电工电子课程设计报告---声光控制节能开关

1、电工电子创新产品设计声光控制节能开关近两年，能源紧 X 的状况日益凸显，可实际情况却令人担忧。公共场所照明 用电，因大多无专人管理， “长明灯现象十分严重，耗电量非常大。所以，公 共场所的照明节电及照明自动化控制十分重要。本文设计的照明自动控制电路， 同时具有声控和光控功能。照明灯在白天 （或光照度足够时 ）不亮，晚上 （或光 照度缺乏时）吹口哨或拍手即亮，延时30s后自动熄灭（延时时间可根据不同的使用 场所自行设定 ），节电又方便。简单易制、本钱低、可靠性高，是教学楼照明自 动控制的很好的方案。 一 声控照明电路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

2、等等。 然而发此珍贵的资源却被我们无视了很长时间， 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局部是一可缺少的；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

3、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； 而太弱电路构造复杂也难以 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，必须对其进展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加电 源的要求必

4、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 参数准确稳定， 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 电路构造， 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以下功能： 能在声音的控制下实现电路的导通与截止。 声音

5、的发出应是多方面的如脚步声，物体打击声等。 响应时间应越短越好。 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。光控照明电路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 的珍贵资源在被人类遗忘了假设干年后， 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

6、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开展下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构造，随着半导体光敏元器件的快速开 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n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I !_1. !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

7、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准确，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，外加电源也是不可无视的， 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。现就采用光敏元件设计光控照明电路作如下分析：电路原理：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， 只要电信号强度到 达一定程度将触发触发器使其导通工作。 光控照明电路其

8、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，不但要尽量使电路构造简化，而且要使电路功能强，功能的实现要可靠 稳定。光控电路框图如下：图1声光延时开关框图延时电路从20世纪中后期数字电路的飞速开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开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

9、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例如。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。现就延时电路作如下分析：电路原理：利用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： 硬件构成; 软件构成； 软硬相结合构成；对于由硬件构成的定时

10、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。在一个实际的电路中延时不 是主要目的， 而主要目的是为了完善电路功能。 故作为一个延时电路， 在整个电 路中其应在延时完毕后能发出一个完毕信号，控制电路是否继续工作下去。所以前述声控， 光

11、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，为此应对其进展改良有三种方案可行：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展分析。 四 电路主要组成 一 声音传感器MIC 把声音信号转化为电信号 .当这类信号转化为电信号时，电信号一般较 弱，可对其进展放大对此可选择功放电路， 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。 二光控局部光敏电阻器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

12、般用通常，光敏于光的测量、光的控制和光电转换将光的变化转换为电的变化 电阻器都制成薄片构造，以便吸收更多的光能。当它受到光的照射时，半导体片光敏层内就激发出电子一空穴对，参与导电，使电路中电流增强。可见光光敏电阻器：包括硒、硫化镉、硒化镉、碲化镉、砷化傢、硅、锗、硫化锌光敏电阻器等。主要用于各种光电控制系统，如光电自动开关门户，航标 灯、路灯和其他照明系统的自动亮灭，自动给水和自动停水装置，机械上的自动 保护装置和“位置检测器，极薄零件的厚度检测器，照相机自动曝光装置，光 电计数器，烟雾报警器，光电跟踪系统等方面。本设计采用MG系列光敏电阻与91K的电阻串联。三定时局部集成定时器555电路，是

13、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，二者的构造和工作原理类似。二者的逻辑功能和引脚排列完全一样，易于互换555电路的引脚排列图3如下图，其功能表如表1所示555电路构成，单稳态触发器，如图4。输出电压 V 的脉宽t=RCIn3555定时器内部电路见图5。I1 18 76 5555123 4111图3 555定时器引脚排列图表1555定时器的功能表62437高触发低触发复位端输出端放电端端端LL导通>2Ec/3> Ec/3HL导通

14、v2EJ3> Ec /3H不变不变< Ec /3HH截止100K+5VC_| 47uF6 847 555 3215T门 to.oiuf图4单稳态触发器。如四降压整流局部D1, D2, C5, MC78L05CP构成整流电路，为元件提图6。五.电路总体框架图舉 翻 無7声控照明节电开关电路原理方框该图是该声控照明节电开关电路原理方框，由话筒、电压比拟器、光控、电 子开关、延时和交流开关等局部电路组成。声光联控延时照明电路的主要原理就是利用光控部件控制电路白天不工作， 而夜晚那么由声控部件控制其工作，再由延时部件控制其工作时间。在白天由光控部件控制电路，无论外界有无声音发出电路都不会工

15、作， 而到了夜晚光控部件就不在起作用由声控部件控制电路，只要在一定X围内有声音发出且到达一定响度电路就会导通工作， 又由延时部件控制其工作时间；由该事 例可知声、光、延时三局部是相互联系的没有光控电路智能化实现不完善，没有声控电路也谈不上延时，而没有延时电路也谈不上智能。该电路的设计较完备， 在电能节约方面处理的较好，但该电路也存在一定的缺陷如要使灯常亮那么该电 路无法实现；要对电路进展维护在白天需要灯亮那么该电路也无法实现；为此要对该电路进展升级，所谓升级就是对电路的功能进展进一步完善。我们可以为其 添加一些硬件使在不影响电路正常智能化实现的前提下，电路能受人为所控制以至更好的为人们效劳。六

16、. 主要元件清单序号名称型号规格位号数量1声电转换器MIC12整流器D213光敏电阻RL14电压放大器LM390015555定时器16电容0. 1ufC1，C22个7电容100ufC3,C52个8电阻22K, 1M，R1,R2,R3,R4,R5i各一个2.2K,91K,10K七.电路工作原理戸c号iIMIC为声电转换器电路中LM3900构成电压比拟放大器 非门和与非门构成信号逻辑分析电路。 555定时器为定时开关。继电器为照明电路接通开关。D1 , D2, C5, MC78L05CP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 脚那 么保持低电平,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。当话筒未接收到声音时，LM3900的4脚输出为高电平，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 脚那么保持低电平，继电器开关 K 保持断开状态，照明电路断开。当话筒接收到声音时，LM3900的4脚输出为低电平。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