声光控制路灯设计论文

路灯控制器的设计摘要：本电路使用广泛，功能完善，成本低廉，而且设计电路简单，采用常用的电子元器件构成，使用非常方便，而且此电路具有延时时间可调的功能，照明装置采用低耗能高亮度LED,具有节能降耗的功能，并具有光控、声控的双重功能，可广泛用于多个场合。

关键词：声控电路；光控电路；延时电路；开关电路1引言在信息技术不断发展，人类文明不断进步的时代，越来越多的电子产品开始占们的日常工作和生活，在很多公共场所，只要短时间照明的场所，就需要安装一些电子器件，即能够自动控制开关，在有人的时候亮，人走之后，能持续一段时间。

路灯控制器是一种声光控制的器件，能实现这种功能，即在白天光线比较亮不需要照明的时候，即使有声音，灯也会不亮，而在天黑或光线比较暗的时候，能够使电路工作，自动控制灯打开，能够在声音消失后，延时照明一段时间，实现照明的目的。

2 总体设计方案2.1 设计思路路灯控制器电路主要由声控电路，光控电路，开关控制电路及延时电路构成。

工作时，光控电路和声控电路同时控制开并控制电路，而光控电路具有优先控制的功能，即先让光控电路来控制开关电路，即在光控电路工用的情况下，再有声音信号才能使用控制电路工作，使灯打开，且在声音消失后会延时照明一段时间，这部分电路由延时电路来实现，电源电路的作用是为负载电路提供照明电源同时向电路中的控制电路提供工作电源，交流电源经过桥式整流以后，再经过电容降压，为负载提供电源，同时经过稳压以后，为控制电路提供工作电流。

该电路是利用光敏电阻对光敏感的特性和开关管的开关特性来实现，即白天或光线较亮的时候，控制灯不亮，而在晚上或光线较暗时控制灯亮，同时还要有一个延时电路，以达到延时照明的目的，声控和光控是共同进行控制的，因而还要有一个电路来控制，当有光亮的时候，此控制电路阻止，信号不再往下传输，即灯不会亮，而只有当光线足够暗且有声音的时候此控制电路才起作用，才往下一电路传输信号，灯才会亮。

此电路既可以用三极管实现，也可以用4000糸列的数字集成实现，出于简单稳定的目的，这里选用数字集成电路来实现。

本电路的主要任务是实现在白天光线比较亮的情况下，灯不亮，而在光线比较暗或天黑的时候，只要有声音（说话声、脚步声），灯就会亮，同时加上延时电路的延时作用，灯会延时亮一段时间，不致灯连续工作，造成能源浪费或元器械件的损坏。

其控制电路可由TC4011BP数字集成电路来实现，延时电路由电阻，电容实现，光控电路由光敏电阻实现，开关电路由开关管实现。

2.2 总体设计方框图路灯控制器电路的总体框图由声控、光控电路，声光控制电路，开关电路，延时电路，负载电路和电源电路等构成，工作时，先由光控电路和声控电路一起向声光控制电路输入信号，当两个信号同时有效时，声光控制电路才往下传输信号，才向开关电路送去信号，使开关打开，同时也促使延时电路开始工作，而电路的电源由电源经过桥式整流以后，再经过降压电路降过压以后来提供，电路中其他需供电的电路由降压以后再进行稳压以后来供电，负载的供电直接由电源来提供。

总体框图如下所示，工作流程如箭头所示：3 设计原理分析3.1 路灯控制器的原理路灯控制器的电路如附图1所示。

附图1的电路的工作做原理如下：交流220V电源电压经灯泡LED后，由D1-D4的整流桥整流，电阻R1,R10分压，电容C1滤波，D6稳压后产生12V左右的直流电压给控制电路供电。

在光线教亮时，光敏电阻RG的阻值较低，使集成块TC4011BP 的1脚呈低电平；又由于R6,R8电阻分压后，为三极管9014的基极提供正偏电压，三极管一直处于饱和导通状态，其集电极（TC4011BP的2脚）呈低电平，使TC4011BP的3脚出高电平，4脚出低电平，二极管D5反偏截止，使TC4011BP的10输出高电平，TC4011BP的11脚输出低电平，开关管截止，灯泡不亮。

在晚上没光或者光线较暗时，光敏电阻的阻值变大使集成块TC4011BP的1脚呈高电平；但由于话筒没有信号输入，三极管V1处于导通状态，其集电极为低电平，所以IC-1,IC-3脚仍输出高电平，其IC-2,IC-4脚输出低电平，灯泡仍然不亮。

当有声音或者脚步声时，话筒MIC将声音信号转化为电信号，通过电容C2耦合到三极管的基极，使三极管瞬间截止，TC4011BP的2脚为瞬间高电平，又因为TC4011BP的1脚为低电平，在TC4011BP的4脚输出高电平时，经二极管D5向电容C3充电.同时TC4011BP的11脚输出高电平，经过R2,R3分压后，产生一个约2V左右的触发信号，使开关管导通，灯泡LED发光。

此时若外部没有声音信号输入，三极管导通，TC4011BP芯片的3脚输出高电平，4脚输出低电平，二极管D5反向截止，电容C3通过R9开始放电，由于R9的阻值较大，电容C3上所充的电压要经过一段时间才能放完。

这样使TC4011BP的3，4脚保持原电平输出，等电容C3的放电结束后，TC4011BP 的8，9脚呈低电平，经过芯片IC-3与非门反相后促使IC-4也输出低电平，从而使开关管关断，切断LED的电源回路，达到灯泡发光延时自动关断的目的。

3.2 单元电路的设计3.2.1 电源电路设计电源电路的主要作用是为路灯控制器的负载提供电源，同时为其中的控制电路提供电源，其由220V交流电源经过一个桥式整流的整流作用，再经过电阻R1，R2分压，C1滤波，使电压稳定在10V 左右，为数字集成电路TC4011BP和其他负载电路提供稳定直流电压，同时经桥式整流过的电压经过开关管给光源负载供电。

图2 电源电路图滤波电容的选择是根据电阻分压计算出的耐压值来决定的:经过整流分压后的电阻为：U1=220×0.9=198V电阻分压后的电阻为：U2=198×10／（150+10）≈12.375V根据经验公式滤波后的电压为：（1～1.2）U2所以电路选择25V耐压值的电容。

3.2.2 延时电路延时电路的作用主要是完成保持晶闸持续导通一段时间，维持发光二极管持续发光一段时间，持续时间的长短由延时电容的放电时间来决定，延时电容的放电时间即为照明的持续时间，当充电电容通过电阻放电，从开始放电开始直到放电结束的这一段时间（即由R，C）来决定，只要改变电阻值或电容值，即可改变充放电时间长短，从而维持TC4011BP的8，9脚的高电平在一段时间内保持不变，从而决定LED的发光的时间长短，即维持照明的时间改变。

其组成只要由电阻、电容，电容是通过电阻放电的。

改变电阻阻值和电容容量可以改变灯泡维持点亮的时间。

图3 延时电路图3.2.3 声光控制电路控制电路的主要作用是完成对声控和光控电路的控制，即照明电路的亮与不亮都由控制电路来控制完成，控制电路是路灯控制电路中的主体电路，它包括声控和光控电路，只有当声控和光控电路同时起作用时，即既有光信号又有声音信路时，控制电路才会作用，开关打开。

该部分电路主要有声音信号转换电路，光信号转换电路和TC4011BP构成。

电路如图4所示。

光控部分采用光敏电阻的感光特性来工作的，即当有光线的时候，其处于低电阻状态，其上几乎不分得电压；在没有光线或者光线较暗的时候，其处于高阻状态。

光敏电阻的光电特性如图5所示，此电路就是利用光敏电阻的光电特性输出高低电平信号来起到光控作用的。

声控部分主要是通过话筒等声音接收电路来把声音信号转化为电信号。

三极管V1在没有声音信号时处于饱和状态，当有声音信号时，声音信号通过电容的耦合，短时间内拉低V1基极的电位，使三极管V1的瞬间截止,V1的集电极上产生一个瞬间高电平送入控制电路，经过处理，从而达到声控的目的。

图4 光信号转换电路图5 光敏电阻的特性曲线3.2.4 开关电路开并电路由一个开关管和两个分压电阻组成，由开关管的开关作用来控制发光管的亮与灭。

该部分工作原理如下：当TC4011BP的3脚输出高电平时经过R2,R3分压后供给SCR控制极一个约2V左右的开关信号，使开关管V2导通，灯泡发光。

当TC4011BP的3脚为低电平时，开关管关断，LED熄灭，直到3脚变为高电平时才亮。

其电路原理如下：图6 开关电路图3.2.5照明电路由于半导体照明比现有的照明光源更加节能，因此半导体照明又被称为照明领域中的又一次革命。

比如，一只60W的白炽灯泡要消耗60W的电能，发出大约800lm的光，用现有的节能灯管，需要12W-15W的电能，如果用半导体照明(假定发光效率为120lm/W-150lm/W)。

只需要6W-8W的电能，目前LED的发光效率为100lm/W。

此路灯控制电路设计的初衷是节能，照明电路采用的是高亮度10个LED串联成一组，四组并联。

亮度即能满足场合需要又达到节能降耗的要求。

电路原理图如图7。

图7 光源电路图该电路中的R11为分压电阻，电容C4为滤波电容，起滤波稳压作用，保证LED两端为正向的直流电压，减少纹波造成的LED的损坏，又起到在瞬间大电流时分流保护LED的作用，其容量较小。

对于高亮度LED的连接方式，是根据相关资料没有经过开关降压方式的220V直接驱动的一串LED发光电路，其额定功率是恒定的6.2W左右，从1颗到大约90颗每一颗的耗电量是一样的。

从这一点来说，允许范围内一串LED的数量越多，电压使用效率越高，就越节能，也才能发挥LED自身的节能优势。

根据所选型号相关参数计算，采用40个LED便可以满足公共场合的照明需要。

图8 电器原理图表1 LED型号与在20mA测试条件下的参数产品型号形状发光颜色角度（deg）亮度（mcd）平均值电压（V）BT30 圆形白色30 15000 2.53.2.6元件名称及型号：表2 相关元件型号RG IC V1 V2 LED D1-D5MJ12537-2 TC4011BP 9014 2SC5200 BT30 CD4069滤波电容C1的选择是根据芯片工作电压和后续电路的需要来选择的，由于此处用到的芯片TC4011BP的工作电压在3～18V之间，考虑到后续电路要工作在饱和状态，滤波电容选择16V耐压。

耦合电容C2的选择耦合信号的需要来选择，它决定电路对声音的敏感度。

据调查一般场合采用容量为105u的电容即可满足要求，此处采用105u的电容。

延时电容C3的选取设置灯泡点亮的时间的长短来选择容量的大小的，此处选择的型号为16V100u。

根据电阻阻值和电容容量可计算延时。

此处设计延时时间为90秒。

滤波电容C4的选择是根据电压来选择的。

此处选择的型号为250V100u即可满足滤波稳压的要求。

降压电阻的选取：负载由LED构成，本电路路采用多个LED串并联的形式，先串再并，以达到分压分流的目的，此处用十个串再四个并联。

LED采用BT30型，它能承受的最大电流是20mA，承受的最大电压是2.5V。