声光控开关原理

实训(论文)说明书

题目：声光控开关设计

院（系）：应用科技学院

专业：电子信息工程

学生姓名：李春铸

学号：0901130119

指导教师：王守华刘洪林

2011年6月24日

摘要：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。所以，设计一个以声光控制的开关控制电灯电路是一个很有必要的，可以节省电源。

在本设计中介绍了一种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，节能节点。

关键字：传感器，声光控制，自动控制

Abstract

In schools, offices, factories and enterprises and other units of public places and residential areas of the public corridor, a long light is widespread, which caused a great waste of energy. In addition, due to frequent switching or man-made, wall switch failure rate is high, increasing the amount of maintenance, waste of money. Therefore, designing a sound and light control switch to control a lamp circuit is necessary, you can save power.

In this design introduces a street light controller, sound and light control the composition, performance, application and operating principle, gives the circuit diagram and component parameters, energy-saving effect is very obvious, while also greatly reducing the amount of maintenance, save money, with favorable results. During the day light is good, regardless of passers-by how much the sound issue, not a bulb light up. Night brightness, the circuit of pickup as long as the detected sound burst, it will automatically light for the pedestrian lighting, a few minutes and then automatically turns off, saving the node.

Key words：Sensors, sound and light control, automatic control

目录

引言 (4)

1总体方案设计 (5)

1.1方案设计 (5)

1.2电路原理分析 (6)

2 电路设计 (8)

2.1所需电子部件清单 (8)

2.2制作与调试 (10)

3总结与心得 (11)

谢辞 (12)

参考文献 (13)

引言

在现代生活中，传感器的作用越来越大。在日常生活中，传感器的应用越来越广泛，而声光控开关就是其中一种应用。声光控开关利用声敏传感器和光敏传感器对声光的敏感而制作而成，具有白天有光而开关打开，晚上有声音开关关闭，从而控制电路的开关，实现电路上灯得关闭，方便，简单，实用。该开关为节电开关，在白天或光线较亮时，节电开关呈关闭状态，灯不亮，夜间或光线较暗时，节电开关呈预备工作状态。当有人经过该开关附近时，脚步声等把节电开关启动，灯亮，延时40~50秒后节电开关自动关闭、灯灭。从而实现比较方便，节能的开关控制电路。

1总体方案设计

1.1方案设计

总电路图：如图一

（图一）总电路设计图PCB设计图，如图二：

（图二）PCB设计图

1.2电路原理分析

上图是该声控照明节电开关电路原理方框，由话筒、声音放大、倍压整流、光控、电子开关、延时和交流开关七部分电路组成。

电路原理：话筒MIC1和VT1、R1~R3、C1组成声音拾取放大电路。为了获得较高的灵敏度，VT1 的β值选用大于100。话筒MIC也选用灵敏度高的。

R3不宜过小，否则电路容易产生间歇振荡，C2、D1和D2、C3构成倍压整流电路。把声音信号变成直流控制电压。R4、R5和光敏电阻R11组成光控电路。

有光照射在R11上时，阻值变小，对直流控制电压衰减很大。VT2、VT3和R7、D3组成的电子开关截止，C4 内无电荷，单向可控硅MCR截止，灯泡不亮。在MCR截止时，直流高压经R9、R10、D4降压后加到C3、CW1（稳压管）上端。C3为滤波电容，CW1为稳压值12~15V的稳压二极管，保证C3上电压不超过15V直流电压。当无光照射R11 时，R11 阻值很大，对直流控制电压衰减很小，VT2、VT3等组成的电子开关导通，D3 也导通，使C4充电。R8、C5和单向可控制MCR、D5~D8 组成延时与交流开关。C4通过R8 把直流触发电压加到MCR控制端，MCR导通，灯泡点亮。灯泡发光时间长短由C4、R8 的参数决定，按图中所给出的元器件数值（R8为22K），发光30秒左右后，MCR 截止，灯熄灭。C5为抗干扰电容，用于消除灯泡发光抖动现象。220V市电经过VD1~VD4组成的桥式整流输出脉动电压,经过R1,VD5,C1降压滤波后,由VS提供11V的稳定直流电压,为控制电路提供电源供给.

静态待机状态下：

BM无信号输入，V1处于静止放大状态，因为C3的隔直作用，V2基极无偏置电压而处于截止状态，导致V3的Vbe为0使得V3也处于截止状态，C4上面无电压，VT的控制极没有提供足够的导通电压，VT处于截止状态，EL没有足够的电流，处于熄灭状态。

当外界光照强度足够时：

RG呈现低阻抗状态，即使短路C3，V2的基极也得不到足够的偏置电压而处于截止状态，导致V3的Vbe为0使得V3也处于截止状态，C4上面无电压，VT的控制极没有提供足够的导通电压，VT处于截止状态，EL没有足够的电流，处于熄灭状态。

当外界光照强度较弱且无声音信号时：RG呈现高阻抗状态，与R7,R8的阻值相比可视作RG为开路状态，但因为C3的隔直作用，V2基极无偏置电压而处于截止状态，导致V3的Vbe为0使得V3也处于截止状态，C4上面无电压，VT 的控制极没有提供足够的导通电压，VT处于截止状态，EL没有足够的电流，处于熄灭状态。

当外界光照强度较弱且有声音信号时： RG呈现高阻抗状态，与R7,R8的阻值相比可视作RG为开路状态。BM输出的音频信号经过V1放大在其集电极产生了幅度极高的音频信号，通过C3耦合，这个放大后的音频信号正极性部分经过R5,R6,R7,R8分压后为V2提供了足够强的基极偏置，V2进入导通状态致使V3进入饱和导通状态，电源通过V3,VD6向C4充电，由于音频信号的频率不会很高而且声音信号有一定的持续时间，C4在这段时间内可以被充满电至10V左右，此时C4通过R10为可控硅VT提供了足够的导通电压，EL获得足够的电流，处于发光状态。当声音信号消失后，由于VD6被反向偏置，C4上的电荷只能通过R10,VT放电，而C4和R10的放电时间常数比较大，VT会保持持续导通，直到C4上的电压不足以使VT导通时，EL恢复到熄灭状态。

根据上述分析，如果要调整该控制器的声音灵敏度，可以通过调整R4

的阻值来实现，当R4的阻值增加，可以降低声音灵敏度，反之则提高声音灵敏度。如果要调整该控制器的光照灵敏度，可以通过调整R8的阻值来实现，当R8的阻值增加，可以提高控制器起作用的光照度，反之则可以降低控制器作用的光照度。R4,R8是独立调整各自的灵敏度而相互影响比较小，如果调整R5和R6的话两个参数的灵敏度都会受到影响而改变。

本电路的EL最大功率限制在于VD1~VD4的最大电流以及VT的最大电流，根据本电路中的器件选择，最大允许电流为1A，所以EL的功率应该限制在220W 以下，为留有余量，EL最好是小于等于100W的。

2 电路设计

2.1所需电子部件清单

1，三极管

常用的三极管有90××系列，包括低频小功率硅管9013(NPN)、9012(PNP)，低噪声管9014(NPN)，高频小功率管9018(NPN)等。它们的型号一般都标在塑壳上，而样子都一样，都是TO-92标准封装。在老式的电子产品中还能见到3DG6(低频小功率硅管)、3AX31(低频小功率锗管)等，它们的型号也都印在金属的外壳上。

三极管符号里，第一部分“3”表示三极管。符号的第二部分表示器件的材料和结构：A——PNP型锗材料；B——NPN型锗材料；C——PNP型硅材料；

D——NPN型硅材料。符号的第三部分表示功能：U——光电管；K——开关管；

X——低频小功率管；G——高频小功率管；D——低频大功率管；A——高频大功率管。另外，3DJ型为场效应管，BT打头的表示半导体特殊元件。

三极管最基本的作用是放大作用，它可以把微弱的电信号变成一定强度的信号，当然这种转换仍然遵循能量守恒，它只是把电源的能量转换成信号的能量罢了。三极管有一个重要参数就是电流放大系数β。当三极管的基极上加一个微小的电流时，在集电极上可以得到一个是注入电流β倍的电流，即集电极电流。集电极电流随基极电流的变化而变化，并且基极电流很小的变化可以引起集电极电流很大的变化，这就是三极管的放大作用。

2、场效应晶体管（Field Effect Transistor缩写(FET)）介绍

一般的晶体管是由两种极性的载流子，即多数载流子和反极性的少数载流子参与导电，因此称为双极型晶体管。而FET仅是由多数载流子参与导电,它与双极型相反,也称为单极型晶体管。它属于电压控制型半导体器件，具有输入电阻高（108～109Ω）、噪声小、功耗低、动态范围大、易于集成、没有二次击穿现象、安全工作区域宽等优点，现已成为双极型晶体管和功率晶体管的强大竞争者。

3、各类电阻、电容、电感、（稳压）二极管和可控硅等。

2.2制作与调试

这个电路是一个比较简单的电路，焊接是并没有什么难度，但是对于每一个作品都要认真的对待，作品的成功与否和付出的焊接是有很大关系的。

设计印刷电路图：在一块4×7cm 面积大小敷铜板设计印刷电路。

制作注意事项：

1. 首先检查你的印刷电路是否设计正确，元器件位置是否安装正确。特别是话筒、二极管、三极管、电容等极性不要装错。

2. 焊接质量尤其重要。焊接时间较长易损坏元器件，焊点处理是否合理，有没有焊接点短路、虚焊、多余管脚是否剪去。

3. 制作过程中必须听从实训老师电子制作安排和要求。遵守纪律，注意用电安全，按照正常规程进行操作。

故障判断：

1. 元器件安装后，通电220v电压检查不正常情况下：检查元器件是否安装正确。

2. 在这种不明确情况下，可以不通交流电，加入8V直流电压到D4阳极，检查各个三极管工作电压。

1) VE = +6.8V（VT3的e极电压）

2) 检查电子开关是否正常。将万用表电压档测可控硅(MCR100-6)阴阳极电压，当短接VT3的e、c极，可控硅(MCR100-6)阳极电压下降为零，说明电子开关电路正常。

3) 检测Mic话筒两端电压约2~3V左右，说明Mic话筒连接正确。再检查R11光敏电阻两端电压值，光照时电压较低，不受光时电压较高，说光控电路工作正常；

4）整体测试将光敏电阻用不透光的物体遮档住，测量VT3发射极对地电压，当发出响声在话筒边发出声音时，测得的电压就为5V以上，然后没有声音后又变为0。

以上各项测试是正常工作时的电压变化情况，如实际制作好后不能实现设计的功能，按照单元电路的分析方法，分步查找原因。

3．根据实际外壳大小设计1：1印刷板布线图

总结与心得

这几天一直在做"声光控延时开关"电路。这个电路是由声音和灯光双重控制的，可以用于楼梯、过道等很多地方，白天管线好，再大声也不会亮灯，晚上麦克风只要接收到适应就自动亮起，一段时间后自动熄灭。

这个电路，简单、可靠、廉价，这次声光控延时开关的制作，把我们学到的只是在实践中得到了应用，深化了解了数字电路、模拟电路的知识，让我们在实践中学到了更多的新知识。学习了那么久的理论知识和动手操作，我等到的不仅仅是课本上的知识，等多的是通过自己动手，在老师的指到和同学的帮助下，学会了更多。

这次的实训时间不长，电路不难，但是重要的是在自己动手之后，让自己明白，书本上学的再好也比不上自己亲生经历制作之后所获得的东西。

谢辞

感谢王老师的指导，从开始到完成，老师都提供了很大的帮助。另外同学们也提供了很大的帮助，感谢他们！特别是唐进明同学，给予了很大的帮助，虽然我没做成功，但是学到了很多经验和知识，能给予我以后很多帮助。很多实训都是考验动手能力，我动手能力比较差，经常不懂怎么做，或者做错，经常需要同学们的帮助，特此感谢他们，是他们耐心的帮助让我学到了不少新的知识，提高了我的动手能力，

参考文献：

[1] 唐贤远.刘歧山.传感器原理及应用，成都：电子科技大学出版社，2000

[2] 李科杰.新编传感器技术手册，北京：国防科技出版社，2002

[3] 沈永生.常用电子元器件使用一读通，北京：人民邮电出版社，2002

[4] 赵继文.传感器与应用电路设计.北京:科学出版社,2002

[5] 郁有文.传感器原理及工程应用.西安:西安电子科技大学出版社,2001

[6] 金发庆.传感器技术与应用(第二版).北京:机械工业出版社,2006