聲光雙控延遲節(jié)能燈的制作

1、淄博職業(yè)學(xué)院 智動(dòng)化學(xué)院創(chuàng)新設(shè)計(jì)作品名稱(chēng) 聲光自適應(yīng)遙控型延遲節(jié)能燈姓 名 孫偉 王桐 陳金玉 系（院） 自動(dòng)化學(xué)院 班 級(jí) 通本132 指導(dǎo)教師 1 摘 要當(dāng)代社會(huì)提倡節(jié)能，在這里我們介紹一個(gè)聲光雙控延遲節(jié)能照明燈。它可以直接取代普通照明開(kāi)關(guān)而不必更改原有照明線路。白天或光線較強(qiáng)的場(chǎng)合即使有較大的聲響也控制燈泡不亮，晚上或光線較暗時(shí)遇到聲響（如說(shuō)話聲，腳步聲等）后燈自動(dòng)點(diǎn)亮，然后經(jīng)10秒（時(shí)間可以設(shè)定）自動(dòng)熄滅，適用于樓梯，走廊等只需短時(shí)照明的地方。整個(gè)電路由聲控電路、延時(shí)電路、光控電路、電子開(kāi)關(guān)、電源電路組成。供電電壓供電，光敏控電路對(duì)外界光亮程度進(jìn)行檢測(cè)，輸出與亮度程度相對(duì)的電壓信號(hào)。從

2、而實(shí)現(xiàn)白天燈泡不亮，晚上遇到聲響時(shí)，通過(guò)聲控電路使燈泡自動(dòng)點(diǎn)亮，聲控電路主要將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，從而要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，延時(shí)電路聲音消失后延長(zhǎng)一段光照時(shí)間。關(guān)鍵詞 ：聲光控制開(kāi)關(guān)；聲光技術(shù)；光電效應(yīng)；聲控電路 翻譯:AbstractThe contemporary society advocating energy-saving, here we introduce a dual control delay energy-saving lamps sound. It can directly replace lighting switch without change original lig

3、hting. Daytime or strong light situations have bigger sound even not bright, also control bulb or dark night when noise (such as voice and sound, etc.), then the automatic light back 10 seconds (time) can be extinguished, applicable to the stairs, only short-time lighting corridor.The circuit by voi

4、ce circuits, delay circuit, electric circuit, electronic switch, the power circuit. Power supply voltage power supply, photosensitive control circuit of external light, output and degree of relative degree of voltage signal intensity. So as to realize the bright light at night during the meeting, th

5、e sound, through the sonic circuit make light bulb automatic, televox circuit will sound signal into electrical signals, thus to realize the automatic control circuit, delay extended a DuanGuangZhao voice disappears.Keywords：acousto-optic control switch, Acousto-optic technology; The photoelectric e

6、ffect; Sonic circuitI 目 錄一、作品簡(jiǎn)介1二、 發(fā)明目的2三、初步設(shè)計(jì)方案31.電源電路32.聲控電路43.光控電路44.延時(shí)電子開(kāi)關(guān)電路4四、部分系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案54.1、芯片54.2聲控電路的選取及工作原理64.3 光敏電阻的結(jié)構(gòu)與原理74.4運(yùn)用光敏電阻等分立元件組合實(shí)現(xiàn)光控84.5采用555時(shí)基電路的簡(jiǎn)易長(zhǎng)延時(shí)電路84.6整機(jī)電路及工作原理組成9五、發(fā)明前景11六、參考文獻(xiàn)12 一、作品簡(jiǎn)介 本作品是一種集聲控、光控、遙控和程控等多種控制模式為一體，照明和應(yīng)急功能相結(jié)合的新型節(jié)能燈。發(fā)光材料采用綠色環(huán)保的小功率LED燈珠；采用非隔離型恒流源電源驅(qū)動(dòng)，電源體積小，轉(zhuǎn)化效

7、率高，發(fā)熱低；結(jié)合微處理器和PWM調(diào)制技術(shù)進(jìn)行亮度控制，實(shí)現(xiàn)了無(wú)級(jí)調(diào)光功能；冗余電源與充電管理相結(jié)合，具有應(yīng)急燈的功能，拓寬了其應(yīng)用領(lǐng)域；采用模塊化的設(shè)計(jì)方案，聲控模式、環(huán)境光控模式、定時(shí)控制模式、自定義控制模式，可實(shí)現(xiàn)最大程度的節(jié)能，可通過(guò)遙控方式進(jìn)行模式設(shè)置，燈具控制靈活，新奇小巧，適應(yīng)與不同場(chǎng)所的照明需求，具有廣闊的市場(chǎng)前景。11 1 2、 發(fā)明目的 本發(fā)明制作旨在設(shè)計(jì)出一種環(huán)保電源、照明度高、控制智能化高、節(jié)能效果明顯、功能拓寬能力強(qiáng)的冗余電源聲光自適應(yīng)控制LED節(jié)能燈。 作品發(fā)明思路： 針對(duì)目前樓道照明燈具存在的問(wèn)題，以發(fā)光材料改進(jìn)，控制功能多樣化和功能模塊化為切入點(diǎn)，設(shè)計(jì)出了一種基

8、于冗余電源的聲控、光控、程控和遙控等多種控制模式相結(jié)合的智能LED節(jié)能燈。 作品創(chuàng)新點(diǎn)：1、采用高效LED燈珠作為節(jié)能燈的發(fā)光材料，節(jié)能效果優(yōu)于白熾燈和熒光燈；2、設(shè)計(jì)高效率恒流源，將交流電變?yōu)橹绷麟?，消除頻閃現(xiàn)象；3、結(jié)合微處理器和PWM調(diào)制技術(shù)進(jìn)行亮度控制和程控；4、節(jié)能燈智能化控制：能根據(jù)環(huán)境光進(jìn)行自適應(yīng)亮度控制；5、市電和充電電池冗余電源,集節(jié)能燈和應(yīng)急燈為一體。 作品關(guān)鍵技術(shù)： 1、非隔離型的高效LED恒流源驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)。2、冗余電源與充電管理相結(jié)合。3、多種節(jié)能模式及智能控制相結(jié)合。 作品技術(shù)指標(biāo)： 1、主電源：AC90260V。2、備用電池：1200mAh。3、功率：15W（10

9、0株LED，額定電流18mA）。 4、效率：90% 5、光通量：90450 lm 6、控制方式：聲控、光控、遙控、程控 7、使用壽命：50,000小時(shí) 8、體積：直徑119mm，高100mm 9、體重：0.25Kg 三、初步設(shè)計(jì)方案聲光控開(kāi)關(guān)節(jié)能燈控制電路方框如圖1-1所示：感光RG檢音BM放大VT控制門(mén)D1整形D2延時(shí)R8 C3二級(jí)整形D3 D4電子開(kāi)關(guān)T照明燈 L1 圖1-1 聲光控開(kāi)關(guān)節(jié)能燈控制電路方框圖聲光控開(kāi)關(guān)節(jié)能燈電路由電源電路、聲控電路、光控電路、延時(shí)電子開(kāi)關(guān)電路四大部分組成。1.電源電路電源電路它是給電路提供能源的設(shè)備，其作用是給電路提供電源，使電路能正常的工作。常用的電路有：

10、半波整流、全波整流、橋式整流、而常用的電源電路使用的是橋式整流電路為主要電源電路部分。2.聲控電路聲控電路它是用聲音控制電路的設(shè)備，其作用是把送入的聲波轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，從而用這種信號(hào)去控制所需要的電器設(shè)備。常用的電路有：小信號(hào)放大電路、聲波控制電路等。而常用的聲控電路使用的是聲波控制電路為主要的聲控電路部分。3.光控電路光控電路它是用外來(lái)的光源來(lái)控制電路的設(shè)備。其作用是把外來(lái)送入的光源轉(zhuǎn)換電信號(hào)，從而用這種信號(hào)去控制所需要的電器設(shè)備。常用的電路有：發(fā)光器件電路、光敏器件電路和光電顯示器件電路。而常用的光控電路使用的光敏器件電路為主要的光控電路部分。4.延時(shí)電子開(kāi)關(guān)電路延時(shí)電子開(kāi)關(guān)電路它是用電路中

11、送入的信號(hào)進(jìn)行控制電路的設(shè)備。其作用是用送入來(lái)的信號(hào)去控制電路，使電路達(dá)到延時(shí)的效果。常用的延時(shí)電路有按鍵延時(shí)電路、感應(yīng)延時(shí)電路、開(kāi)關(guān)控制延時(shí)電路、光控延時(shí)電路、聲光雙控延時(shí)電路等。而本電路延時(shí)電子開(kāi)關(guān)電路使用主要的電路為聲光雙控延時(shí)電路部分。聲光雙控電路是聲、光控開(kāi)關(guān)的組合。它是利用駐極體話筒是否采集到聲音信號(hào)，光敏電阻感應(yīng)光線的明暗來(lái)改變信號(hào)的高低電平，以達(dá)到控制電路輸出高低電平的目的，再利用穩(wěn)壓管高電平導(dǎo)通的原理來(lái)控制燈泡的亮滅。四、部分系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 4.1、芯片CD4011BC是一個(gè)集四個(gè)2輸入與非門(mén)電路為一體的芯片，其外部結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。圖2-1 CD4011BC外形結(jié)構(gòu)圖CD4

12、001BC和CD4011BC四門(mén)是整體的補(bǔ)充MOS(CMOS)集成電路以N-和P-channel增強(qiáng)模式晶體管。他們有同樣的源與匯電流能力和符合標(biāo)準(zhǔn)系列輸出驅(qū)動(dòng)。這個(gè)裝置也有緩沖輸出大大提高傳遞特性提供非常高的增益。所有的輸入是防靜電放電和二極管對(duì)VDD和說(shuō)明。這個(gè)系列的邏輯門(mén)用磷和氮頻道增強(qiáng)模式在一個(gè)單一的整體結(jié)構(gòu)的裝置。使用他們主要是為了節(jié)省功率耗散和有較高的抗噪能力。CD4011芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2-2所示。 圖2-2 CD4011的內(nèi)部結(jié)構(gòu)CD4011的功能：四個(gè)2為輸入與非門(mén)CMOS芯片。電源電壓范圍：3V-15V功耗：700mW（普通封裝）；500mW（小外形封裝）工作溫度范圍： C

13、D4011BM -55+125 CD4011BC -40+85邏輯表達(dá)式為： 其真值表如表2-3所示： 表2-3 與非門(mén)真值表ABY0010111011104.2聲控電路的選取及工作原理如圖2-4所示聲控電路由傳聲器BM，電阻器R2、R4，晶體管VT、電容C1和CD4011中的D1組成。工作原理：話筒將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)化為負(fù)極性的電信號(hào)，但接收到的微弱信號(hào)經(jīng)C2濾波，通過(guò)由三極管VT組成的放大器把微弱的信號(hào)進(jìn)行放大，其集電極輸出正極性的電信號(hào)送到CD4011的2腳。并通過(guò)R4給基極提供導(dǎo)通電壓。 圖2-4 聲控電路4.3 光敏電阻的結(jié)構(gòu)與原理光敏電阻器又叫光感電阻，是利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)制成的一種電

14、阻值隨入射光的強(qiáng)弱而改變的電阻器；入射光強(qiáng)，電阻減小，入射光弱，電阻增大。光敏電阻器一般用于光的測(cè)量、光的控制和光電轉(zhuǎn)換（將光的變化轉(zhuǎn)換為電的變化）。光敏電阻的符號(hào)如圖2-5所示。圖2-5 光敏電阻構(gòu)成與原理：用于制造光敏電阻的材料主要是金屬的硫化物、硒化物和碲化物等半導(dǎo)體。在黑暗環(huán)境里，它的電阻值很高，當(dāng)受到光照時(shí)，只要光子能量大于半導(dǎo)體材料的禁帶寬度，則價(jià)帶中的電子吸收一個(gè)光子的能量后可躍遷到導(dǎo)帶，并在價(jià)帶中產(chǎn)生一個(gè)帶正電荷的空穴，這種由光照產(chǎn)生的電子空穴對(duì)增加了半導(dǎo)體材料中載流子的數(shù)目，使其電阻率變小，從而造成光敏電阻阻值下降。光照愈強(qiáng)，阻值愈低。入射光消失后，由光子激發(fā)產(chǎn)生的電子空穴對(duì)

15、將逐漸復(fù)合，光敏電阻的阻值也就逐漸恢復(fù)原值。4.4運(yùn)用光敏電阻等分立元件組合實(shí)現(xiàn)光控光敏器件包括光敏電阻、光敏二極管及光敏三極管等。光敏器件可以用來(lái)以可見(jiàn)光或紅外光的形式控制報(bào)警器、測(cè)試儀、自動(dòng)開(kāi)關(guān)、繼電器等多種裝置或執(zhí)行機(jī)構(gòu)。因此光敏器件在自動(dòng)化技術(shù)中起著極其重要的作用。光敏電阻的特性與人眼最為接近，因此，光敏電阻比較適合用于聲光控路燈、照相機(jī)曝光表、空氣煙塵檢測(cè)器等可見(jiàn)光裝置。光敏二極管、三極管的最佳響應(yīng)特性在紅外區(qū)（但目前，有些日光型的光敏二極管、三極管的特性與人眼的視覺(jué)特性更趨接近），因此，光敏二極管、三極管最適合用于紅外遙控系統(tǒng)、紅外光束阻斷報(bào)警器等裝置。綜上所述光控元件選光敏電阻。

16、在光線較暗時(shí)，光敏電阻呈高阻態(tài)；在光線較亮?xí)r，光敏電阻呈低阻態(tài)，光敏電阻通常都工作于直流或低頻狀態(tài)下。如圖2-6所示光控電路由光敏電阻器RG，電阻器R5和CD4011中的D1組成。 圖2-6 光控電路工作原理如下：在黑暗狀態(tài)下光敏電阻RG呈高阻態(tài)，電路通過(guò)R5在光敏電阻RG形成高電平。當(dāng)同時(shí)有聲音信號(hào)時(shí)，經(jīng)過(guò)CD4011的一個(gè)與非門(mén)D1使后級(jí)電路工作。當(dāng)有足夠的光通量照射在光敏電阻上時(shí)，其電阻值突然降得很低，既光敏電阻兩邊就的電壓就很小，即不能形成高電平，使其后級(jí)電路不能工作。4.5采用555時(shí)基電路的簡(jiǎn)易長(zhǎng)延時(shí)電路本電路和一般的定時(shí)電路相比是通過(guò)在555時(shí)基電路的5腳處加了一個(gè)二極管VD1，

17、使得定時(shí)時(shí)間延長(zhǎng)的特點(diǎn)。其電路圖如圖2-7所示。 圖2-7 555時(shí)基電路的簡(jiǎn)易長(zhǎng)延時(shí)電路圖 555時(shí)基電路的簡(jiǎn)易長(zhǎng)延時(shí)原理：555電路選用LM555等時(shí)基集成電路。二極管VT1、VT2選用4148型硅開(kāi)關(guān)二極管。電阻器R1、Rt選用RTX1/4W型碳膜電阻器，電容器Ct選用電解電容器，繼電器K可根據(jù)用電設(shè)備的需要選擇。當(dāng)按下SB時(shí)，12V的電源通過(guò)電阻器Rr向電容器Cr充電，使得6腳的電位不斷升高，當(dāng)6腳的電位升到5腳的電位時(shí)，電路復(fù)位定時(shí)結(jié)束。由于在5腳串上了一個(gè)二極管VD1使得5腳電位上升，因此比一般接法（懸空或通過(guò)小電容接地）具有了更長(zhǎng)時(shí)間的定時(shí)。綜合以上兩種延時(shí)電路可知采用RC振蕩延

18、時(shí)電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所需元件數(shù)量少，工作流程簡(jiǎn)單，而采用555時(shí)基電路延時(shí)相對(duì)比較復(fù)雜，且555時(shí)基電路延時(shí)長(zhǎng)，這樣在日常生活中當(dāng)人路過(guò)聲光控?zé)艉鬅粢廊粫?huì)延時(shí)較長(zhǎng)時(shí)間才息滅，所以選取RC振蕩電路做延時(shí)電路。4.6整機(jī)電路及工作原理組成綜合以上各單元電路的選取可以組合成如圖2-8所示整機(jī)電路圖。 圖2-8聲光控開(kāi)關(guān)節(jié)能燈控制電路原理圖工作原理：聲光控延時(shí)開(kāi)關(guān)的電路原理圖如圖2-8所示。電路中的主要元器件是使用了數(shù)字集成電路CD4011，其內(nèi)部含有4個(gè)獨(dú)立的與非門(mén)D1D4，使電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠性高。結(jié)合圖2-8可知聲音信號(hào)(腳步聲、掌聲等)由駐極體話筒BM接收并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)C1耦合到VT的基極

19、進(jìn)行電壓放大，放大的信號(hào)送到與非門(mén)(VD1)的2腳，R4、R7是VT的偏置電阻，C2是電源濾波電容。為了使聲光控開(kāi)關(guān)在白天開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，即燈不亮，由光敏電阻RG等元件組成光控電路，R5和RG組成串聯(lián)分壓電路，夜晚環(huán)境無(wú)光時(shí)，光敏電阻的阻值很大，RG兩端的電壓高，即為高電平期間t=2R8C3，改變R8或C3的值，可改變延時(shí)時(shí)間，滿足不同目的。D3和D4構(gòu)成兩級(jí)整形電路，將方波信號(hào)進(jìn)行整形。當(dāng)C3充電到一定電平時(shí)，信號(hào)經(jīng)與非門(mén)D3、D4后輸出為高電平，使單向可控硅導(dǎo)通，電子開(kāi)關(guān)閉合；C3充滿電后只向R8放電，當(dāng)放電到一定電平時(shí)，經(jīng)與非門(mén)D3、D4輸出為低電平，使單向可控硅截止，電子開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，完成一次完

20、整的電子開(kāi)關(guān)由開(kāi)到關(guān)的過(guò)程。二極管VD1VD4將220V交流進(jìn)行橋式整流，變成脈動(dòng)直流電，又經(jīng)R1降壓，C2濾波后即為電路的直流電源，為BM、VT、IC芯片等供電。五、發(fā)明前景 使用說(shuō)明：本作品具備傳統(tǒng)節(jié)能燈的基本功能，使用方法簡(jiǎn)單，只需接上220V市電即可點(diǎn)亮燈杯，設(shè)計(jì)功率為3W18W，適合大多公共場(chǎng)合的照明應(yīng)用。本LED節(jié)能燈設(shè)計(jì)的擴(kuò)展功能包括：聲控、光控、程控和遙控，傳統(tǒng)節(jié)能燈基本不具有以上功能。 推廣前景：本LED節(jié)能燈采用模塊化設(shè)計(jì)方法，包括LED驅(qū)動(dòng)模塊、充電管理模塊和控制模塊；最大程度上節(jié)約設(shè)計(jì)成本。選用進(jìn)口的超低光衰超亮光芯的LED燈珠，保證2W燈的有效照明亮度可達(dá)到普通節(jié)能燈11W2U的發(fā)光強(qiáng)度，燈珠使用壽命50000小時(shí)，符合“十一五”城市綠色照明工程規(guī)劃綱要，“十二五”能源規(guī)劃也指出低碳技術(shù)將成新增長(zhǎng)點(diǎn)，該產(chǎn)品的研發(fā)與產(chǎn)品開(kāi)發(fā)具有重大意義和實(shí)際推廣價(jià)值。 市場(chǎng)分析：該LED節(jié)能燈的接口設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)白熾燈、節(jié)能燈兼容，安裝簡(jiǎn)單。系統(tǒng)的抗干擾能力強(qiáng)。適用于學(xué)校、醫(yī)院、大型建筑等的樓道或公共場(chǎng)所，其簡(jiǎn)約型可用于家庭照明，其智能控制技術(shù)應(yīng)用