声光双控延迟节能灯

1、电力电子技术课程设计题 目： 声光双控延时照明灯院 系 电气与信息工程系 专 业 电气工程及其自动化 班 级 14电气本5 学 号 04991405010 学生姓名 林博阳 指导教师 刘兰波 目录目 录摘要IAbstractII1引言31.1课程设计的目的31.2课程设计的内容31.3课程设计方案的选择32设计过程42.1系统总体方案42.2电源整流、滤波与稳压电路设计42.3三端集成稳压器W7812的选用52.4非门74LS04与二输入与非门74LS00的选用62.5光控电路的设计72.6声控电路中三极管的选用72.7声控电路的设计82.8555定时器的选用92.9延迟照明电路的设计103系

2、统仿真及调试113.1仿真软件的选择及仿真图的绘制113.1.1仿真软件113.1.2系统仿真元器件选择113.2总体电路仿真图113.2.1部分模拟仿真调试123.3仿真结果144结束语144.1实验总结144.2展望144.3设计心得14参考文献15附 录16摘要摘要在学校，公寓等单位的公共场所以及居民区的公共楼道，长明灯现象十分普遍，这造成了能源的极大浪费。另外，由于频繁开关或者人为因素，墙壁开关的损坏率很高，增大了维修量、浪费了资金。本设计电路主要由四部分电路组成分别为：电源电路、光控电路、声控电路、延时照明电路。电源电路中变压器的常规铁心变压器，其作用是将市电进行降压处理变成整流桥所

3、需要的交流电压；整流电路采用二极管桥式整流电路，将变压器的输出电压进行全波整流；C1、C2和C3完成滤波功能，用来滤除整流桥输出电压中的纹波；稳压电路采用三端稳压集成电路7812来实现。光控电路部分主要由U2非门、U4与非门、光敏三极管和电阻R6组成。光敏三级管和电阻R6串联分压：实现通过感受光强的强弱来改变三极管的导通与关断，进而完成输出电平高低的变化，声音信号控制照明灯的开关。光控控制电路对整体电路起总控制作用。声控电路由低压音频集成功率放大器LM386构成，当光线较弱，有声音时，照明灯就会亮起。同时用信号发生器代替声音信号，音频功率放大器将脉冲信号放大，输出较大电压的信号。延时电路的核心

4、部分是555定时器构成的单稳态触发电路，来实现当光线较弱且有声音时，照明灯点亮，一段时间后，照明灯自动熄灭；但当照明灯点亮时有新的声音出现，照明灯会重新通电同样的时间。 关键词：自动控制；节能；声控电路；光控电路；延时电路20ABSTRACTABSTRACTIn schools, apartments and other units of the public places and residential areas public corridor, lighting lamp is a common phenomenon, this has created a tremendous wast

5、e of energy. In addition, due to the frequent switch or human factors, wall switch and the failure rate is very high, increased maintenance, waste of money. Circuit consists of four main parts of the design circuit as follows: power circuit, control circuit, voice-activated, delay lighting circuit.

6、Conventional cores in transformer transformer in power supply circuit, its function is to buck into the mains rectifier AC voltage required; rectifier circuit with diode bridge rectifier circuit, the full-wave rectification output voltage of the transformer; C1, C2 and C3 complete filter used to fil

7、ter in rectifier output voltage ripple; three-terminal regulator IC regulator used 7812lai implementation. Light control circuit consists of U2 gate, U4 gate, photo-transistor and resistor R6. Triode and photosensitive resistor R6 series pressure: achieved by light intensity to change in transistor

8、breakover and shut off, then complete the output level the level of change, the voice signal control light switch. Light control circuit on the total control the whole circuit. Voice control circuit consists of low-voltage power amplifier LM386 audio integration, when the light is low, when there is

9、 a sound, lights will light up. Simultaneously with the signal generator instead of a sound signal, audio power amplifiers for pulse signal amplification, larger output voltage signal. Delay circuit is the core part of MONOSTABLE trigger consisting of 555 timer circuit to achieve when the light is l

10、ow and there is a sound, lighting, lights, after a period of time, light automatically goes out; but when the lamp lights up a new sound, lighting Lantern re-apply the same amount of time.KEYWORDS: Power circuit Voice circuit Light control circuit Delay control circuit黑龙江工业学院电力电子技术课程设计声光双控延迟节能灯1 引言电

11、路采用声光两级控制照明电路。照明灯开关对光线强弱的感应控制照明灯的第一级开关，对声强的感应控制第二级开关。光信号的感应通过光敏三极管来实现，使得光控电路在光强时输出低电位，光弱时输出高电位。对于声强信号的处理市利用音频集成功率放大器，把声信号变为电信号，通过对声强信号的处理可得一个电平信号，为控制电路准备。延时控制功能通过555定时器构成的单稳态触发电路来实现。将光控电路的输出作为555定时器的复位端输入。将声控输出端作为延时电路的输入，从而可以实现在光线强的情况下，即使有足够强的声信号，照明灯电路也不工作。而在光线弱的情况下，可以通过声信号来控制照明。1.1 课程设计的目的加强我们对模拟电子

12、技术合数字电子技术的理解合巩固，我的设计的课题是声光双控制延时照明灯的设计，我设计了一种电路新颖、安全节电、结构简单、安装方便、使用寿命长的声光双控照明灯。白天光照好，不管发出多大声音，声光控路灯控制器都不会使LED灯发光。夜晚光暗，电路只要检测到有声响，就会自动亮，过几秒后又自动熄灭，节能节电。1.2 课程设计的内容工作组成：电源电路+光控电路+声控延时电路工作目标：将电网电流滤波后接入电路供电，通过声光和延时电路后完成声控灯的设计。1.3 课程设计方案的选择（延时电路的选择）1.方案一：RC电路延时：由一个电阻和一个电容并联组成的RC延时电路。但输入电压为高时，电容充电，但输入电压为低时电

13、容放电。达到延时目的。2.方案二：555单稳态触发器：电路个稳定状态和一个暂稳状态。在触发信号作用下，电路将由稳态翻转到暂稳态，暂稳态是一个不能长久保持的状态，由于电路中RC延时环节的作用，经过一段时间后，电路会自动返回到稳态。3.方案选择：由RC并联的电路延时不稳定，延时时间不精确。而且各次延时时间不尽相同，输出电压幅度较大。555单稳态触发器延时时间比较精确，各次延时时间基本一致，输出电压稳定。因此选择555单稳态触发器。2 设计过程2.1 系统总体方案采用分块的设计方法，为满足设计的目的，有如下系统结构图2.1 图2.1 系统结构图2.2 电源整流、滤波与稳压电路设计电源电路主要为控制电

14、路提供工作电压，直接从电网得到的220V交流电压，通过变压器电路、整流电路、滤波电路和稳压电路将该交流电转化为+12V的直流电压。电路中变压器的常规铁心变压器，其作用是将市电进行降压处理变成整流桥所需要的交流电压；整流电路采用二极管桥式整流电路，将变压器的输出电压进行全波整流；C1、C2和C3完成滤波功能，用来滤除整流桥输出电压中的纹波；稳压电路采用三端稳压集成电路7812来实现。图2.2.1 电源电路仿真图2.3 三端集成稳压器W7812的选用型号为W7812系列的三端稳压器为固定式稳压电路，其输出电压有5V，6V,9V,12V,15V,18VHE 24V七个挡次，型号后面的两个数字表示输出

15、的电压值。本次设计中，采用型号为W7812的三端集成稳压器为输出电压12V。三端集成稳压器W7812的电路原理图、管脚图和功能表如下图所示。 图2.3.1三端集成稳压器W7812外形及管脚图 图2.3.2三端集成稳压器W7812电路原理图正常输出直流电压（V）输出电压变化范围（V）输入电压允许范围（V）输出电流（A）电压调整率最小最大12.011.512.515.017.00.10.510mV/V 表2.3.3三端集成稳压器W7812功能表2.4 非门74LS04与二输入与非门74LS00的选用74LS系列门电路是最大使用的数字集成电路芯片：74LS04是非门，又称为反相器，是实现逻辑非运算的

16、逻辑电路。74LS00是与非门，其可实现与门和非门的复合运算。非门和与非门的逻辑符号、管脚图和功能表如下图所示。 输 入 输 出 A Y 0 1 1 0图2.4.1 74LS04管脚图 表2.4.2非门功能表 输 入 输 出 A B Y 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0图2.4.3 74LS00管脚图 表2.4.4与非门功能表图2.4.5 74LS00与非门的内部结构图2.5 光控电路的设计光控电路部分主要由U2非门、U4与非门、光敏三极管和电阻R6组成。光敏三级管和电阻R6串联分压：当有强光照射时，光敏三极管处于导通状态，节点31输出电压较低，为低电平；当无光照或者光线较弱时，

17、光敏三极管处于截止状态，节点31输出电压较高，为高电平。放大信号从U2输入，光控信号从U4输出：当节点31输出低电平时，U4门关闭，放大信号无法输入，照明灯不受声音信号控制；当节点31输出高点平时，U4门打开放大信号可以输入，声音信号控制照明灯的开关。光控控制电路对整体电路起总控制作用。放大信号输入光控信号输出图2.5.1 光控电路仿真图2.6 声控电路中三极管的选用2N3906 电流增益带宽积250MHZ 放大倍数 100-400图2.6.1 2N3906引脚表2.6.2 2N3906参数 2N2222 电流增益带宽积(ft) 最小250MHZ 放大倍数 100-300图2.6.3 2N22

18、22引脚表2.6.4 2N3906参数2.7 声控电路的设计声控电路由低压音频集成功率放大器LM386构成，当光线较弱，有声音时，照明灯就会亮起。同时用信号发生器代替声音信号，音频功率放大器将脉冲信号放大，输出较大电压的信号。该音频集成放大器是一个三级放大电路：第一级为差分放大电路，Q1、和Q3、Q2和Q4分别构成复合管，作为差分放大电路的方大管；Q5和Q6组成镜像电流源，作为Q1和Q2的有源负载；信号从Q3和Q4管的基极输入，从Q2的集电极输出，为双端输入单端输出差分电路。使用镜像电流源作为差分放大电路的有源负载，可使单端输出电路增益近似等于双端输出电路的增益。第二级为共射放大电路，Q7为放

19、大管，恒流源作为有源负载，以增大放大倍数。第三级中Q8和Q9管复合成PNP型管，与NPN型管Q10构成准互补输出级。二级管D2和D3为输出级提供合适的偏置电压，可以消除交越失真。图2.7.1声控电路仿真图信号发生器输入信号、示波器显示输入信号与输出信号波形图为：图2.7.2输入与输出信号波形图2.8 555定时器的选用555定时器是一种多功能集成电路，只要在外部接上几个电阻和电容，即可构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器。本次设计中，采用定时器555组成的延时电路为单稳态触发电路。定时器555的内部结构框图、逻辑符号图和逻辑功能表如下图所示。图2.8.1定时器555的内部结构框图图2.8

20、.2定时器555的逻辑符号图阀值输入THR触发输入TRIG复位端输出端Q放电管DIS任意值任意值00导通<(2/3)Vcc<(1/3)Vcc11截止>(2/3)Vcc>(1/3)Vcc10导通<(2/3)Vcc>(1/3)Vcc1不变不变表2.8.3定时器555的逻辑功能表由其内部结构框图可知，它由比较器1、比较器2、非门G1与G2组成的SR锁存器和放电三极管Q1组成。由其功能表和管脚图可知，集成电路共有8个引脚，引脚1 接地，引脚8为电源端，引脚5为控制电平端，引脚6为阀什输入端，引脚7为放电端，引脚2为触发电平端，引脚3为输出端，引脚4为清零端。从功能表

21、中可以看出：555集成 电路 通过改变THR和TRIG端的电压值，来影响输出端和放电端的状态，同时它还具有储存信号功能。需要注意的是控制电平端CV01T，当它接入任意电压时，THR和TRIG端的变化分界点就不再是（1/3)VCC和(2/3)VCC，而是（1/2）VCC01t和VCC01t。555集成电路构成的可重复触发的单稳态电路处于稳态时，Vthr<（2/3）VCC, Vthr>（1/3）VCC，Q=0，放电管导通。当Vtring=VCC=0.3V时，电路进入暂稳态，此时Q=1,放电管截止。同时直流电源通电阻R对电容C进行充电，使得Vthr的什渐渐上升，当Vthr和什大于（2/3

22、）VCC时，电路重新进入稳态，Q=0，放电管导通。电路暂稳态的持续时间， C的充电时间取决于电阻R数值，其脉冲宽度计算公式为tw=R*C。2.9 延迟照明电路的设计延时电路的核心部分是555定时器构成的单稳态触发电路，来实现当光线较弱且有声音时，照明灯点亮，一段时间后，照明灯自动熄灭；但当照明灯点亮时有新的声音出现，照明灯会重新通电同样的时间。由555定时器构成的此单稳态触发电路，为保证该电路上电后，引脚3输出低电平，增加了R21和C13组成的上电复位电路。复位电路可保证上电后，复位引脚4为低电平，引脚3输出为低电平，LED灯没有电流通过，不会被点亮。当节点8输入脉冲下降沿（即555定时器的引

23、脚2有脉冲下降沿）时，触发单稳态电路进入暂稳态，引脚3输出高电平，使LED灯有电流通过，而被电亮。当定时器555内部放电管截止，电源通过电位器R20、电阻R23向电容C11充电，当引脚6的电压超过2/3Vcc时，引脚3输出为低电平，LED灯中不再有电流通过，此时灯熄灭，555定时器返回上电后的初始状态，等待再一次脉冲下降沿的到来。图2.9.1延时照明仿真图3 系统仿真及调试3.1 仿真软件的选择及仿真图的绘制3.1.1 仿真软件系统仿真采用Interactive Image Technologies公司推出的Windows环境下的电路仿真软件multisim10.此软件最适合于模电数电仿真，不

24、仅可以完成电路瞬态分析和稳态分析、时域和频域分析、噪声分析和直流分析等基本功能，而且还提供了离散傅里叶分析、电路零极点分析、交直流灵敏度分析和电路容差分析等电路分析方法，并具有故障模拟和数据储存等功能。3.1.2 系统仿真元器件选择MIC 用用函数信号发生器来代替，当没有人说话的时候，将其频率调到最大，反之增大频率，RG用一般滑动电位器代替。3.2 总体电路仿真图图3.2 总体电路图仿真图3.2.1 部分模拟仿真调试1.无声有光情况将连接好的电路原理图对照设计的电路图认真核对一遍,若无错误（阻值的大小，导线连接短路等）现象，将光敏电阻阻值调小和mic及函数信号频率调到最低，打开又上脚

25、的run开关，发现灯泡并不亮，如图3.2.1所示：图3.2.12.无光（光线暗）无声即Y=A&B(Y=1&0=0),此时灯泡应该不亮，（Y为满足条件，A代表光线，B代表声音，“1”表示满足条件“0”则反之）当光线暗与上有声时才为真（1），调节滑动电位器R7，将其阻值逐渐增大，MIC(即函数信号发生器)频率信号最低，此时发现灯泡不亮。如图3.2.2所示：图3.2.23.有光（光线强）有声即Y=A&B(Y=0&1=0),此时灯泡应该不亮，将滑动电位器调到最小，函数信号的频率逐渐增大（50HZ以上），此时只有声音信号放大了，而光控则最低。如图3.2.3所示： 图3.2

26、.34.无光有声即Y=A&B(Y=1&1=1),此时灯泡应该亮，调节滑动电位器，将其阻值增大（至少为50%），再将函数信号的频率增大（50HZ以上）。如图3.2.4所示： 图3.2.43.3 仿真结果只有在光线弱且有声音时，LED灯才亮。4 结束语44.1 实验总结电源电路中从电网中输出的220V交流电源，经过降压、整流、滤波和稳压输出+12V电压，提供电路中的直流电源。声控电路中用信号发生器代替声音信号，当有声响时，信号经过音频放大器得到稳定放大的电压信号，连接到一个单刀双掷开关，连接到非门的输入端，和光控信号共同作用。光控电路中用光敏三极管控制电路，当光线较强时，光敏三极管处于导通状态，与非门输入高电平，放大的声音信号不起作用；当光线较弱或无光照时，光敏三极管处于截止状态，与非门输入低电平，放大的声音信号作用，与非门输出从高电平变为低电平，构成一个脉冲下降沿。光控电路的输出端连接延时电路。延时电路当有脉冲下降沿时，触发该部分电路，电路进入暂稳态，使LED灯被点亮。经过t时间后，555定时器恢复到初始状态，LED灯灭，等待下一次信号的来临。4.2 展望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