声光双控照明延时电路

第二章 总体电路设计及其原理说明
2.1设计要求
2.1.1 总体要求
整个电路由电源电路、放大电路、声控电路、光控电路及延时电路等部分组成。
（1）当白天或夜晚光线较亮时，整个电路由光控部分控制，声控部分不起作用。光控电路对外界光亮程度进行检测，输出与光亮程度相对应的电压信号，从而实现白天灯泡不亮。此时即便有声音，灯泡也不亮。
1.2本文的主要工作
1.2.1 研究目标
在了解555、光敏三极管、可控硅等基础上，研究声光双控路灯电路，并对电路进行理论和可行性分析，使研究具有一定的理论水平与使用价值。
1.2.2 研究内容
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,由于各种原因往往出现许多灯泡点亮长明的现象,故使灯泡寿命短,浪费电量,为国家、单位、个人造成经济损失。另外，由于频繁开关或其他人为因素，墙壁开关的损坏率很高，既增大了维修量、浪费了资金，又容易造成事故隐患。因此，设计研制一种电路新颖、安全节电、结构简单、安装方便的声光双控白炽灯节能自动开关显得相当有必要。使公共场所和居民居住区的公共楼道灯在白天时不亮，晚上闻声自亮，待人走后，几十秒后自动关闭，既方便，又省电。以往的声控开关大多都是应用模拟电子技术进行设计，分立元件多，不可靠。
总体方案如图2.1.1所示：
图2.1.1流程图
2.1.2声控电路
声控电路的主要原理：根据声学和电子学的原理，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电路应具有以下功能：
（1）能在声音的控制下实现电路的导通与截止。
（2）声音的发出应是多方面的如脚步声，物体打击声等。
第1章：绪论：主要介绍本课题的研究背景及意义、研究目标及研究内容
第2章：总体电路设计及其原理说明：主要介绍本课题的设计要求以及总体电路的设计
第3章：单元电路设计与分析：介绍各个单元电路的结构以及功能，其中包括：电源设计、声控部分电路设计、光控部分电路的设计、延时处理部分电路的设计以及参数计算
第4章：电路仿真与PCB图制作：利用PROTEL绘制出电路图，最后生成PCB图。
（3）响应时间应越短越好。
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电路控制电路的前端，同时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。
摘
本文阐述了简单的声、光同时控制的路灯电路的制作。该电路能自动控制白天开关、夜晚亮灯、人走灯灭。具有灵敏、低耗、性能稳定、使用寿命长、节能等特点。选择声敏传感器、光敏传感器作为基本元件。综合了声、光和延时控制、工作稳定、节电并可延长灯泡寿命。光敏传感器,声控传感器两种传感器形成了声控、光控两种控制的电路。利用布局和布线规则完成了电路板的制作。实现了电子开关的两种控制，实验结果实现了灯的控制。
在本设计中介绍了声光控路灯控制器的组成、性能，适用范围及工作原理，给出各电路原理图及元件参数选择，节电效果十分明显，同时也大大减少了维修量、节约了资金，使用效果良好。白天光照好，不管过路者发出多大声音，都不会是灯泡发亮。夜晚光暗，电路的拾音器只要检测到有碎发声响，就会自动亮为行人照明，过几分钟后又自动熄灭，节能节电。
（2）当光线较暗时，光控部分将开关自动打开，光敏三极管的基极处于高电平状态，高电平再次放大使得三极管的集电极极为低电平，555的复位端接收到高电平，同时声音信号从MIC输入，经三极管放大输入到555的输入端，触发555的输出高电平触发可控硅导通，使电源部分导通，灯亮。负载电路的通断同时受控于声控部分和光控部分。电路是否接通，取决于光照的强度以及声音信号强度。当光照和声强达到一定程度时，电路自动接通，点亮白炽灯，并开始延时，延时时间到，开关自动关断，等待下一次信号。
（1）整流桥简介
整流桥就是将整流管封在一个壳内了.分全桥和半桥.全桥是将连接好的桥式整流电路的四个二极管封在一起.半桥是将两个二极管桥式整流的一半封在一起,用两个半桥可组成一个桥式整流电路,一个半桥也可以组成变压器带中心抽头的全波整流电路,选择整流桥要考虑整流电路和工作电压.
整流桥堆一般用在全波整流电路中，它又分为全桥与半桥。全桥是由4只整流二极管按桥式全波整流电路的形式连接并封装为一体构成的，图是其外形。全桥的正向电流有0.5A、1A、1.5A、2A、2.5A、3A、5A、10A、20A、35A、50A等多种规格，耐压值（最高反向电压）有25V、50V、100V、200V、300V、400V、500V、600V、800V、1000V等多种规格。
（2）电路图及原理
根据电源结构图设计出具体的电源电路，如图所示：
图桥D2,D3,D4,D5和滤波电容C2组成，交流220V输入，经R3(220KΩ)降压，经D2,D3,D4,D5整流桥全波整流，C6（220μF）大电解电容滤波，滤波后得到纹波较大的直流信号，然后D7与C8对此信号进行稳压，稳压后得到+9V的电压，为电灯控制电路提供了工作电压。
根据本文安全、实用、廉价的特点，其电源的设计结构如下：
图3.1.1电源设计流程
3.1.2
因为IC555的供电电压为直流4.5~16V，而我们用家用的交流220V供电。所以需要降压、整流。因为整流后的波形纹波很大，所以需要滤波。滤波后得到较平滑的直流，给IC555供电不稳定，需进一步稳压。此电源比一般简单的稳压电路更使用，成本更低，使用寿命更长。
（2）当光线较暗时，负载电路的通断受控于声控部分。声控电路主要将声音信号转变为电信号，且电路是否接通，取决于声音信号的强度。当声强达到一定程度时，电路自动接通，点亮灯泡。
（3）灯泡点亮后，延时电路控制延时36秒，当延时时间到，再等待下一次声音信号触发。
（4）此外，电路带强切功能，在特殊情况下强制切断。
（3）灯亮一定时间以后，自动熄灭且可自动延时。延时电路使用555定时器实现其延时功能。555定时器是一种将数字功能和模拟功能集为一体的中规模集成电路。它的结构比较简单，使用却非常灵活，也很方便，可以用它构成多谐波振荡器、施密特触发器和施密特触发器等。用555定时器构成的各种电路，都是通过定时控制，实现信号的产生与变换，从而完成其他控制功能。
（2）驻极体话筒的结构
话筒的基本结构由一片单面涂有金属的驻极体薄膜与一个上面有若干小孔的金属电极（背称为背电极）构成。驻极体面与背电极相对，中间有一个极小的空气隙，形成一个以空气隙和驻极体作绝缘介质，以背电极和驻极体上的金属层作为两个电极构成一个平板电容器。电容的两极之间有输出电极。由于驻极体薄膜上分布有自由电荷。当声波引起驻极体薄膜振动而产生位移时；改变了电容两极版之间的距离，从而引起电容的容量发生变化，由于驻极体上的电荷数始终保持恒定，根据公式：Q=CU所以当C变化时必然引起电容器两端电压U的变化，从而输出电信号，实现声—电的变换。驻极体话筒体积小，结构简单，电声性能好，价格低廉，应用非常广泛。驻极体话筒的内部结构如图3.2.1所示。由声电转换系统和场效应管两部分组成。它的电路的接法有两种：源极输出和漏极输出。源极输出有三根引出线，漏极D接电源正极，源极S经电阻接地，再经一电容作信号输出；漏极输出有两根引出线，漏极D经一电阻接至电源正极，再经一电容作信号输出，源极S直接接地。所以，在使用驻极体话筒之前首先要对其进行极性的判别。
半导体光敏元件是基于半导体光电效应的光电转换传感器，又称光电敏感器。采用光、电技术能实现无接触、远距离、快速和精确测量，因此半导体光敏元件还常用来间接测量能转换成光量的其他物理或化学量。半导体光敏元件按光电效应的不同而分为光导型和光生伏打型（见光电式传感器）。光导型即光敏电阻，是一种半导体均质结构。光生伏打型包括光电二极管、光电三极管、光电池、光电场效应管和光控可控硅等，它们属于半导体结构型器件。半导体光敏元件的主要参数和特性有灵敏度、探测率、光照率、光照特性、伏安特性、光谱特性、时间和频率响应特性以及温度特性等，它们主要由材料、结构和工艺决定。半导体光敏元件广泛应用于精密测量、光通信、计算技术、摄像、夜视、遥感、制导、机器人、质量检查、安全报警以及其他测量和控制装置中。常见光敏元件有：光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管等。
本电路为一声光自动控制白炽灯开关。白天或夜晚光线较亮时，光控部分将开关自动关断，声控部分不起作用。当光线较暗时，光控部分将开关自动打开，负载电路的通断受控于声控部分。电路是否接通，取决于声音信号强度。当声强达到一定程度时，电路自动接通，点亮白炽灯。这样，通过对环境声光信号的检测与处理，完成对白炽灯的控制。论文共有4章，其具体内容如下：
因此，在设计时不仅须考虑方案的可行性、稳定性，还必须充分考虑元器件的灵敏度，尤其是光敏元件必须选择灵敏度高的，这样电路的功能才能较容易实现。
2.1.4延时电路
延时电路的主要原理：利用电子计数器的原理实现定时功能。
延时电路的构成方案一般有三种：
（1）硬件构成；
（2）软件构成；
（3）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；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，通过编程设定不同的延时常数，而由硬件控制定时过程，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。
关键词：自动控制；节能；声控电路；光控电路；延时电路
第一章 绪论
1.1课题研究背景及意义
在学校、机关、厂矿企业等单位的公共场所以及居民区的公共楼道，长明灯现象十分普遍，这造成了能源的极大浪费。另外，由于频繁开关或者人为因素，墙壁开关的损坏率很高，增大了维修量、浪费了资金。随着电子技术的发展，尤其是数字技术的发展，用数字电路技术实现灯的自动发亮、节能节电、延长灯的寿命变得越来越重要，而且贴近我们的实际生活。同时，为了加强我们对模拟电子技术合数字电子技术的理解合巩固，所以设计的课题是声光控制路灯的设计，设计了一种电路新颖、安全节电、结构简单、安装方便、使用寿命长的声光双控白炽灯节能路灯。