声光控制开关说明书

1、电工电子实训课外综合训练项目名称：通用楼道灯声光控制开关班级：电气12-3班组长：高荫小组成员：柴宏大陈泓倩崔俊峰杜佳维高萌指导教师：宋绍楼完成日期：2016/1/17摘要每当我们晚上走在楼梯道里你会发现灯会突然亮，走过后灯会自动灭如果让楼道的照明灯一直亮着，则难免会浪费电力资源，特别是在当今这个资源紧张的时代，提倡节约型社会是我们国家的宗旨，也是可持续发展的一个良好表现。因此设计一种既不浪费电力又很方便实用的照明灯系统是很有实用价值意义的一件事。这里通过设计此系统电路来说明光敏电阻，双向可控硅，驻极体传声器，CD4011等器件的用法和原理。在本设计中介绍了声光控路灯控制器白天光照好，不管过路

2、者发出多大声音，都不会是灯泡发亮。夜晚光暗，电路的拾音器的组成、性能，适用范围及工作原理，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。只要检测到有碎发声响，就会自动亮为行人照明，过数十秒后又自动熄灭，节能节电。关键词：电源，整流，稳压器，可控硅，CD4011,光敏电阻目录前言11 .方案论证21.1 方案121.2 方案221.3 方案选择32 .电路的原理分析32.1 工作原理33 .芯片及元件选择部分43.1 CD4011数字集成芯片43.2 驻极体传声53.3 晶闸管63.4 光敏电阻84 .单元电路94.1 稳压电源94.2 主电路104.3 声控电路104.4

3、 光控电路114.5 延时电路114.6 逻辑电平反转电路125 .电路制作与调试125.1 元器件清单125.2 安装制作135.3 调试准备一检查电路135.4 通电观察135.5 调试146技术经济分析147实物展示14心得体会15参考文献16前言随着电子技术的发展，尤其是数字技术的发展，用数字电路技术实现灯的自动发亮、节能节电、延长灯的寿命变得越来越重要，而且贴近我们的实际生活。声光控灯已成为人们日常生活中必不可少的必需品，它不需要开关，在晚上当有人经过时会自动的亮；它广泛应用于走廊、楼道招待所等公共场所，给人们的生活、带来极大的方便。因此，得到了广泛的应用。声光控电路是声音和光控制电

4、路工作的电子开关。它将声音（如击掌声）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，本电路广泛应用于人们的日常生活中，所以，有很大的重用作用。该设计主要是通过对声光控灯的电路设计来介绍有关器件的用法和一般电路的设计。声光控制是通过光敏电阻来实现的，当光敏电阻在背光的的时候即使这时也是人走过了（有声音时）的时候灯也不会亮，。在有的电路中这种原理也可以通过声音的振动来实现，这样就给路人提供了相应的方便，同时也达到了节电和节能的目的，延长灯的寿命。在实际生活中节电节能，能够实现更多的自动化。实现以下功能：1 .白天正常光照

5、下，无论有无声音，该开关不动作，灯不亮；2 .夜晚无声音的时候，灯不亮；有声音触发时，开关动作，灯亮；3 .灯亮一定时间以后，自动熄灭且可自动延时。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、品闸管开关电路，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

6、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定时器的脚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的555定时器来实现声控及延时功能。品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，

7、由于照明灯与品闸管用联，所以灯熄灭；当其输出高平时，品闸管导通，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?元器件组成。由CD4011的选定的输出端控制品闸管的关闭，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

8、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。1.3 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。2 .电路的原理分析2.1 工作原理RIZ1ND5泮1SIC小口£4jOKI囱（1CT.T71C3TIo.打小口oi4T212CD1O1LR57QK图2.1声光控制开关的原理电路图声光控延时开关的电

9、路原理图见图2.1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VD1VD4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2.2所示的方框图图2.2SGK-10声光控延时开关框图结合图2.2来分析图2.1。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VT的基极进行电压放大，放大的信号送到与非门(VD1)的2脚，R4R

10、7是VT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RG等元件组成光控电路，R5和RG&成串联分压电路，夜晚环境无光时，光敏电阻的阻值很大，RG两端的电压高，即为高电平间T=2冗R8c3改变R8或C3的值，可改变延时时问，满足不同目的。VD剂VD幽成两级整形电路，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VD3VD4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R8放电，当放电到一定电平时，经与非门VD3VD4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VD卜VD4将交流

11、220v进行桥式整流，变成脉动直流电，又经R1降压，C2滤波后即为电路的直流电源，为BMVTIC等供电。3 .芯片及元件选择部分3.1 CD4011数字集成芯片IC选用CMOS数字集成电路CD4011,CD4011有四个独立的与非门电路，它可做成振荡、单稳、双稳，又可作为整形、反相等等。在本电路中CD4011仅用作反相和整形以及控制门的作用。内部功能见图3.112345图3.1CD4011引脚图3.2 驻极体传声随着通讯业的蓬勃发展，和相关技术的提高，整机产品对传声器的要求也越来越高。本文所提到的传声器，是指驻极体电容传声器，即俗称的咪头。传声器的通用指标：1、灵敏度（感度）一般定义为：传声器

12、声电转换的效率。用dB表示。在相关传声器的测试标准中设定为0dB=1V所以传声器的灵敏度值均为负值。例如：-58dB传声器的灵敏度一般在一28-66dB之间选择，不同的用途就有着不同的灵敏度要求。例如：笔记本电脑的灵敏度值要求就比较高，要在一27db左右，而蓝牙耳机则比较低，只要-62db左右就可以。必须提及的是：传声器灵敏度的高低不仅是传声器自身的灵敏度决定的，还与电路中的电阻R有关。这个电阻的大小直接影响到传声器的灵敏度。同样一个传声器,如采用不同的R值，灵敏度就完全不同。例如：R值为1k和2k时，灵敏度可相差近7db!所以灵敏度是有条件的，传声器生产厂家一般要给定测试条件，通常为：2.2

13、k、3v。2、频率响应一般定义为：传声器在音频传输中频率各点所对应的灵敏度的一致性状态。传声器的频响范围大夺标称为20-20khz,一般认为，这种一致性越趋一致，整个频响曲线越平越好。但在实际使用中并非如此。如：在电话机中，就希望传声器的频响曲线是斩头去尾的草垛型。这样可以最大限度的克服低频噪声和高端啸叫。航空耳陵中的传声器则要求削掉700hz以下的成分，以避开飞机发动机的低频噪声频率。在一般的会议传声中则希望降低4000hz以上的频响也应该视用而异。3、电流与阻抗的频率，以克服啸叫。而在超声传输中，则要求传声器的频响15khz以上高端灵敏度越高越好。所以传声器咪头内部有一个场效应三极管，其作

14、用是阻抗转换和信号放大，所以咪头工作必须要加一个直流电压，可在1.5-6v之间选择。咪头的电流值正常情况下取决于FET（场效管）的电流值。一般在0.15-0.5mA之间。在这里，FET是一个恒流源，当咪头的外加电压、电阻变化时电流值基本不变。因此，我们可以认为咪头的电流值就是FET的电流值。FET电流值与自身的放大增益指标即跨导（相当于晶体管的放大倍数）、自身的阻抗值有关。一般认为：在一定的范围内，咪头的正常电流值越大、阻抗也就越低、放大能力就越高、咪头的灵敏度也就越高。咪头的阻抗生产厂家一般标定为：2.2k,事实上，咪头的阻抗是个范围值，而不是点值。实践中咪头的阻抗在700欧姆-3000欧姆

15、之间，不少用户用万用表测阻抗其实是不对的，万用表测得的只是咪头FET的直流电阻。咪头的阻抗值不仅影响到咪头本身的灵敏度，更重要的是影响到使用咪头的电器的指标，就是说，咪头的输出阻抗一定要与使用咪头的电器的放大器的输入阻抗匹配，才能获得最大传声增益。4、噪声的产生与克服咪头的噪声分自身的本地噪声，和外界的干扰噪声。由于咪头的场效应管电流值很小，本地噪声已很小。金属外壳接地不良、封装不良、是噪声的主要来源。特别在手机等高频设备中，当咪头外壳与PCB版的接触电阻大于1欧姆，就会产生明显的高频调制干扰，即所谓的电流声、蚊鸣声。3.3 晶闸管可控硅也称作品闸管，它是由PNPN3层半导体构成的元件，有三个

16、电极，阳极a,阴极k和控制极g,可控硅在电路中能够实现交流电的无触点控制，以小电流控制大电流，并且不象继电器那样控制时有火花产生，而且动作快、寿命长、可靠性好。在调速、调光、调压、调温以及其他各种控制电路中都有它的身影。可控硅分为单向的和双向的，符号也不同。单向可控硅有三个PN结，由最外层的P极和N极引出两个电极，分别称为阳极和阴极，由中间的P极引出一个控制极。单向可控硅有其独特的特性：当阳极接反向电压，或者阳极接正向电压但控制极不加电压时，它都不导通，而阳极和控制极同时接正向电压时，它就会变成导通状态。一旦导通，控制电压便失去了对它的控制作用，不论有没有控制电压，也不论控制电压的极性如何，将

17、一直处于导通状态。要想关断，只有把阳极电压降低到某一临界值或者反向。普通品闸管的阳极与阴极之间具有单向导电的性能，其内部可以等效为由一只PNP晶闸管和一只NPN晶闸管组成的组合管，如图3.2所示。AIk图3.2普通晶闸管的结构和等效电路a结构图b等效电路3.3.1晶闸管的检测（1）判别各电极根据普通晶闸管的结构可知，其门极G与阴极K极之间为一个PN结，具有单向导电特性，而阳极A与门极之间有两个反极性串联的PN结。因此，通过用万用表RX100A或RX1k档测量普通晶闸管各引脚之间的电阻值，即能确定三个电极。具体方法是：将万用表黑表笔任接品闸管某一极，红表笔依次去触碰另外两个电极。若测量结果有一次

18、阻值为几千欧姆（kQ）,而另一次阻值为几百欧姆（Q）,则可判定黑表笔接的是门极G在阻值为几百欧姆的测量中，红表笔接的是阴极K,而在阻值为几千欧姆的那次测量中，红表笔接的是阳极A,若两次测出的阻值均很大，则说明黑表笔接的不是门极G应用同样方法改测其它电极，直到找出三个电极为止。（2）判断其好坏用万用表RX1k档测量普通晶体管阳极A与阴极K之间的正、反向电阻，正常时均应为无穷大（8）若测得A、K之间的正、反向电阻值为零或阻值较小，则说明晶闸管内部击穿短路或漏电。测量门极G与阴极K之间的正、反向电阻值，正常时应大（大于80kQ）。若两次测量的电阻值均很大或均很小，则说明该品闸管GK极之间开路或短路。

19、若正、反电阻值均相等或接近，则说明该品闸管已失效，其GK极间PN结已失去单向导电作用。测量阳极A与门极G之间的正、反向电阻，正常时两个阻值均应为几百千欧姆（kQ）或无穷大，若出现正、反向电阻值不一样（有类似二极管的单向导电），则是GA极之间反向串联的两个PN结中的一个已击穿短路。3.4 光敏电阻光敏电阻是一种电阻值随外界光照强弱（明暗）变化而变化的元件，光越强阻值越小，光越弱阻值越大。如果把光敏电阻的两个引脚接在万用表的表笔上，用万用表的rX1kQ挡测量在不同的光照下光敏电阻的阻值：将光敏电阻从较暗的抽屉里移到阳光下或灯光上，万用表读数将会发生变化。在完全黑暗处，光敏电阻的阻值可达几兆欧以上（

20、万用表指示电阻为无穷大，即指针不动），而在较强光线下，阻值可降到几千欧甚至1千欧以下。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（将光的变化转换为电的变化）。光敏电阻的主要参数有亮电阻，暗电阻，光电特性光谱特性，频率特性，温度特性。在光敏电阻两端的金属电极之间加上电压，其中便有电流通过，受到适当波长的光线照射时，电流就会随光强的增加而变大，从而实现光电转换。没有极性，纯粹是个电阻期间，使用时可加直流也可以加交流它的工作原理是：用于制造光敏电阻的材料主要是金属的

21、硫化物、硒化物和硫化物等半导体。通常采用涂敷、喷涂、烧结等方法在绝缘衬底上制作很薄的光敏电阻体及梳状欧姆电极，然后接出引线，封装在具有透光镜的密封壳体内，以免受潮影响其灵敏度。在黑暗环境里，它的电阻值很高，当受到光照时，只要光子能量大于半导体材料的禁带宽度，则价带中的电子吸收一个光子的能量后可跃迁到导带，并在价带中产生一个带正电荷的空穴，这种由光照产生的电子一空穴对增加了半导体材料中载流子的数目，使其电阻率变小，从而造成光敏电阻阻值下降。光照愈强，阻值愈低。入射光消失后，由光子激发产生的电子一空穴对将逐渐复合，光敏电阻的阻值也就逐渐恢复原值。在光敏电阻两端的金属电极之间加上电压，其中便有电流通

22、过，受到适当波长的光线照射时，电流就会随光强的增加而变大，从而实现光电转换。光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时既可加直流电压，也可以加交流电压。4 .单元电路4.1 稳压电源直流稳压电源一般由变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路等四部分组成。4.1.1变压器电源变压器的作用是为了用电设备提供所需的交流电压。变压器是利用电磁感应原理，从一个电路向另一个电路传递电能或传输信号的一种电器，是电能传递或作为信号传输的重要元件。变压器是一种静止电机，根据电磁感应的原理，能够将一种电压的电能转换为另一种电压的电能，以满足不同负荷的需要。变压器的主要部件是一个铁心和套在铁心上的两个绕组。其中，与电

23、源相连的线圈，接收交流电能，称为一次绕组；与负载相连的线圈，送出交流电能，称为二次组。4.1.2整流电路所谓桥式整流电路，就是用二极管组成一个整流电桥。当输入电压处于交流电压正半周时，二极管D、负载电阻R、1构成一个回路，输出电负半周时，二极管D2、负载电阻R、D4构成一个回路，输出电压M=Vi-VkW。图中滤波电容的工作状态。压V)=Vi-VD1-VD3o输入电压处于交流电压4.1.3滤波电路滤波电容容量大，因此一般采用电解电容，在接线时要注意电解电容的正、负极。电容滤波电路利用电容的充、放电作用，使输出电压趋于平滑。4.1.4稳压电路直流稳压电源稳定性高，输出不随负载的变化而变化。但一般适

24、用于电流较小的电路中。在这个电路中我们采用的是三端固定集成稳压器。三端稳压器，主要有两种，一种输出电压是固定的，称为固定输出三端稳压器，另一种输出电压是可调的，称为可调输出三端稳太器，其基本原理相同，在线性集成稳压器中，由于三端稳压器只有三个引出端子，具有外接元件少，使用方便，性能稳定，价格低廉等优点，因而得到广泛应用。固定三端稳压器的原理：因为固定三端稳压器属于串联型稳压电路，因此它的原理等同于串联型稳压电路。其中R1、RpR2组成的分压器是取样电路，从输出端取出部分电压UB2作为取样电压加至三极管T2的基极。稳压管Dz以其稳定电压Uz作为基准电压由于调整元件是晶体管管，而且在电路中与负载相

25、串联，故称为晶体，加在T2的发射极上。R3是稳压管的限流电阻。三极管T2组成比较放Ui加在大电路，它将可调节RL两端的电压Uoo也就是说，稳压电路的输出电压Uo可以通过三极管T1加以调节，所以T1称为调整管。管串联型稳压电路。电阻R4和T1的基极偏置电阻，取样电压UB2与基准电压Uz加以比较和放大，再去控制三极管T1的基极电位。从图可见，输入电压三极管T1与负载RL相串联的电路上，因此，改变T1集电极间的电压降UCE1便也是T2的集电极负载电阻。4.2 主电路220V的市电经过灯泡和全桥整流后加在单向可控硅MCR100-6上，由于一开始可控硅无触发信号，呈关断状态，灯不亮，当CD4011给出一

26、个高电平触发信号，单向可控硅导通，灯泡被点亮。4.3声控电路18KC3IIR33.3M图4.2声控电路10R430KT2由麦克风，三极管9014,电容C3及电阻R2R4组成，当环境声音信号很弱时，三极管处于饱和状态，1脚为低电平，CD4011的11引脚输出低电平，单向可控硅阻断。当环境声音信号达到一定强度时，通过驻极体话筒拾音输出经C1耦合到C9014的基极，使集电极电位随着声强而高低变化，使1脚变为高电平。4.4 光控电路J2V70Ko13屋图4.3光控电路主要由R1和Rg组成，光敏电阻的阻值随着光照强度的变化而变化，当光照达到一定强度时，其阻值变小到与R1分压后使2脚为逻辑低电平，CD40

27、11的11引脚输出低电平，单向可控硅正向阻断。随着光照强度的减弱，光敏电阻的阻值逐渐增大，2脚电位逐渐上升，当2脚上升到逻辑高电平后，即满足了开门条件，此时声控开始起作用，3脚是否反转只取决于1脚的电位是否达到了逻辑高电平。4.5 延时电路356ocIN4007XR6iC420K47uF/25V图4.4延时电路11由R&C4、IN4007组成，当满足触发导通时，4脚输出高电平开始给C4充电，当C4充电到逻辑高电平时，信号经与非门后11脚输出高电平，使单向可控硅导通；C4充满电后只向R6放电，当放电到逻辑低电平时，使单向可控硅截止，完成一次完整的开、关过程。4.6 逻辑电平反转电路5 .

28、电路制作与调试5.1 元器件清单序号符号名称型号和规格件数1D1D4二极管1N400742D6二极管1N400713T1晶闸管MCR100-614C1电解电容100科/25V15C2电容器100000pF(104)16C3电容器470000pF17C4电解电容47科/25V18R1电阻器一270kQ19R2电位器0-100kQ110R3电阻器3.3MQ111R4电阻器:30KQ112R5电位器0-100KQ113R6电阻器20kQ11214R7电阻器56KQ115RG光敏电阻器3K5MQ116D5稳压二极管12V(1N4742A)117T2三极管9014118MIC驻极体传声器119IC集成电

29、路CD4011120其它印制板、220V/25W灯泡等5.2 安装制作对照元件清单买到电子元器件后,首先对照材料清单将各材料认真清点一遍，并用万用表粗略地（因出厂前已测量过）测量一下各元件，做到心中有数。焊接时注意先焊接无极性的阻容元件，电阻采用卧装，电容采用直立装，紧贴电路板，焊接有极性的元件如电解电容、话筒、整流二极管、三极管、单向可控硅等元件时千万不要装反，注意极性的正确。否则电路不能正常工作甚至烧毁元器件。5.3 调试准备一检查电路在通电调试之前，必须认真检查电路连线是否正确，对照电路图按照一定顺序逐级检测，特别要注意电源是否接错，电源与地是否有短接，二极管是否接反，轻轻拨一拨元器件，观察焊点是否牢固。通过反复检查电路，发现CD4011集成电路7引脚没有接地。5.4 通电观察电源接通后首先保证安全，观察电路中是否有冒烟、起火等现象。如果有，应立即断电，故障排除后继续通电，并注意观察各器件引脚电压是否正常。打开电源，给系统加上激励信号源（如系统的啪手声、打击声），用眼睛直接观察灯泡是否亮和按时熄灭。在通电后发现灯泡不亮，通过示波器检查驻极体传声器，发现没有信号，确定为驻极体传声器损坏，更换新的后，灯泡亮。135.5 调试先用万用表测量电路有关点电位是否正常。检查发光二极管是否正常工作。发现不正常现象时，及时找出原因进行修改，注意接线