电子技术课程设计报告楼道节能灯课程设计

河南机电高等专科学校

电子技术课程设计报告

设计课题:楼道节能灯课程设计

一、设计题目

楼道节能灯课程设计

二、设计任务

1）了解系统的工作原理。

2）掌握普通晶闸管的工作原理和应用。

3）通过课程设计培养学生自学能力和分析问题、解决问题的能力。

4）通过设计使学生具有一定的计算能力、制图能力以及查阅手册、使用国家技术标准的能力和一定的文字表达能力。

三、设计计划

第一天查找资料

第二天分析电路图设计

第三天利用元件构成实物

第四天完成课题报告

四、设计要求

1）复习课本，收集查阅资料，选定设计方案；

2）主电路、保护电路选择与计算；

3）触发电路选择与计算；

4）绘制电气框图（3号图一张），电气原理图（2号图一张）；

5）对主要元器件进行计算选择，列写元器件的规格及明细表；

6）设计总结及改进意见

摘要

光控灯和声光控灯是居家照明的重要组成部分（如楼道、卫生间、小巷等），它们的出现使我们的生活方便许多，既可避免摸黑找开关造成的摔伤碰伤，又可杜绝楼道灯有人开、没人关浪费能源的现象。

介绍了用三极管和与非门芯片实现光控灯和声控灯的原理，重点介绍了二者的实现方法和具体细节，及制作过程中遇到的问题和相应的解决方案。

关键词：光控灯、声控灯、光敏电阻、麦克风、导通、截至、

引言

声光控集声控、光控、延时自动控制技术为一体,内置声音感应元件,光效感应元件,

白天光线较强时，受光控自锁，有声响也不通电开灯；当傍晚环境光线变暗后，开关自动

进入待机状态，遇有说话声、脚步声等声响时，会立即通电,亮灯，延时半分钟后自动断

电；能延长灯泡寿命6倍以上，节电率达90％。

二者都为人们的日常生活提供诸多方便。

本文的主要内容包括：

通过模拟电子技术的学习，提出了一种基于晶体三极管工作状态的系统设计方法，结

合光敏电阻的随着外部环境的阻值改变的特性，给出光控灯的设计方案，在此基础上结合

数字电子技术的优点，引入拾音器将声控功能加如其中，同时实现声控和光控，以下给出

了二者详细的设计过程，包括软件设计、软件仿真，以及测试和实验结果。

第一章概论

1.1课题研究的目的

随着社会不断进步，科技发展，声光双控节电灯逐步走进社会各个公共角落，声光双控节电灯不仅适用于住宅区的楼道，而且也适用于工厂、办公楼、教学楼等公共场所，它具有体积小、外形美观、制作容易、工作可靠等优点，适合于各种楼房走廊的照明设备。用声光控延时开关代替住宅小区的楼道上的开关，在天黑以后，当有人走过楼梯通道，发出脚步声或其它声音时，楼道灯会自动点亮，提供照明，当人们进入家门或走出公寓，楼道灯延时几分钟后会自动熄灭。在白天，即使有声音，楼道灯也不会亮，它解决了“长明灯”浪费电能的问题，延长灯泡的使用寿命，安全性好，可靠性高。该装置省去了能耗大、笨重、极易产

生热量的电源变压器，具有结构简单、自耗电轻微、性能稳定、灵敏度高、通用性强，降低能耗、节约能源的目的。

1.2课题研究的意义

通过本课题的研究，加强了自己的动手能力，巩固了对所学知识的认知。通过本次试验我们设计了一种比较节能的声光双控灯，不仅使自己学习到了知识，而且也为社会做出了贡献。

第二章基本原理

2.1声光双控节能灯基本原理

声控灯是一种声控电子照明装置，由音频放大器、选频电路、延时开启电路和可控硅电路组成。它提供了一种操作简便、灵活、抗干扰能力强，控制灵敏的声控灯，它采用人发的声音控制信号，即可方便及时地打开和关闭声控照明装置，并有防误触发而具有的自动延时关闭功能，并设有手动开关，使其应用更加方便。声控灯由话筒、音频放大器、选

频电路、倍压整流电路、鉴幅电路、恒压源电路、延时开启电路、可控延时开关电路、可控硅电路组成。

MIC是一种声电转换器。电路中LM3900构成电压比较放大器。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。当压电陶瓷片未接收到声音时，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脚则保持低电平，继电器开关K保持断开状态，照明电路断开。

当压电陶瓷片接收到声音时，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脚接收到一个低电平时，555定时器3脚则输出一定时间的高电平，使三极管T导通，继电器开始工作，继电器开关K闭和，照明电路接通。照明持续一段时间后，555定时器3脚变为低电平，继电器开关K关断，照明电路断开。

2.2 555电路基本原理

集成定时器555电路，是一种数字、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，二者的结构和工作原理类似。二者的逻辑功能和引脚排列完全相同，易于互换。

555电路的引脚排列图如图2.1所示。555电路构成，单稳态触发器，如图2.2所示。输出电压Vo的脉宽t=RCln3，555定时器内部电路见图2.3所示。

图2.1 555定时器引脚排列图

图2.2 单稳态触发器

2.3 555定时器内部结构

2.3 声控电路基本原理

要解决这个问题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；而太弱电路结构复杂也难以实现，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，必须对其进行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。。

555 +5V

6 7 2

3 4 8 V O 1 5 R 200K C 100uF 0.01uF

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能在声音的控制下实现电路的导通与截止，声音的发出应是多方面的如脚步声物体打击声等，响应时间越短越好等功能。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。

2.4 光控电路基本原理

在这一问题如今也以得到了较好的解决，光敏元器件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精确，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，外加电源也是不可忽视的，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。

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，只要电信号强度达到一定程度将触发触发器使其导通工作。光控照明电路其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，不但要尽量使电路结构简化，而且要使电路功能强，功能的实现要可靠稳定。

2.5 延时电路基本原理

延时电路原理是利用了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，即硬件构成，软件构成和软硬相结合构成。

对于由硬件构成的定时器，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结束后能发出一个结束信号，控制电路是否继续工作下去。

所以前述声控，光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

对其进行改进有三种方案可行：①声控延时；②光控延时；③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行分析。

第三章电路设计分析

该电路由电源电路、声电转换及放大电路、单稳态延时电路和光控电路组成。为了

确保用电安全，220V交流市首先经过1：1 隔离变压器，隔离变压器的初、次绕组级之

间没有电的联系，次级任一线与大地之间没有电位差，所以人接触任一线不会触电。但

如果同时接触两线也会触电。电路总体框架：

3.1 电源电路

电源电路由C1、Rl、VD、VS及C2组成。交流市电经C1电容降压，VD整流，VS稳压，再由C2滤波后供给整个电路工作。电路采用电容降压，与使用变压器相比，不但缩小了体积，杜绝了噪声，而且也减小了电路能耗。

3.2 声控电路

在本次试验设计中我重点做了声控方面的实验和研究，在选择器材的时候我经过研究比较最终选用了HTD烟点陶瓷片作为声电转换器材。

压电陶瓷片是一种结构简单、轻巧的电声器件，因具有灵敏度高、无磁场散播外溢、不用铜线和磁铁、成本低，耗电少、修理方便、便于大量生产等优点而获得了广泛应用。适合超声波和次声波的发射和接收，比较大面积的压电陶瓷片还可以运用检测压力和振动，工作原理是利用压电效应的可逆性，在其上施加音频电压，就可产生机械振动，从而发出声音。如果不断对压电陶瓷片施加压力它还会产生电压和电流。

压点陶瓷片有两种检测方法，第一种方法是将万用表的量程开关拨到直流电压2. 5V挡，左手拇指与食指轻轻捏住压电陶瓷片的两面，右手持万用表的表笔，红表笔

接金属片，黑表笔横放陶瓷表面上，然后左手稍用力压一下，随后又松一下，这样在压电陶瓷片上产生两个极性相反的电压信号，使万用表的指针先向右摆，接着回零，随后向左摆一下，摆幅约为0.1一0.15V，摆幅越大，说明灵敏度越高。若万用表指针静止不动，说明内部漏电或破损。切记不可用湿手捏压电片，测试时万用表不可用交流电压挡，否则观察不到指针摆动，且测试之前最好用R×l0k挡，测其绝缘电阻应为无穷大。第二种方法是用R×10k挡测两极电阻，正常时应为∞,然后轻轻敲击陶瓷片，指针应略微摆动。

根据换能器的功能压电陶瓷片大体上按照发射型,接收型,收发型来选用陶瓷,分别对应pzt8,pzt5,pzt4，参数主要包括：d33,Fr,Fp,D,Cp0。陶瓷片的用量根据功率极限来算，一

般为0.3W/kHz/cm^3，厚度要根据响应或者灵明度来选取。

我们设计的声电转换及放大电路由HTD、V1、V2等组成。声控元件采用压电陶瓷片HTD，它对猝发声响极为敏感，作为声--电换能元件。它将声响信号转换为相应的电信号后，通过C3耦合至V1、V2组成的直耦式双管放大器进行放大。该放大器由R2、RPl提供偏流，调节RP1，可改变放大器的增益，用以控制声控灵敏度。R4为直流负反馈电阻，用来稳定工作点。C4为交流旁路电容，用以补偿放大器的交流增益，R3为放大器的输出直流负载电阻，放大后的负脉冲信号经C5去触发单稳态延时电路，达到控制负载的目的。

3.3 单稳态延时电路

单稳态延时电路由555时基集成电路、R6与C6组成延时回路。稳态时，555集成块3 输出端为低电平，当其2脚触发端得到一负脉冲触发信号时，电路即进入暂态，输出端3脚立刻翻转为高电平、触发双向晶闸管VT导通，灯泡EL发光。此后，电源经R6向C6充电，当C6端电位升至约2/3VCC电路又自动回复到初始稳定状态，3脚恢复低电平。此时，可控硅因失去触发电路而关断，灯泡熄灭，控制电路暂态结束，进入稳态，等待下一次触发脉冲。

图中R5和RP2组成分压电路，为集成块的触发端提供一个开门阈值电平，调节RP2，使触发端2脚的电压略大于 1/3Vcc，迫使3脚输出低电平。当2脚一旦出现负脉冲信号时，单稳态电路即动作，适当调节RP2，也可改变控制灵敏度。

3.4光控电路

光控电路由555时基集成电路、V4、晶闸管等组成。在白天，由于光照度较强，V4的e-c间呈低阻态，为V3提供了一个较大的偏置电流，使其饱和导通。此时，V3的集电极即555集成块的强制复位端4脚被强制为低电平，555集成块处于复位状态，使其输出端3脚恒为低电平，双向晶闸管因无触发电流而关断，灯泡EL不亮。因此，白天不管声控信号如何增强，555集成块的3脚始终为低电平，VTH关断，达到白天停止照明的目的。晚间，由于光线明显减弱，V4因无光照而使e-c间呈高阻状态，使V3截止，555集成块强制复位端4脚为高电平，555集成块退出复位状态，电路可受控制。改变R9的值，可以控制光控灵敏度。

电路设计图及所需元器件清单

元器件名称数量备注

555定时器 1 NE555

555定时器 1 NE555

C1涤纶电容器 1 0.47K uf

1 100 uf

C2.C6电解电

容器

心得体会

通过这次课程设计我学到了很多东西，尤其是做好一件事实在是不容易，特别是在准备不足的情况下，更是难上加难。幸运地是在课程设计过程中我得到了广大老师和同学的帮助，特别是得到了张娓娓老师的分析与讲解！他严谨的治学态度和对问题的分析方法以及解决问题方法，使我一生受用！同时我也学会了怎么在浩瀚如海的大堆资料里搜集自己所需要的东西，怎样与人沟通去完成一件事。

然而我也看到了自身地不足，专业知识不是很过硬，缺乏对问题地分析能力,还有自己知识储备的不足,使得搞课程设计时,不知从何处下手. 因此

从现在开始我要认真地学好专业知识以及其他相关知识，充实自己。

通过此次电子设计锻炼了我的创作能力，用所知的知识设计了自己的电子产品，加深了对模拟电路和数字电路的了解和利用。但由于自己知识水平有限，没有使用更合理技术，设计出更好的作品。设计的作品缺陷是电路复杂，但能比较精确的控制时间。

参考文献

1．电力电子变流技术王廷才主编机械工业出版社

2．晶闸管变流技术应用图集或电力电子技术应用电路王文郁主编机械工业出版社

3．电力电子变流技术曾芳主编西安电子科技大学出版社

4．电类专业课程设计指导张华主编机械工业出版社

5. C语言应用程序设计（第三版）马忠梅北京航空航天大学出版社

6.《电路分析基础》俎云霄电子工业出版社

7.《计算机电路基础》张虹电子工业出版社

8. 《电路基础(第3版)》高歌清华大学出版社