聲光控照明燈設(shè)計

..目錄TOC\o"1-2"\h\z\u1.前言12總體方案設(shè)計22.1總體設(shè)計目的22.2方案比擬22.3方案選擇33.各模塊電路設(shè)計53.1電源電路設(shè)計53.2聲控電路設(shè)計63.3光控電路設(shè)計63.4延時電路設(shè)計73.5主要元件介紹84.仿真調(diào)試結(jié)果114.1仿真調(diào)試結(jié)果114.2聲光控制燈優(yōu)缺點及改良方法125．總結(jié)146．參考文獻15附錄16附錄I:電路原理圖16附錄II:proteus仿真圖171.前言照明燈是我們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚碾娖?，也正因為這樣通過照明燈造成的對電力資源的浪費日益嚴重，設(shè)計一款既方便我們?nèi)粘Ｉ钫彰饔帜芄?jié)約資源的照明燈非常有必要，這也是此次設(shè)計的目標——超聲波照明控制器，能實現(xiàn)需要照明時燈點亮，在人走了之后燈自動熄滅的功能。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的開展，越來越多的高科技節(jié)能產(chǎn)品出現(xiàn)在我們生活的方方面面，聲控?zé)?、光控?zé)羰蔷蛹艺彰鞯闹匾M成局部，光控?zé)羰怯晒饪亻_關(guān)和LED燈組合而成。聲控?zé)粲甥溈孙L(fēng)，放大電路和LED燈組成。在地球資源日漸衰竭的今日，環(huán)保、節(jié)能是當(dāng)今各產(chǎn)業(yè)開展的重心，尤其是需要消耗大量電力的照明產(chǎn)業(yè)，基于此目的的研發(fā)工作更是趨向環(huán)保、節(jié)能的特性上著眼。因此，開發(fā)新型高效、節(jié)能、壽命長、環(huán)保的電路對居家照明節(jié)能具有十分重要的意義。由此聲控、光控LED燈的諸多優(yōu)點在現(xiàn)在正逐漸取代傳統(tǒng)的照明設(shè)備，是照明產(chǎn)品的新興光源，有「綠色照明」光源之稱，未來將光輝耀眼，開展?jié)摿o限。聲控、光控LED具有節(jié)能、體積小、發(fā)熱量低、壽命長、耗電量小、反響速度快、易控制等眾多優(yōu)點，極大的滿足了人們?nèi)粘Ｉ畹男枰?，因此十分被燈飾業(yè)者看好。用聲光控延時開關(guān)代替住宅小區(qū)的樓道上的開關(guān)，只有在天黑以后，當(dāng)有人走過樓梯通道，發(fā)出腳步聲或其它聲音時，樓道燈會自動點亮，提供照明，當(dāng)人們進入家門或走出公寓，樓道燈延時幾分鐘后會自動熄滅。在白天，即使有聲音，樓道燈也不會亮，可以到達節(jié)能的目的。聲光控延時開關(guān)不僅適用于住宅區(qū)的樓道，而且也適用于工廠、辦公樓、教學(xué)樓等公共場所，它具有體積小、外形美觀、制作容易、工作可靠等優(yōu)點，適合于各種樓房走廊的照明設(shè)備。2總體方案設(shè)計2.1總體設(shè)計目的此次設(shè)計主要目的是為了解決照明燈〔比方路燈、樓道燈、公共用燈等〕在使用過程中造成的資源浪費問題，設(shè)計到達的功能是，在白天時照明燈不工作，在夜晚光線低到一定強度時，當(dāng)有人經(jīng)過時照明燈自動點亮，當(dāng)人走之后照明燈自動熄滅，實現(xiàn)全自動控制的功能，此外，此過程中要有一定的延時。要到達這些功能有多種實現(xiàn)方案，下面介紹兩種方案。2.2方案比擬方案一利用超聲波實現(xiàn)照明控制MC14528控制的延時電路MC14528控制的延時電路超聲波接收電路照明電路超聲波發(fā)射電路光敏控制電路圖2-1超聲波照明控制器原理圖如圖2-1所示，超聲波發(fā)射電路發(fā)射出超聲波信號，通過同類型得接收頭收到信號后，由超聲波接收電路處理，然后將處理過后的信號輸入到MC14528所組成得控制電路中，同時，光敏控制電路也接入MC14528所組成的控制電路中，它的主要作用是為了使照明電路白天光線強時不工作，而晚上或者光線比擬弱時正常工作，當(dāng)晚上工作時，MC14528控制電路能夠?qū)艄馄鸬窖訒r和亮度調(diào)節(jié)的作用，我們通過一個固態(tài)繼電器將MC14528控制電路和照明電路連接起來，當(dāng)有人通過的時候，固態(tài)繼電器能被導(dǎo)通工作，從而，照明電路工作。方案二:聲光控照明電路聲控電路聲控電路光控電路延時電路電源電路照明電路圖2-2聲光控照明電路原理框圖電路采用聲光兩級控制照明電路。照明燈開關(guān)對光線強弱的感應(yīng)控制照明燈的第一級開關(guān)，對聲強的感應(yīng)控制第二級開關(guān)。對于聲強的監(jiān)測是利用MIC的特性，即當(dāng)其接收到足夠的光強時，在其中會產(chǎn)生一個為脈沖波，從而把聲信號變?yōu)殡娦盘?，通過對聲強信號的處理可得一個電平信號，為控制電路準備。延時控制功能通過555定時器構(gòu)成的可重復(fù)觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)電路來實現(xiàn)。光信號的感應(yīng)通過光敏三極管來實現(xiàn)，使得光控電路在光強時輸出低電位，光弱時輸出高電位。將光控電路的輸出作為555定時器的復(fù)位端輸入。將聲控輸出端作為延時電路的輸入，從而可以實現(xiàn)在光線強的情況下，即使有足夠強的聲信號，照明燈電路也不工作。而在光線弱的情況下，可以通過聲信號來控制照明。在日常生活中，節(jié)電節(jié)能。2.3方案選擇方案一和方案二都能實現(xiàn)照明控制的功能,方案一采用超聲波更加準確的感應(yīng)人們的來去,從而控制燈是否點亮。方案二采用聲光控從感應(yīng)的準確的來說不及方案一準確，但是采用超聲波控制要求的技術(shù)更為復(fù)雜，本錢較高，而采用聲光控制照明燈本錢較低，安裝相對容易，因此本次設(shè)計我選擇的是方案二采用聲光控制照明。利用聲控，光控電路將聲音信號，光信號轉(zhuǎn)化為電信號，其中的運放LM358將收到的信號放大，用NE555構(gòu)成的施密特觸發(fā)器對波形進展整形，使其輸出為方波，用74HC123單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器控制延時時間，接LED發(fā)光二極管，從而實現(xiàn)整個電路的設(shè)計?？偟碾娐返脑O(shè)計是將聲控放大電路、光控電路、NE555構(gòu)成的施密特觸發(fā)器和74HC123構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器組合起來，這樣即可以實現(xiàn)聲控、光控、波形整形和延時的功能。3.各模塊電路設(shè)計在設(shè)計中，整個電路由電源電路，放大電路，處理電路〔聲控電路、光控電路〕及延時電路等局部組成。光敏控電路對外界光亮程度進展檢測，輸出與光亮程度相對應(yīng)的電壓信號。從而實現(xiàn)白天燈泡不亮晚上遇到聲響時，通過聲控電路使燈泡自動點亮，聲控電路主要將聲音信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，從而要實現(xiàn)自動控制，延時電路聲音消失后延長一段光照時間。必要時可加一個手動開關(guān)，以增強電路的實用性。這次課程設(shè)計主要用了74HC123、LM358和NES555三個集成器件，發(fā)光二極管，光敏電阻，駐極體話筒以及一些根本電路元器件。3.1電源電路設(shè)計圖3-1電源電路原理圖圖3-1的原理：直接從電網(wǎng)供電，通過變壓器電路、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路將電網(wǎng)中的220V交流電轉(zhuǎn)化為+12V的直流電壓。電路中變壓器的常規(guī)鐵心變壓器，整流電路采用二極管橋式整流電路，C1、C2、C3和C4完成濾波功能，穩(wěn)壓電路采用三端穩(wěn)壓集成電路來實現(xiàn)。3.2聲控電路設(shè)計圖3-2聲控電路圖聲控?zé)舭糌撦dRL、光敏電阻、話筒MIC及

聲控電路，燈負載RL與光敏電阻串接后與電源相連，話筒將聲音信號轉(zhuǎn)換成電信號，聲控電路通過聲音信號控制光敏電阻的導(dǎo)通狀態(tài)，其特征在于，所述聲控電路包括電源局部，諧振放大局部及觸發(fā)器，電源局部通過電容降壓、整流及穩(wěn)壓提供聲控電路所需的直流電壓，諧振放大局部包括多極三極管放大，話筒接在第一級放大三極管的基極上并由電容耦合一個由電感和電容構(gòu)成的振蕩電路接在末級放大三極管的基極上，放大后的信號影響觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)，并最終控制可控硅的控制極的電位。3.3光控電路設(shè)計圖3-3光控電路圖當(dāng)白天光照充分時，光敏電阻阻值很小，LM358分壓很小，NE555電路4引腳為低電平有效，此時不管輸入為高或低，NE555輸出端直接復(fù)位為0，此時發(fā)光二極管負端為高，因此無論有聲還是沒聲燈都不會亮。當(dāng)光線不充足時，光敏電阻阻值很大，LM358的3腳分壓大，故電壓比擬器反相輸入，輸出為高電平，NE555的直接復(fù)位端無效。這時假設(shè)有聲音信號通過駐極體話筒輸入，通過電容濾波后輸入LM358聲控放大電路，經(jīng)放大后輸入NE555，NE555輸出OUT由低變?yōu)楦撸?4HC123接收到信號，輸入到74HC123單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，此時發(fā)光二極管負端為低，燈會亮，亮?xí)r延遲時間為脈沖寬度。聲音信號消失，經(jīng)過一定的延時后燈會自動熄滅。3.4延時電路設(shè)計圖3-4延時電路原理圖R和C為定時元件。沒有加觸發(fā)信號時，Ui為高電平。接通電源后，VCC經(jīng)R對電容C進展充電，當(dāng)電容C上的電壓UC≥2/3VCC時，輸出Uo=0。與此同時電容C通過放電端迅速放完電，Uc=0.部的的RS觸發(fā)器的兩個輸入信號都為高電平1，保持0狀態(tài)不變。所以，在穩(wěn)定狀態(tài)時，Uo=0

當(dāng)輸入電平≤1/3VCC時，觸發(fā)進入暫穩(wěn)態(tài)，輸出為高電平1

單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出的脈沖寬度tw為暫穩(wěn)態(tài)的時間。3.5主要元件介紹3.5.1LM358介紹LM358里面包括有兩個高增益、獨立的、部頻率補償?shù)碾p運放，適用于電壓圍很寬的單電源，而且也適用于雙電源工作方式，它的應(yīng)用圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運放的地方使用。NE555引腳圖介紹如下：1地

GND

2觸發(fā)

3輸出

4復(fù)位

5控制電壓

6門限7放電

8電源電壓Vcc

LM358原理圖和引腳圖如圖3-5圖3-5LM358芯片圖3.5.274HC123介紹74HC123是單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。其

RxCx

(7,15)

和

Cx

端

(6,14)

接定時的電阻和電容,

即決定觸發(fā)后

Q

端產(chǎn)生的單脈沖寬度.

Rbar

(3,11)

是低電平復(fù)零,

不作復(fù)零時為高電平。Abar

(1,9)

是下降沿觸發(fā)輸入端,

通過

Abar

用負脈沖觸發(fā),

不用時保持高電平.

B

(2,10)

是上升沿觸發(fā)輸入端,

通過

B

用正脈沖觸發(fā),

不用時置低.。Q

(5,13)

與

Qbar

(4,12)

分別輸出正負定時單脈沖。74HC123單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。它有兩種輸入，A為低電平有效，B為高電平有效。有兩種輸出，正好相反。用外接的電阻電容作定時元件，時間自己定，比74LS電路易用。

單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74HC123及外圍電路來實現(xiàn)該功能。74HC123為雙可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)，其輸出脈沖的寬度主要取決于定時電阻R與定時電容C，脈寬的計算為電容值與電阻值的乘積即：WP=R′C，在實際設(shè)計中R=5kW，C=80pF，輸出脈寬為400ns、幅度約5V。脈沖快沿放大與射極跟隨輸出電路，主要作用是對整形與展寬后的觸發(fā)脈沖進展加速和放大，以便得到有較高幅度和較快上升沿的脈沖信號去觸發(fā)場效應(yīng)管。圖3-674HC123實物圖3.5.3NE555定時器集成定時器555電路，是一種數(shù)字、模擬混合型的中規(guī)模集成電路，應(yīng)用十分廣泛。它是一種產(chǎn)生時間延遲和多種脈沖信號的電路，由于部電壓標準使用了三個5K電阻，故取名555電路。其電路類型有雙極型和CMOS型兩大類，二者的構(gòu)造和工作原理類似。二者的邏輯功能和引腳排列完全一樣，易于互換。555定時器由3個阻值為5kΩ的電阻組成的分壓器、兩個電壓比擬器C1和C2、根本RS觸發(fā)器、放電三極管TD和緩沖反相器G4組成。虛線邊沿標注的數(shù)字為管腳號。其中，1腳為接地端；2腳為低電平觸發(fā)端，由此輸入低電平觸發(fā)脈沖；6腳為高電平觸發(fā)端，由此輸入高電平觸發(fā)脈沖；4腳為復(fù)位端，輸入負脈沖〔或使其電壓低于0.7V〕可使555定時器直接復(fù)位；5腳為電壓控制端，在此端外加電壓可以改變比擬器的參考電壓，不用時，經(jīng)0.01uF的電容接地，以防止引入干擾；7腳為放電端，555定時器輸出低電平時，放電晶體管TD導(dǎo)通，外接電容元件通過TD放電；3腳為輸出端，輸出高電壓約低于電源電壓1V—3V，輸出電流可達200mA，因此可直接驅(qū)動繼電器、發(fā)光二極管、指示燈等；8腳為電源端，可在5V—18V圍使用。圖3-7NE555芯片圖3.5.4光敏電阻

光敏電阻器是利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)制成的一種電阻值隨入射光的強弱而改變的電阻器；入射光強，電阻減小，入射光弱，電阻增大。光敏電阻器一般用于光的測量、光的控制和光電轉(zhuǎn)換〔將光的變化轉(zhuǎn)換為電的變化〕。常用的光敏電阻器硫化鎘光敏電阻器，它是由半導(dǎo)體材料制成的。光敏電阻器的阻值隨入射光線〔可見光〕的強弱變化而變化，在黑暗條件下，它的阻值〔暗阻〕可達1~10M歐,在強光條件〔100LX〕下，它阻值〔亮阻〕僅有幾百至數(shù)千歐姆。光敏電阻器對光的敏感性〔即光譜特性〕與人眼對可見光〔0.4~0.76〕μm的響應(yīng)很接近，只要人眼可感受的光，都會引起它的阻值變化。設(shè)計光控電路時，都用白熾燈泡〔小電珠〕光線或自然光線作控制光源，使設(shè)計大為簡化。圖3-8光敏電阻4.仿真調(diào)試結(jié)果4.1仿真調(diào)試結(jié)果在proteus程序中將聲控電路，光控電路，延時電路與NE555定時器，74HC123連接.由于protues中沒有駐極性話筒無法產(chǎn)生脈沖信號，于是只好入一信號發(fā)生器代替話筒產(chǎn)生脈沖信號，當(dāng)輸出正弦波模仿有聲時狀態(tài)，斷開正弦波來模仿無聲時的狀態(tài)。利用示波器來檢測聲音是否輸入。應(yīng)用LM358集成電路的5腳和6腳作為輸入，7腳作為輸出接成聲控放大電路，2腳和3腳作為輸入，1腳作為輸出接成光控電路。將NE555電路2引腳和6引腳連在一起使其具有施密特觸發(fā)器功能，后一并與接成放大電路的LM358集成塊7引腳相連，NE555電路控制端4引腳與接成放大器電路的LM358集成塊1引腳相連。將74HC123可重復(fù)觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的1引腳與NE555電路輸出端相連，2、3引腳與電源高電平相連，4腳接發(fā)光二極管和電阻。

電路的延時功能表達在單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的波形整理功能及連接在其14和15引腳的電容與電阻的適當(dāng)組合上，選擇150K歐及47uF電容串聯(lián)方式，經(jīng)計算其延時時間約為5秒。74HC123為可重復(fù)觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，只要是在無光有聲的情況下給聲音信號，燈就會亮。要使LM358的聲控放大電路的放大倍數(shù)為30～50，即,可選用4.7K、150電阻。要使LM358的2腳和5腳的電壓為一樣，必須選用兩對阻值一樣的電阻，這里在5引腳選用4.7K，在2引腳選用1K。要使延時時間為5s，選用150的電阻和47uF的電容，即在14腳和15腳間接入47uF的電容，在47uF電容和5v電壓之間加一個150k電阻。

當(dāng)光線充足時，光敏電阻阻值很小，LM358的3腳分壓小，電壓比擬器輸出1腳為低電平。NE555電路4引腳為低電平有效，此時不管2腳和6腳輸入為高或低，OUT輸出端直接復(fù)位為0。74HC123的1腳和2腳也為低，其Q端輸出也為低，Q端為高電平，發(fā)光二極管負端為高，因此無論有聲還是沒聲燈都不會亮。當(dāng)光線不充足時，光敏電阻阻值很大，LM358的3腳分壓大，故電壓比擬器反相輸入，輸出為高電平，NE555的直接復(fù)位端4腳無效。這時假設(shè)有聲音信號通過駐極體話筒輸入，通過電容濾波后輸入LM358聲控放大電路，經(jīng)放大后輸入NE555的2腳和6腳，正弦波形被施密特變換為反相矩形波。NE555的2腳和6腳輸入大于的電壓，3腳輸出OUT由低變?yōu)楦撸?4HC123的1腳和接收到一個上升沿脈沖，輸入到74HC123單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器后再次經(jīng)波形變換，Q端產(chǎn)生一個上升沿脈沖。由于LED接入74HC123的Q引腳，故其在Q引腳是一個下降沿脈沖，此時發(fā)光二極管負端為低，燈會亮，亮?xí)r延遲時間為脈沖寬度。聲音信號消失，Q端上升沿維持5s后燈會自動熄滅。圖4-1夜晚有聲仿真圖總結(jié):此次設(shè)計到達了預(yù)期的目的,大體上能夠?qū)崿F(xiàn)我們所需要的白天照明燈不亮,夜晚光線較暗時實現(xiàn)人來燈亮,人走燈滅的效果。根本實現(xiàn)了自動化的路燈控制，既方便又節(jié)約用電。但是，本設(shè)計雖然在細節(jié)方面還存在著缺乏之處,電路對聲音信號的接收不是很敏感，有時聲音小時電路不能接收到聲音信號，導(dǎo)致照明燈不能及時工作。同時電路不能對照明燈的亮度進展調(diào)節(jié)，希望下次能加以改良。4.2聲光控制燈優(yōu)缺點及改良方法4.2.1優(yōu)缺點優(yōu)點：樓梯間手拉開關(guān)都換成聲控，既省事又節(jié)約電，居民發(fā)出聲音,

自動燈和多功能應(yīng)急燈,完全實現(xiàn)人到燈亮,人走燈滅，多功能消防應(yīng)急燈更有多種工作模式可供用戶選擇。光源和控制器及電源變換均一體化設(shè)計,不須安裝任何其它開關(guān),控制器通過感應(yīng)聲音信號啟動光源,使用非常方便。本文作品可代替住宅小區(qū)樓道上的開關(guān),天黑有人走過樓梯通道時，當(dāng)有腳步聲或其它聲音時，樓道燈會自動點亮，提供照明，當(dāng)人們進入家門或走出公寓，樓道燈延時幾分鐘后會自動熄滅。在白天,即使有聲音,樓道燈也不會亮，可以到達節(jié)能的目的。聲光控延時開關(guān)不僅適用于住宅區(qū)的樓道，而且也適用于工廠、辦公樓、教學(xué)樓等公共場所，它具有體積小、外形美觀、制作容易、工作可靠等優(yōu)點，是人們現(xiàn)代生活的首選。缺點：人們上下樓為了"點〞燈，不是拍手、跺腳、唱歌，就是吹口哨、怪叫、咳嗽。發(fā)出很多的噪音，然而聲音小了燈又不會亮，影響了居民的休息。光敏電阻感光非常靈敏，當(dāng)白天影子投在光敏電阻上有聲響時燈同樣會亮。改良的方法

1.可采用能將聲音信號大小控制在某一圍才能導(dǎo)通的聲敏電阻制成的駐極體話筒或其他更加智能化的電子元件。2.可采用不那么靈敏的光敏電阻，只有當(dāng)光照強度下降到某一程度時，其阻值才會下降很多。3.還可以加一個調(diào)節(jié)照明燈亮度的功能，讓聲光控?zé)舾訉嵱谩?．總結(jié)在這次課程設(shè)計中，我學(xué)會了電路的分析、設(shè)計，proteus軟件的使用，自己獨立查閱資料完成一項完整的工作的能力。雖然時間很短，但是它卻是一個將我以前所學(xué)的好多容融會貫穿的一個過程。在這次的學(xué)習(xí)過程中，我感觸頗豐。課程設(shè)計會遇到很多我們還未涉足過的理論知識，所以我們還要重新學(xué)起，通過這次課程設(shè)計，讓我對所用到的器件有了進一步的了解，對樓道聲光控?zé)舻脑碛辛烁畹牧私?，學(xué)會了分析、運用自己所學(xué)習(xí)的知識來完成自己的設(shè)計。以前做實驗時，只知道如何連接，并不明白其部構(gòu)造及工作原理，本次設(shè)計讓我自己去查閱有關(guān)課題的一些