、可控硅电路部分最终用来控制电灯开关的电路是可控硅电路，见图7。图7可控硅电路部分图中K2为图6中的继电器J2中的开关，脚12连接直流电源正极，为可控硅提供驱动电源。8、直流电源电路直流电源电路提供前面各电路工作电源，其电路见图8。图8 直流电源电路部分基于光声控制的楼道灯总电路图可以把文中各分部图，按图中所示脚连接即可。 三、结论 声控灯是一种声控电子照明灯，由传声器、光敏电阻、延时电路和可控硅电路等组成。它