聲光控照明節(jié)電開關設計

1、目錄摘要1第1章緒論2第2章整體設計方案3第3章單元電路設計53.1聲控電路設計53.2整流電路6倍壓整流電路6橋式整流電路73.3光控電路設計73.4電子開關83.5延時電路9第4章整機電路設計11第5章電路仿真13結語15致謝17參考文獻18附錄一整機電路圖19附錄二元器件清單表20摘要為了適應發(fā)展，更好的鍛煉自己，使理論和實踐更好的結合，根據(jù)學校指示在之際，做了這次畢業(yè)設計。畢業(yè)設計是高職教學過程中一個十分重要的環(huán)節(jié)，是鍛煉學生運用所學知識正確分析解決實際問題的一個重要方面，也是高職培養(yǎng)應用型專業(yè)人才的要求。我們本著一切從實出發(fā)的方針，嚴肅認真，獨立思考，自己動手，實事求是的態(tài)度完成畢業(yè)

2、設計。在指導老師的大力幫助下運用自己所學知識做了這個設計。這次設計充分體現(xiàn)了學院“篤學、崇德、尚能”的思想。社會的進一步發(fā)展，各式各樣的燈層出不窮，為了防止公物損壞，節(jié)約用電，設計了各種控制燈，本次設計的系統(tǒng)實用性強、操作簡單。例如公共場所和居民居住區(qū)的公共樓道普遍使用機械手動開關，由于各種原因往往出現(xiàn)許多燈泡點亮長明的現(xiàn)象，故使燈泡壽命短，浪費電量，為國家、單位、個人造成經(jīng)濟損失。另外，由于頻繁開關或其他人為因素，墻壁開關的損壞率很高，既增大了維修量、浪費了資金，又容易造成事故隱患。因此，設計研制一種電路新穎、安全節(jié)電、結構簡單、安裝方便的聲控走廊燈節(jié)能自動開關顯得相當有必要。使公共場所和居

3、民居住區(qū)的公共樓道燈在白天時不亮，晚上聞聲自亮，待人走后，幾十秒后自動關閉，既方便，又省電。關鍵詞信號放大；光電開關；聲控電路；光控電路；延時電路第1章緒論科技的進步使電燈的樣式、種類以及對燈的控制方式千變?nèi)f化，隨著社會的發(fā)展，資源的大量開采，能源在逐漸的減少，所以我們要建立起節(jié)約能源的意識，電能的節(jié)約首當其沖，而電燈的使用最為普遍，所以設計一種自動控制燈開關的電路是非常必要的，聲控燈開關就是其中的一種。聲控電路已成為人們?nèi)粘Ｖ胁豢扇鄙俚谋仨毱?，它不需要開關，當有人經(jīng)過時會自動的亮；廣泛應用于走廊、樓道招待所等公共場所，給人們的生活帶來及大的方便。因此，得到了廣泛的應用。聲光控電路是聲音和光控

4、制電路工作的電子開關。它將聲音（如跺腳）和光轉(zhuǎn)化為電信號，經(jīng)放大、整形，輸出一個開關信號去控制各種電器的工作，在自動控制工業(yè)電器和家用電器方面有著廣泛的用途。由于本電路應用于人們的日常生活中，所以，起到很大的作用。該電路在設計時應用了仿真軟件，來進行仿真然后才確定下來的，雖然用的僅僅是EWB軟件，但是在論文中也上比較有特色的，能夠使人們在不知不覺感受到方便。公共場所和居民居住區(qū)的公共樓道普遍使用機械手動開關，由于各種原因往往出現(xiàn)許多燈泡點亮長明的現(xiàn)象，故使燈泡壽命短，浪費電量，為國家、單位、個人造成經(jīng)濟損失。另外，由于頻繁開關或其他人為因素，墻壁開關的損壞率很高，既增大了維修量、浪費了資金，又

5、容易造成事故隱患。因此，設計研制一種電路新穎、安全節(jié)電、結構簡單、安裝方便的聲光雙控白熾燈節(jié)能自動開關顯得相當有必要。使公共場所和居民居住區(qū)的公共樓道燈在白天時不亮，晚上聞聲自亮，待人走后，幾十秒后自動關閉，既方便，又省電。聲控燈在光線充足時，任你發(fā)出多大的聲音都不亮 ；但在黑夜，輕輕一聲它就發(fā)出了亮光，這是由于聲控燈含光控電路，以防止其在光線足夠的時候不工作，所以聲控燈的控制盒是聲、光同時控制的，在光亮度能達到的情況下，燈不會亮。你可以做一個小實驗，你可以用手遮擋聲控開關的光控原件然后在發(fā)出聲音，燈就會亮了。聲控走廊燈白天呈關閉狀態(tài)，夜晚聽到聲響時自動發(fā)光，具有節(jié)能的優(yōu)點，因此我們選擇了這個

6、課題。第2章整體設計方案聲光控照明節(jié)電開關主要是根據(jù)聲光控電路和延時電路來控制燈泡的亮與滅和時長，現(xiàn)在電子產(chǎn)品的日益更新，電路也越來越多，根據(jù)電路的設計提出了以下兩種方案。方案一：聲光控照明節(jié)電開關電路方框圖如圖2-1所示。圖2-1聲光控照明節(jié)電電路方框圖聲光控電路電子開關延時電路照明電路交流開關電源工作原理：當此周圍有聲音信號時，MIC將聲音信號接收后經(jīng)聲控電路放大，再經(jīng)整流電路轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘杺魅牍饪仉娐分?。當有光照照在光控電路中的光敏電阻上時，其阻止變小，對直流控制電壓衰減很大，導致電子開關處于截止狀態(tài)。這時延時電路將不會工作，使單向可硅管處于截止狀態(tài)，燈泡不亮。當沒有光時延時電路工作，使

7、單向可硅管導通，同時控制交流開關，燈泡亮。方案二：聲光控照明節(jié)電開關電路方框圖如圖2-2所示。聲音轉(zhuǎn)換放大處理輸出延時執(zhí)行機構聲源圖2-2聲控照明節(jié)電電路方框圖電源本電路為一聲光自動控制白熾燈開關。白天或者夜晚光線較亮時，光控部分將開關自動關斷，聲控部分不起作用。電路主要由555集成電路和聲控專用集成電路BH-SK-I組成。白天或者夜晚光線較亮時，光控部分將開關自動關斷，聲控部分不起作用。當光線較暗時，光控部分將開關自動打開，負載電路的通斷受控于聲控部分。電路是否接通，取決于聲音信號強度。當聲強達到一定程度時，電路自動接通，點亮白熾燈，并開始延時，延時時間到，開關自動關斷，等待下一次聲音信號觸

8、發(fā)。聲控照明電路的主要原理：是利用了聲學和電子學的原理即用聲音傳感器將聲音信號換成電信號從而推動觸發(fā)器觸發(fā)使電路導通工作?？紤]到電源的穩(wěn)壓性能，和器件的價格，結構簡單，安裝方便，適用性強。根據(jù)對比采用方案一進行電路設計。聲光控電路電子開關延時電路照明電路交流開關電源第3章單元電路設計根據(jù)選定方案，該電路由話筒、聲控電路、整流電路、光控電路、電子開關、延時和交流開關七部分電路組成。3.1聲控電路設計電路如圖3-1所示。當MIC獲取到聲音信號后，將會轉(zhuǎn)化成電信號，經(jīng)過C1耦合出來的信號將由三極管VT1放大，而在本電路中為了獲得較高的靈敏度，三極管VT1的值選用大于100，更利于信號放大。而三極管V

9、T1要實現(xiàn)這個功能必須滿足基極電壓為高電位，集電極為低電位才會導通。圖中的R1主要是起到分壓限流的作用，R2、R3分別是給三極管VT1提供基極偏置和集電極偏置。所以，其中R1、R2、R3不宜過小，否則電路容易產(chǎn)生間歇震蕩。三極管VT1放大后的電信號將從集電極流入下級單元電路。3.2整流電路在本次單元電路設計中有兩個整流電路，一個是由電容和二極管組成的倍壓整流電路，一個是橋式整流電路。而其中兩個整流電路分別起到的作用有所不同。倍壓整流電路由電容和二極管構成的倍壓整流電路電路如圖3-2所示。C21uFVD2IN4148IN4148VD1C30.1uF圖3-2倍壓整流電路R4300k二極管最明顯的性

10、質(zhì)就是它的單向?qū)щ娞匦?。我這里選用的VD1和VD2是整流二極管。C2、VD1和VD2、C3構成倍壓整流電路。把聲音信號變成直流控制電壓。工作原理：將聲音放大電路放大后的信號通過C2耦合，將由VD1、VD2整流經(jīng)C3濾波后傳入下級光敏電路中。其中電容C2和C3的作用有所不同，C2起到的耦合作用而C3起到的濾波作用。橋式整流電路由二極管構成的橋式整流電路如圖3-3所示。圖3-3橋式整流電路R951kR1051kVW12VIN4001C6220uF220V50Hz220VVD4VD5VD6VD7VD8這部分整流主要是針對電源的整流。220V交流電通過燈絲，經(jīng)過VD5-VD8整流，將220V的D5D8

11、整流、R9、R10、VD4降壓得到12V-15V的直流脈動電壓，但是這種脈動電壓不夠理想，通過穩(wěn)壓管VW進行穩(wěn)壓，最終獲得的單向、平滑的12V直流脈，保證C6上電壓不超過15V。C6主要起到退藕的作用。此部分電路作用為提供穩(wěn)定的工作電壓。整流電路是利用半導體二極管的單向?qū)щ娦阅馨呀涣麟娮兂蓡蜗蛎}動直流電的電路。3.3光控電路設計核心元件為光敏電阻。它是利用內(nèi)光電效應工作的光電元件，光敏電阻沒有極性，純粹是一個電阻器件，使用時既可加直流電壓，也可以加交流電壓。由于它在光線的作用下其阻值往往變小，因此，光敏電阻又稱光導管。制作光敏電阻的半導體材料，通常采用涂敷、噴涂、燒結等方法在絕緣襯底上制作很薄

12、的光敏電阻體及梳狀歐姆電極，然后接出引線封裝在具有透光鏡的密封殼體內(nèi)，以免受潮影響其靈敏度。光控電路如圖3-4所示。R4300kR54.7kRGM光敏電阻圖3-4光控電路C30.1uFVD2IN4148IN4148VD1C21uFVT29014R710kR6100k工作原理是：當光敏電阻受光照時其電阻率變小，從而造成光敏電阻阻值下降。光照愈強，阻值愈低，相當于導線。當MIC周圍沒有聲音信號時，其各部分都不會工作，燈泡不會亮；當MIC周圍有聲音信號時，聲音放大電路將工作，通過整流將整流后的電信號經(jīng)R4限流后直接短接，不會經(jīng)R5流入三極管VT2中，此時三極管VT2將接收不到信號，處于不工作的狀態(tài)，

13、燈泡同樣不會亮。當光敏電阻在黑暗環(huán)境里，沒有光照時，它的電阻值很高，相當于斷路狀態(tài)。當MIC周圍沒有聲音信號時，同樣各部分電阻路將不會工作，燈泡不會亮；當MIC周圍有聲音信號時，聲音放大電路將工作，此時光敏電阻值很高，不會有信號從其中流過，通過整流將整流后的電信號經(jīng)R4限流后通過R5到達三極管VT2基極，此時三極管VT2基極點位較高，處于導通狀態(tài)。其中電路中R5、R6主要是分壓限流的作用。3.4電子開關電子開關主要是由兩個三極管組成，分別是VT2和VT3，其中VT2為NPN型，VT3為PNP型，兩種管型之間互補直接耦合方式。而電路中只有半導體管和電阻，便于集成。兩個三極管主要是起到開關作用。電

14、子開關電路如圖3-5所示。R710kVT39012VT29014VD3IN4001圖3-5電子開關電路R4300kR54.7kRGM光敏電阻R6100kC4100uFMCR100-8R8240kC50.03uF工作原理：當MIC有聲音信號，光敏電阻沒有光照時，將有信號流入VT2中，然而VT2、VT3組成的電子開關處于打開狀態(tài)，將有信號從VT3集電極流出，流入VD3和C4組成的充電電路中，給C4充電。當光敏電阻有光照時，沒有信號流入VT2中，VT2、VT3組成的電子開關處于關閉狀態(tài)。當MIC沒有聲音信號時電路不會工作。其中VD3與延時電路中的C4組成充電電路，R7為VT2提供集電極偏置，為VT3

15、提供基極偏置。其起到的主要作用是控制延時電路的電容充放電。3.5延時電路延時電路主要是通過控制晶閘管的導通與截止來控制燈泡的亮與滅。晶閘管是晶體閘流管的簡稱即可控硅，它是一種大功率開關型半導體器件。晶閘管具有整流器件的特性，能在高電壓、大電流條件下工作，可控硅作為開關元件的優(yōu)點，屬無觸發(fā)點開關元件，因此使用壽命長。此部分電路如圖3-6所示。R8240kC50.03uFC4100uFMCR100-8圖3-6延時電路VT39012220VR951kR1051kVD3IN4148220V50HzVD5VD6VD7VD8工作原理：晶閘管想要工作必須要在門級加正向電壓時才會導通，在晶閘管處于導通狀態(tài)下時

16、，只有主回路減小到接近于零時，晶閘管才會關斷，所以此電路要達到延遲效果必須要保證晶閘管在一段時間下處于導通狀態(tài)。因此在晶閘管前面加上一個100µF的電容C4進行充放電。而在VT3集電極有電信號傳出時經(jīng)VD3、C4組成的充電電路通過R8把觸發(fā)電壓加到晶閘管MCR控制端才會使其導通。而R8、C5和單向可控制MCR、VD5-VD8組成延時與交流開關控制來決定燈泡的亮與滅。本設計中延時時間t由C4、R8的參數(shù)決定。其時間t的計算：t=RC4=240×103×100×10-6=24s由于需要的燈泡持續(xù)點亮時間并不是很長，大概2、30秒左右，所以考慮用一個電容控制開

17、關的狀態(tài)即可。當MIC周圍有聲音時，無光照時，電子開關打開時，C4連通，即開始充電；電子開關關閉后，C4開始放電。圖中C5作為抗干擾電容，用于消除燈泡在發(fā)光時的抖動現(xiàn)象。第4章整機電路設計根據(jù)單元電路設計圖及電路總體方框圖，得到整機電路圖。整機電路圖如圖4-1所示。圖4-1聲光控照明節(jié)電電路總體電路圖電路有四種工作情況：1無聲音無光時燈泡不亮當聲光控照明節(jié)電開關周圍沒有聲音，光敏電阻無光照時電路處于不工作狀態(tài)，燈泡將不亮。2無聲音有光時燈泡不亮當聲光控照明節(jié)電開關周圍沒有聲音，光敏電阻有光照時電路處于不工作狀態(tài)，燈泡將不亮。3有聲音有光時燈泡不亮當此電路周圍沒有聲音時將不處于不工作狀態(tài)。只有當

18、此電路周圍有聲音時，MIC將聲音信號接收后經(jīng)VT1放大，再經(jīng)整流電路VD1、VD2轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘杺魅牍饷綦娐分?。在光敏電路中光敏電阻RGM有光照上時，其阻值變小，相當于導線的作用，對直流控制電壓衰減很大，導致VT2、VT3、和R7、VD3組成的電子開關處于關閉狀態(tài)，不會有信號流入下級電路中，從而C4中無電荷，使單向可控硅MCR處于截止狀態(tài)，因此燈泡將不亮。4有聲音無光時燈泡亮當此電路周圍有聲音時，MIC將聲音信號接收后經(jīng)VT1放大，再經(jīng)整流電路VD1、VD2轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘杺魅牍饷綦娐分?，當無光照射在光敏電阻RGM時，RGM阻值很大，相當于開路狀態(tài)，對直流控制電壓衰減很小。VT2、VT3、和R7

19、、VD3組成的電子開關導通，使電容C4開始充電。由于充滿電時間很迅速，C4充滿電荷后通過R8把直流觸發(fā)電壓加到MCR控制端，MCR導通，使燈泡點亮。當C4中電荷放至零時，MCR恢復截止狀態(tài)，此時燈泡熄滅。當燈泡點亮過程中有新的聲源出新時，C4會重新充電后重新放電，即重新計算點亮時間。燈泡點亮時長約為30秒左右。如果需要改變燈亮時長，只需要更改C4或者R8的參數(shù)即可。第5章電路仿真打開EectromicsWorkbench，文件-新建-原理圖，在按照圖4-1所示連接電路圖。在電路開始搭建時，發(fā)現(xiàn)EWB中沒有傳聲器，不能直接進行模擬。所以得把傳聲器除去換上了一個220V/2000Hz的正弦交流信號

20、，和電路中的光敏電阻除去，換上一個滑動變阻器來改變其阻值大小，進一步進行仿真操作。接上信號源時，當滑動變阻器的阻值很小時，電路將沒有信號流入下一級，燈泡處于不工作狀態(tài)。如圖5-1所示。圖5-1電路仿真圖接上信號源時，當滑動變阻器的阻值很大時，信號將流入下一級，燈泡處于工作狀態(tài)。如圖5-2所示。圖5-2電路仿真圖結語全文總結：本次畢業(yè)設計給我們帶來了許多的新知識，增強了我們的動手能力，給生活增添了快樂，他同時也告訴我們應該與相互幫助、相互團結的團隊精神。就此產(chǎn)品，是對我們?nèi)陙硭鶎W的知識進行全面的總結，明白了自己學到了什么，還缺少什么，找到自己的不足之處，對我們以后的工作有很大的幫助。畢業(yè)設計是

21、我們學習過程中一個十分重要的環(huán)節(jié)。是鍛煉我們運用所學知識正確分析和解決實際問題的一個重要方面，也是培養(yǎng)應用型轉(zhuǎn)門人才的要求。通過這次的課題研究，我在選題、查閱資料、分析原理、仿真處理以及畢業(yè)設計任務書寫等方面，得到了系統(tǒng)的鍛煉。我對電子產(chǎn)品的開發(fā)持有濃厚的興趣，通過這次畢業(yè)設計也使我學到了很多電路知識、電腦知識以及相關軟件的知識，通過畢業(yè)設計這個過程，鞏固了我的理論知識，并提高了我理論知識運用到實際的能力?？傊?，本次畢業(yè)設計中學到的知識，以及一步步的修改中所需要的耐心等等，得到了很好的鍛煉。本聲光控制節(jié)電開關的設計節(jié)電效果十分明顯，同時也大大減少了維修量、節(jié)約了資金，使用效果良好，方便了人們的

22、日常生活。隨著科學技術的發(fā)展，公共場所照明控制手段也在日新月異地更新，除了聲光控開關外，還有微波感應開關和熱釋遠紅外感應開關。但就目前而言，微波感應開關的抗干擾性能尚不理想，紅外感應開關在性能上較為理想，但安裝復雜，價格也偏高，比較適合在一些管理完善的場所如賓館、大飯店樓道及家庭走廊應用，在普通住宅樓、辦公樓道等場所的照明控制考慮到價格、管理及安裝方便等因素，根據(jù)我國情，可以預計在相當一段時期內(nèi)，聲光控延時開關將是首選的主流產(chǎn)品。結論：此次設計，我雖然僅僅是一個小產(chǎn)品，簡單實用，大大提高了自主思考動手的能力，面臨著就業(yè)，我將充分發(fā)揮我的主觀能動性和在學校學到的一切知識。為母校添光加瓦，為自己的

23、前程奮斗！這次畢業(yè)設計的順利進行，我深刻明白了理論知識與社會實踐相結合的道理，從中得到了以前書本知識所不曾得到的知識。更加明白了如今信息時代電子技能知識的重要性。增強了我對對實際工藝技術、電子技術和設備技術等方面的認識，掌握了分析處理方法，仿真、計算等基本技能的訓練，具有一定程度的實際能力。面對如此激烈的市場競爭體系，只有努力掌握好電子技能知識放可在競爭中立于不敗之地。希望自己以后通過自己的不段努力獲得更多的工藝和電子技術。致謝在設計過程中，我通過查閱大量有關資料，與同學交流經(jīng)驗和自學，并向老師請教等方式，使自己學到了不少知識。在整個項目開發(fā)過程中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了我獨立工作的能力，而且大大提高了動手的能力，