声光触摸控制楼道灯的设计与制作

摘 要
声光触摸控制楼道灯控制器的设计与制作，声光双控延时开关是适用于各种楼道的一种自动控制电路。能自动控制白天断开开关、夜晚受到声响触发时亮灯、人走灯灭。具有反应灵敏、性能较稳定、耗能低、使用寿命长等特点和优点。在此所介绍的这种楼道的自动开关电路,集合了声控、光控、触控和延时等几种控制电路；基于工作稳定、节能和使用寿命长的特点和优点。即在白天或有强光的情况下即便有大振动、大声响也能控制灯不亮;而在夜晚或弱光的情况下因声响触发而灯自动亮起,持续约10秒钟(时间可设定)后自动熄灭。本次设计所选用的控制芯片为STC89C52，用于光敏对声敏的控制（即白天或光线较强的场合不管受到多大的声响触发都不会亮灯），但触摸控制可控制整个电路的亮灭。本设计课题的研究适用于很多场合，如：楼道、公共厕所等作为照明电路。本文设计并阐述了简单的声光触摸控制楼道灯开关的制作。可选择的适合器件为：声敏传感器、光敏传感器和触控传感器作为基本元件。光敏二极管、声敏传感器和触摸传感器三种传感器组成了声控、光控和触摸三种控制的电路。根据制图原理及布局原则完成了电路板的制作。实现了对照明灯电路的三种控制，即实现了灯的控制。
【关键词】传感器 声控 光控 触摸 节能
abstract
Sound and light touch control of corridor lamp controller design and fabrication, sound and light control delay switch is suitable for all kinds of building an automatic control circuit. Can automatically control the day disconnect switch, night sound triggering lights, people go the lights. With responsive, stable performance, low power consumption, long life and other characteristics and advantages. Introduction of the automatic switching circuit of the corridor, combination of sound, light, touch, and delay control circuits; based on job stability, features and benefits of energy saving and long life. During the day or even with light vibration, noise can also control lights do not light up; at night or low light situations due to a sound trigger a lamp lit for about 10 seconds (time setting) automatically goes out. The design chosen by the control chip for STC89C52, for a photo-sensitized controls (that is, the day or light triggered strong occasion no matter how much noise will not light), but touch controls to control the entire circuit is on or off. The design of the subject of study for many occasions such as: public toilet in the corridor, such as lighting circuits. Designed and elaborated a simple corridor lights touch control switch with sound and light production. For devices that can be selected for: acoustic sensors, light sensors and touch sensor as the basic units. Photosensitive diodes, sensors and touch sensor formed of th

ree sensors sound control, light control and touching three control circuits. Principles according to the drawing and layout completed circuit boards production. Implements the control lamp circuit of three kinds of control, namely lamp control.
[Key words] voice sensor light touch energy-saving
1绪论
科学技术作为人类世界不断向前发展的主要指标，在科技发展的同时也越来越走进人们的生活，自从电灯的问世以来，人们大感生活质量的提高的同时也开始对节能这一意识有了更加深入的了解，并且明朗了对此的重要性。对于节能，人们总会下意识的想到公共场所，公共场所和居民居住区的公共楼道普遍使用机械手动开关,由于各种方面的原因常常出现许多灯泡点亮长明的现象,使得灯泡使用寿命短,浪费能源,为国家、单位、个人造成经济损失。此外，由于频繁手动开关或者其他外部因素，使得手动开关的损坏率很高，不仅加大了工作量、还浪费能源和经济，而且容易埋下事故的隐患。基于这个原因，如果能设计并且研制出一种这样的电路：新颖、安全节电、结构简单、安装方便的声光双控照明灯节能自动开关就显得相当有必要了。能使公共场所的照明灯即在白天或有强光的情况下即便有大振动、大声响也能控制灯不亮;而在夜晚或弱光的情况下因声响触发而灯自动亮起,持续约10秒钟(时间可设定)后自动熄灭。如此方便又省电，在以往并不是没有这种类型的的自动开关研制及使用，只是在技术层面上就要稍弱于现今的科技，以往的设计大多都是应用模拟电子技术来进行设计的，这种设计于现在来讲分立元件较多，线路错综复杂。而如今，单片机技术更是有了长足的进步，比起以往成熟很多，使用的单片机可以设计出更多功能性能的逻辑门开关，电路设计好后，可对其编程相应的程序来实现人们所设想的功能，简洁灵便，编程简单。
在本次设计中拟采用电压比较的保护技术，做到能消除照明灯被开启的瞬间电流冲击，能很好地避免可控元件在启动时的电流过载，不仅大大地延长了电路中各元器件的使用寿命，而且也能起到对照明灯的保护作用。
2设计流程
2.1设计内容
对于本课题的研究和设计这么一个自动双控照明灯电路，即在白天或有强光的情况下即便有大振动、大声响也能控制灯不亮;而在夜晚或弱光的情况下因声响触发而灯自动亮起,持续约10秒钟(时间可设定)后自动熄灭。，但触摸控制可控制整个电路的亮灭。本设计课题的研究适用于很多场合，如：楼道、公共厕所等作为照明电路。即方便节能又可延长照明灯的使用寿命，对于现代人们的生活方式而言，是一种发展的趋势，也是必然的选择。
本次设计

想要能做到并很好的实现所设想的几种功能。即在白天时无论是否有声音，灯都不能被点亮，而在夜晚当有声音产生时，灯被点亮，并且灯亮可以持续一些时间足够的让人通过。
所设计的电路大体可分为五个模块：电源模块，光控电路模块，声控电路模块，延时控制电路模块和被控制模块（即灯）。电源模块为整个电路提供稳定的直流电源，使之可供驱动三极管，单片机STC89C52和灯。光控电路模块和声控电路模块即分别为光敏传感器和声敏传感器。声控电路这一芯片可将声波信号转变为电路能识别的电信号；光控电路芯片能将光照的强弱转变为电压的大小或有无，声波转变的电信号与电压的改变声音二者一同控制芯片。对于输入信号的改变与处理是主控芯片STC89C52。对于二者改变的相应处理后，就递到下一级电路即延时电路芯片。延时电路的芯片是必须在已经经过处理了的信号的模块下工作，即为延时电路固然起到延时的效果。输出模块即（灯）在声光信号经过相应的芯片模块出处理并且在这几个模块的协同作用下工作，实现预设效果，目的达成。
根据电路原理和目的要求来做具体的工作步骤：选择适合的元器件、绘制电路原理图、印刷PCB图、做电路板、焊接好元器件、调试直至完成。
2.2设计方案
系统的总框图如图2.2所示。本课题所选择的方案是以STC89C52单片机作控制核心，而设计的声、光、触摸控制的全自动开关控制器，此控制器有如下主要硬件电路核心：电源电路、声控电路，光控电路、延时电路及灯控电路。由该系统的方框图可以看出，声控电路和光控电路将外界的声音信号和光信号送到延时控制电路进行处理，而后将这些已经被转变后的信号传送到输出电路（即灯电路）以达到控制照明灯的效果。

图2.2系统总框图
然而要计以上原理框图的控制电路，得拟决以下三个问题：第一是对明灯的制（在现实中是由全国统一居民用电220V来供电，在此我们仅用几个1.5V的电池来模拟，当然也可转接电脑的USB接口来模拟。）第二点是光系统的控制，要
让此系统在白天，即便有声响也能保持电路处于断开状态。第三点就是声控系统了，在夜晚当有声音产生时，灯被点亮，并且灯亮可以持续一些时间足够的让人通过。综上所述的原因以及设计的要求和目的，本次设计的总体方案大体如是。
2.3 电路的工作原理
2.3.1电源电路
电源电路拟采用三个1.5V的电池直流供电（当然也设置排线以转接电脑的USB接口。）如图2.3.1所示.采用直接通电的方式。
图2.3.1电源电路
2.3.2声控原理
声控电路如图2.3.2（a）所示。主要由

声敏传感器和几个电阻电容组合而成，将连续不断的声音信号通过信号放大电路（如图2.3.2（b）所示）转变成电信号的形式输送到逻辑门电路进行处理。而声控电路和声音感应放大电路组合成声控原理图（如图2.3.2（c））。
图2.3.2（a）声控电路
图2.3.2（b） 声音感应放大电路
图2.3.2（c） 声控原理图
如图2.3.2（c）中三极管和几个电阻以及可变电容器组成了单稳态放大电路。电阻R21为三极管提供了基极电流；这个电流是由三极管的集电极上的电阻C10亏过来的。形成了一个简单的单稳态放大电路，只要一个状态并且够稳定是这种放大电路的特点。电路在没有声音信号输入时相当于开路，而一旦有声音信号的输入，电路就会将声音信号放大，从而继续输送到下一级的电路，即延时控制电路。
2.3.3光控原理
光敏二极管（GM1）的性质是：在白天或有强光的情况下电路相当于开路，在夜晚或弱光的情况下，电路通路即相当于处于闭合状态。光信号也要受到逻辑门电路（延时控制电路）的控制，相与或者非的门电路取决于有光或无光时。
之所以这样设计，是为了直接实现光控功能。以上也已经说明过在白天不管有多大声响灯也不会亮，所以在电路正常工作下也可以将光控这一控制作为电路的总开关。如图2.3.3所示
图2.3.3光控原理图
2.3.4延时电路
延时电路实际上也就是一个逻辑门电路，由于声光控主要用到7和14引脚，控制电路的相与或者非门，如图2.3.4所示。由74HC00设计的可重复触发的单稳态逻辑门电路，电路初始处于输出低电平即LED熄灭状态，在有光的情况下，电路一直保持低电平状态不变。而在夜晚无光且受到声响触发后输出状态立即发生改变，变成高电平，LED灯亮，电路进入到暂稳态状态，延时一段时间后，与之连接的LM393电压比较器在对比输入信号前后的电压变化来判断并作出相应的处理。此处主要设计通过LM393电压比较器的电压变化来控制光敏二极管的电阻变化，从而实现对LED灯亮灭时间长短进行控制。
图2.3.4延时电路
2.3.5 LED灯电路
灯电路这部分即是整个电路的显示效果，三极管稳流，二极管主要起保护LED灯的作用，如图2.3.5所示。
图2.3.5灯电路
3主要元器件的介绍
3.1 驻极体话筒
驻极体话筒形状图如图3.1所示。驻极体话筒 具有体积小、电声性能好、结构简单、价格低等优点及特点，用途范围广，但主要适用于电路的声控系统。
是一款属于最常用的电容话筒。由因为阻抗高，，所以得另设一个转换器作以阻抗的变换，

场效应管是最适合的选择。如此驻极体话筒才能正常工作于直流电压的状态下。其工作电压通常在1.5V~12V。
图3.1驻极体话筒
3.2光敏电阻
光敏电阻的结构如图3.2所示。光敏电阻有几种别称：光敏二极管，或者光导管，主要由半导体的硫化物铝、硒等材料制作而成，因为这些硫化物都有一些相同的特性，那就是其电阻值可随光照的变化而变化。基于这个特点，通常被用来作为光电的转换器件。其工作原理是 基于内光电效应。
图3.2光敏电阻
3.3电压比较器
本次采用的是LM393电压比较器，如图3.3所示。LM393是高增益,宽频带器件，如大多数比较器一样，输出负载电阻能衔接在可允许电源电压范围内的任何电源电压上，不受 Vcc端电压值的限制.此输出能作为一个简单的对地SPS开路(当不用负载电阻没被运用)，输出部分的陷电流被可能得到的驱动和器件的β值所限制.当达到极限电流(16mA)时，输出晶体管将退出而且输出电压将很快上升。
图3.3电压比较器
如下图所示，LM393电压比较器的引脚接线图：1脚逻辑门电路的7脚和14脚，2脚接上Q1三极管的基极和和和变电热器的一端，3脚接上可变电容器的滑片，4脚接地，8脚接电源。
LM393引脚接线图
. 3.4逻辑门电路
逻辑门电路采用HD74HC芯片，如图3.4所示。实现最基本和最常用的逻辑运算的电子电路，叫做逻辑门电路。 在数字电路中，所谓“门”电路其实就是只能实现其基本逻辑关系的一种电路。所谓门其实就像是一个开关，它能且只能按照一定的信号条件去控制信号的可通过或者不予通过。门电路的输入和输出这两者之间存在着一定的逻辑关系(即因果关系)，所以门电路才又称之为逻辑门电路。最基本的逻辑关系为“与”、“或”、“非”三种，与之相应的最基本的逻辑门是“与门”、“或门”、和“非门”。而在逻辑门中，高、低电平可以分别代表逻辑上的“真”与“假”或者二进制当中的1和0。
图3.4逻辑门电路
3.5单片机
本次设计拟采用的控制芯片是STC89C52单片机，如图3.5所示。STC89C52RC是一种低功耗、高性能的控制芯片，具有 8K个字节系统的可编程Flash存储器。具有传统51单片机不具备的一些功能。它还具备以下标准功能：8k字节的Flash，512字节的RAM，32位I/O串口线，以及看门狗定时器，内置4KBEEPROM，MAX810的复位电路。
图3.5单片机
如下图所示，STC89C52单片机的引脚接线图：1脚接上逻辑门电路的2脚，8脚接上5脚，9引脚RST是接收口接上复位电路，10脚和11脚分别是RXD和TXD，这两个串口是下载串口