简易声光控制楼道灯的设计

西安航空职业技术学院

毕业设计（论文）

论文题目：楼道灯的声光控制

所属系部：自动化工程学院

指导老师：职称：讲师

学生姓名：班级、学号:

专业：电气自动化技术

西安航空职业技术学院制

2013年11 月1 日

XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX

毕业设计（论文）任务书

题目：楼道灯的声光控制

任务与要求：

1.在夜晚行人经过安装有声光控制的楼道,并发出声响如脚

步声等,该灯能自动点亮.

2.白天的时候,即使有声音也不能够时灯亮

时间：20X 年9 月1日至201 年 11 月 1 日共 8 周所属系部：自动化工程系

学生姓名：学号：

专业：电气自动化技术

指导单位或教研室：

指导教师：职称：讲师

西安航空职业技术学院制

年月日

毕业设计(论文)进度计划表

日期工作内容执行情况指导教师

签字

2013.9.1-9

.7 领取毕业设计题

目

2013.9.8-9

.16

确定方案

2013.9.17-

9.26 方案讨论、查找资

料

2013.9.27-

10.15

初步的设计阶段

2013.10.16 -10.21 整体设计阶段、论文初步设计

2013.10.21 -10.25 修改并完善设计、论文修改完善

2013.10.26

-11.1

论文完善、提交

教师对进度计划

实施情况总评

签名

年月日本表作评定学生平时成绩的依据之一。

摘要

本文设计的内容是声光控制楼道灯，主要有电源电路、555时基电路、声波接收放大电路、光控电路及晶闸管开关电路等几部分。晶闸管采用了触发电流较小的1A、400 ~ 600V小型塑封双向晶闸管，MAC97A6型。声控部分的声波接收部分选用灵敏度较高的小型驻极体电容话筒，555时基选用了NE555型号的。光控部分采用了灵敏度极高的光敏电阻。电源部分220V交流电经降压限流电阻进行降压、限流。

关键词：555时基晶闸管楼道灯

Abstrats：Acousto-optic control corridor lights is the content of the design in this paper, the main power supply circuit, 555 time-base circuit, acoustic receiver amplifier circuit, electric circuit and thyristor switch circuit and other parts. Thyristor trigger current is adopted smaller 1 a, 400 ~ 600 v small laminate and bidirectional thyristor, MAC97A6 type. Voice control part of the sound wave receiving part with high sensitivity small electret condenser microphone, 555 time base to choose the models of NE555. Optical parts using the high sensitivity of photosensitive resistance. Power part 220 v alternating current (ac) via step-down buck, current limiting resistor.

Keywords: 555 time base thyristor corridor lights

目录

1 引言 (1)

2 方案设计与论证 (2)

2.1基本设计思想 (2)

2.2基本设计要求 (2)

2.3主要功能和指标 (2)

3方案的详细设计 (3)

3.1 整体电路的设计 (3)

3.2电路的工作原理 (3)

3.3主要部件结构及原理分析 (5)

3.3.1 555时基部分分析 (5)

3.3.2声波放大部分分析 (7)

3.3.3晶闸开关部分分析 (8)

4硬件电路制作及调试 (10)

4.1元器件的焊接 (10)

4.2调试 (10)

结束语 (12)

谢辞 (14)

参考文献 (15)

1 引言

声光控制灯是由声波控制的，主要在夜间使用，在光线充足的白天因为有光射在开关上，灯的光电控制部分使灯不能开亮，在晚上，只要拍拍手或者发出较大的声响，灯就能自动发光。这种灯性能优良，自动方便，安全省电，经久耐用，适用于宾馆、办公室、走廊、住宅、楼道、卫生间等场所。

一些简易装置的电子产品吸引着大批的电子爱好者。对于我设计的简易声光控制楼道灯，是一个具有很强的实用价值的电子产品。首先，楼道灯是一种非常广泛使用的照明设备。有比较多的楼道灯是在公共场所使用，即它使用了公电，很多人对它的节能就不太重视，经常忘记关掉楼道灯，造成电能的浪费，在重视节能和倡导绿色生活的今天，我们很有必要研究它了解它，让它既能很好的为我们服务，又能节约能源，使灯的使用寿命更长，省钱又方便。其次，声光控制是一种目前较为流行的对楼道灯进行控制的方式，它的优点就是控制简单，成本低廉。再次，声光控制灯不仅适用于住宅区的楼道，而且也适用于工厂、办公楼、学校、旅社等场所，真正做到人到灯亮，人走灯灭的效果。可杜绝“长明灯”，达到节约电能和延长电灯泡的使用寿命的效果。它还具有体积小，外形美观，制作容易，工作可靠等优点，适合广大电子爱好者自制。

声控灯顾名思义，声控灯及时用声旨束控制电灯亮灭或亮度强弱的一种灯具，控制某一用电负载的方法多种多样，用光的强弱控制的成光控，用温度高低控制的称温控，用磁场强弱控制的称磁控，还有依靠压力，湿度的等等。

2 方案设计与论证

2.1基本设计思想

对于声光控楼道灯的设计是为了实现行人经过光线不足或也夜晚的楼道等通道时，该灯可以自动点亮，在人走过之后又能关闭该楼道灯，让行人在夜间或光线不好的过道的行动带来方便。即天黑有人走过楼道等通道时，当有脚步声或其它声音时，楼道灯会自动点亮，提供照明，当行人走过楼道之后，楼道灯会延时几分钟后自动熄灭。在白天，即使有声音，楼道灯也不会点亮，从而可以达到节能的目的。

抗干扰性，和稳定性是本设计的关键，所以在实际中尽量使用集成电路，从而提高系统的稳定性和安全性。并根据课题的性能要求尽可能简化电路，选用市场上容易得到的元器件，尽量提高性价比。

2.2基本设计要求

设计该声光控制楼道灯，主要要考虑三方面的问题。首先，是声光控楼道灯由交流市电220V电压供电，得特别注意安全性。其次，是光控部分，使其在有光时，即使有声音也不能够使灯亮。再次，是声音控制部分，在夜晚或光线不足时，只要收到一个声音响（如脚步声、击掌声），灯就能自动点亮。

2.3主要功能和指标

（1）在夜晚行人经过安装有声光控制灯的楼道，并发出声响如脚步声等，该灯能自动点亮。

（2）在白天，即使有声音，楼道灯也不会点亮，从而可以达到节能的目的。

3 系统电路设计及原理分析

3.1 整体电路的设计

图3-1 楼道灯设计原理图

简易声光控制楼道灯的设计原理如图3-1所示。主要由电源电路、555时基电路、声光接收放大电路、光控电路及晶闸管开关电路等几部分组成。

3.2 整体电路分析

工作电源电路模块电路由电容C7降压限流、二极管VD半波整流，稳压管VS稳压及电容C3滤波后攻给，通电后C3两端即输出12V左右的直流电压供整机用电。

555时基电路A接成典型的单稳态工作模式，单稳延时时间t=1.1R6C5 。555集成块③脚输出端为低电平，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，触发双向晶体管VTH导通，灯泡EL发光。此后，电源经R6向C5充电，当C5端电位升至约2/3Vcc时，电路又自动回复到初始稳定状态，③脚恢复低电平，可控硅因又去触发电压而关断，灯泡熄灭，控制电路暂态结束，进入稳态，等待下次触发脉冲。本电路之所以有较高的触发灵敏度还在于R5与RP2构成的分压器，调节RP2可以改变555的②脚在稳态时的电平高低。当环境无声音时，电路应调整到使②脚电位略高于Vdd/3（即4V），此时电路具有最高的触发灵敏度。只要环境稍有响声，可使②脚电平降至Vdd/3，电路即翻转进入暂态，电灯EL点亮。

白天RL受室内自然光线照射呈现低电阻，它与RP3的分压点即555时基电路的强制复位端即④脚电位较低（小于0.4V），所以555被强制复位，无论环境声音如何响亮，555均处于复位态，3脚恒为低电平，晶闸管VTH不会开通，等泡EL始终处于熄灭状态。夜幕来临时，RL阻值增高，分压点电位也随之上升，当大于0.4V时，强制复位状态复位状态被解除，此时555的状态就受声波控制，从而为开灯作好准备。调节RP3的阻值也会改变分压点的电位高低，因此可用它来调整电路的光控灵敏度。

当晚上有人讲话或走路产生的脚步时，B就拾取此声波信号，经电容C1送至有VT1、VT2构成的两级直耦式音频放大器进行放大，放大后信号由VT2集电极输出，经C4耦合到时基电路的触发端即②脚，使单稳态电路触发翻转，555即置位进入暂态，③脚输出高电平，通过电阻R7加至VTH的门极，使VTH开通，电灯EL就通电发光。当人走后声音消失，经电路设定的暂态时间，电路使自行翻回稳态，EL熄灭。可变电阻器RP1为VT1提供基极偏流，调节RP1阻值可以改变放大器的增益，从而能改变声控的灵敏度。R4为直流负反馈电阻，用来稳定工作点，C3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C4去触发由555集成组成的单稳态延时电路，达到控制负载的目的。

3.3主要部件结构及原理分析

3.3.1 555时基电路部分分析

555单片集成电路定时器最先是由Signetics公司于1972年在双极型技术中提出的。它很快成为定时和振荡功能方面的工业标准。在当时是唯一非常快速且商业化的Timer IC，在往后的30年来非常普遍被使用，且延伸出许多的应用电路，尽管近年来CMOS技术版本的Timer IC如MOTOROLA的MC1455已被大量的使用，但原规格的NE555依然正常的在市场上供应，尽管新版IC在功能上有部份的改善，但其脚位劲能并没变化，所以到目前都可直接的代用。555时基集成电路是用途极为广泛的精密定时器，它可以作为脉冲发生器，斜波发生器、定时电路、延时电路等，用于仪表、自动化装置等民用电子产品等。

NE555是属于555系列的计时IC的其中的一种型号，555系列IC的接脚功能及运用都是相容的，只是型号不同的因其价格不同其稳定度、省电、可产生的振荡频率也不大相同；而555是一个用途很广且相当普遍的计时IC，只需少数的电阻和电容，便可产生数位电路所需的各种不同频率之脉冲信号。

NE555的特点有：

⑴只需简单的电阻器、电容器，即可完成特定的振荡延时作用。其延时范围极广，可由几微秒至几小时之久；

⑵它的操作电源电压范围极大，可与TTL，CMOS等逻辑电路配合，也就是它的输出准位及输入触发准位，均能与这些逻辑系列的高、低态组合；

⑶其输出端的供给电流大，可直接推动多种自动控制的负载；

⑷它的计时精确度高、温度稳定度佳，且价格便宜；

⑸静态电流最大值VCC = 5 V, RL = ∞ =6mA VCC =15 V, RL = ∞ =15mA；

555时基集成电路电源电压适应范围较广，可在+5~+18V范围内使用，最大输出电流为200mA，因此可直接驱动继电路、发光二极管、指示灯等。作为振荡器时，最高工作频率可达300kHz。555时基集成电路采用2种封装形式，即圆封装和双列直插式封装。的封装形式及管脚如图3-1所示。

图3-1555时基集成电路封装形式及管脚排列

如图3-2各管脚的功能是：

1脚为接地端。

2脚为触发端，如果该端电压高于2/3Vcc，那么输出将保持在低电压。此时如果加一个足够大的负脉冲在2脚上，输出即转换到高电位。

3脚为输出端，输出端的内部相当于如图4所示。

4脚为置零复位端，当不用时，连接到Vcc，如果4脚复位端接地，或者使其电位减小到0.7以下，输出端3脚和放电端7脚都接将接近地电位。

5脚为控制端，它通常与地之间接一个0.01uF的滤波电容器，旁路来自电源的噪声或纹波电压，控制端可以用于改变阀值电压和触发电压。

6脚为阀值端，它用于监测外部电容的电压。例如一旦555被触发到高电位状态，阀值端就窥视着电容器电压的提升，当达到2/3Vcc时，输出转换到低电位状态。

7脚为放电端，当输出端为低电位时，放电端将接近地电位。

8脚为电源电压端Vcc，可以是+5~ +18之间的任何电压（推荐使用10~15V）。

如图3-2555时基管脚接法

如图3-3 3脚内部的等效电路

555集成电路的基本模块图如图3-4所示，电路包括两个比较器，这两个比较器驱动一个RS触发器，一个输出缓冲器，以及一个对外计时电容放电的晶体管。

RS触发器是数字电路，当输入R为高电平，而输入S为低电平时，输出是高电平。当R为低电平，而S为高电平时，产生互补状态，即输出为低电平。如果R和S都为低电平，则输出保持它以前的状态。

图3-4 555内部结构

3.3.2声波放大部分分析

晶体管VT1、VT2组成直接耦合双管音频放大器（见图3-5），其特点是：

⑴电压增益高；

⑵工作点稳定度高；

⑶无需调整偏流；

⑷电路简单。

VT1的基极偏流电源不是取自电源电压，而是通过RP1取自VT2的发射极电压。这

态工作点即已固定，并不受晶体管参数的影响，因此无需调整偏流。

图3-5双管音频放大器

3.3.3晶闸开关部分分析

双向晶闸管的外形与普通晶闸管类似，有塑封式、螺栓式和平板式。但其内部是一种NPNPN五层结构引出三个端线的器件，如图3-6所示

图3-6 双向晶闸管

从图3-6可见，双向晶闸管相单于两个普通晶闸管反向并联（P1N1P2N2和

P2N1P1N4），不过它只有一个门极G，由于N3区的存在，使得门极G相对于T1端无论是正的或是负的，都能触发，而且T1相对于T2既可以是正，也可以是负。双向晶闸管具有正反向对称的伏安特性曲线。正向部分位于第1象限，反向部分位于第Ⅲ象限，如图3-7所示。

双向晶闸管的控制方式常用的有两种：第一种为移相触发，与普通晶闸管一样，是通过控制触发脉冲的相位来达到调压的目的。第二种是过零触发，适用与调功电路及无触点开关电路。本相电压强触发电路这种触发方式电路简单、工作可靠，主要用于双向晶闸管组成的交流开关电路，如图4-8所示

图3-8本相电压的触发方式

图中双向晶闸管的T1和G之间通过开关Q和RG相连接，当Q闭合，交流电源加在T1、T2两极的电压直接加至T2和G之间，作为双向晶闸管的触发电压。T2、G两端的电压将随电源电压的变化而变化，当该电压形成的电流达到双向晶闸管的触发电流时，双向晶闸管导通。器件导通后T1与T2之间的电压时降至双向晶闸管的导通压降1V左右，从而使门极电压也降至很小，不再对双向晶闸管产生什么影响。本电路双向晶闸管的触发方式为I+和Ⅲ-。

为限制触发电流，门极回路所串限流电阻RG应近似选为

式4-1

式中----双向晶闸管的T2和G之间的峰值电压;

----双向晶闸管门极的允许峰值电流。

4硬件电路制作及调试

4.1元器件的焊接

焊接时先确定好电路板的哪一面导电.使其在导电的一面焊接，确保通电。第一，检查实物的连接线路与电气原理图是否相符。元件的连接是否正确，引脚的连接是否正确。尤其注意的是芯片、二极管和开关管的极性、电容器的耐压和极性、电阻的阻值和功率是否与设计图纸相符，重点检查线路与线路是否有短路的现象。第二，检查焊接点是否牢固。特别要检查锡点有无错焊和漏焊，尤其是相邻的锡点是否容易短路。第三，确保电源和地的连接无误在通电。

掌握好电烙铁的温度和焊接时间，选择恰当的烙铁头和焊点的接触位置，才可能得到良好的焊点。正确的手工焊接操作过程可以分成五个步骤。

⑴骤一：准备施焊

左手拿焊丝，右手握烙铁，进入备焊状态。要求烙铁头保持干净，无焊渣等氧化物，并在表面镀有一层焊锡。

⑵骤二：加热焊件

烙铁头靠在两焊件的连接处，加热整个焊件全体，时间大约为1～2秒钟。对于在印制板上焊接元器件来说，要注意使烙铁头同时接触两个被焊接物。电路中的导线与接线柱、元器件引线与焊盘要同时均匀受热。

⑶骤三：送入焊丝

焊件的焊接面被加热到一定温度时，焊锡丝从烙铁对面接触焊件。注意：不要把焊锡丝送到烙铁头上！

⑷步骤四：移开焊丝

当焊丝熔化一定量后，立即向左上45°方向移开焊丝。

⑸骤五：移开烙铁

焊锡浸润焊盘和焊件的施焊部位以后，向右上45°方向移开烙铁，结束焊接。从第三步开始到第五步结束，时间大约也是1~2s。

主要焊接毛病有：（1）堆积（2）虚焊（3）尖角（4）铜皮上翘（5）拖焊（6）焊点太小

4.2调试

电路板焊接好了之后，认真检查电路是否焊接好，是否有虚焊、漏焊等现象，如果没有然后检查电路板是否与电路图相符。检查完毕之后将焊接好的电路板的插头插在电源插座上，用手捂住光敏电阻，模拟天黑。然后对着话筒拍掌，观察灯是否亮。

用手捂住光敏电阻，模拟天黑,对着话筒拍手,观察灯是否亮。如果灯亮则说明电

实物如下图：

结束语

本设计采用555集成芯片，声音接收部分选用灵敏度较高的小型驻极体电容话筒从而提高了灵敏度。电路中使用RP3对其光控部分可以进行调节，放大电路部分采用直接耦合双管音频放大器，也保证了电路的性能和稳定。

通过这个设计声光控制楼道灯对激发创新思维，培养创新精神有着重要的作用。通过这次毕业设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力。在整个设计过程中，我们通过这个方案包括设计了功率放大电路。在设计过程中，经常会遇到这样那样的情况，就是心里想老着这样的接法可以行得通，但实际接上电路，总是实现不了，因此耗费在这上面的时间用去很多。我觉得做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。平时看课本时，有时问题老是弄不懂，做完课程设计，那些问题就迎刃而解了。而且还可以记住很多东西。比如一些芯片的功能，平时看课本，这次看了，下次就忘了，通过动手实践让我们对各个元件映象深刻。认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。

其次，在这次课程设计中，细心耐心，恒心一定要有才能做好事情，首先是线的布局上既要美观又要实用和走线简单，兼顾到方方面面去考虑是很需要的，否则只是一纸空话。在设计好电路图后，进行焊接时，由于项目组成员对单面板的不熟悉，导致布线后元件出现在另一边，增加了布线难度，也产生很多不曾注意的问题，今后要牢记这个教训，使以后布线更加顺利。最后，经过几天的学习，此期间我们也失落过，也曾一度热情高涨。从开始时满富盛激情到最后汗水背后的复杂心情，点点滴滴无不令我回味无长。生活就是这样，汗水预示着结果也见证着收获。劳动是人类生存生活永恒不变的话题。通过实习，我才真正领略到“艰苦奋斗”这一词的真正含义，我才意识到老一辈电子设计为我们的社会付出。我想说，设计确实有些辛苦，但苦中也有乐，在如今单一的理论学习中，很少有机会能有实践的机会，但我们可以，而且设计也是一个团队的任务，一起的工作可以让我们有说有笑，相互帮助，配合默契，多少人间欢乐在这里洒下，大学里一年的相处还赶不上这几天的合作，我感觉我和同学们之间的距离更加近了；我想说，确实很累，但当我们看到自己所做的成果时，心中也不免产生兴奋；正所谓“三百六十行，行行出状元”。我们同样可以为社会作出我们应该做的一切，这有什么不好？我们不断的反问自己。也许有人不喜欢这类的工作，也许有人认为设计的工作有些枯燥，但我们认为无论干什么，只要人生活的有意义就可。社会需要我们，我们也可以为社会而工作。既然如此，那还有什么必要失落呢？于是我们决定沿着自己的路，执着的走下去。同时我认为我们的工作是一个团队的工作，团队需要个人，个人也离不开团队，必

个人知道原理是远远不够的，必须让每个人都知道，否则一个人的错误，就有可能导致整个工作失败。团结协作是我们实习成功的一项非常重要的保证。而这次实习也正好锻炼我们这一点，这也是非常宝贵的。对我们而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。挫折是一份财富，经历是一份拥有。

通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。

谢辞

在做这个课题经过一个多月的忙碌和努力，本次毕业设计已接近尾声，从课题的理解，到方案的设计，再到论文的写作，中间有着自己的努力，更有着老师和同学的关心和巨大的帮助。我的设计较为复杂烦琐，但老师仍然细心地纠正设计中的一些错误。在这里我要特别感谢我的指导老师，这篇片毕业设计的每个细节，都离不开张芬老师的细心指导，一丝不苟的作风，在此我表示衷心的感谢。

在此，我还要感谢在一起研究讨论过的同学们，由于你们的帮助和支持，我才能克服一个个的困难和疑问，直至本设计的顺利完成。

参考文献

【1】陈永甫.新编555集成电路应用800例[M]北京,电子工业出版社,2001年1月,85-87 【2】门宏.精选电子制作图解66例[M]北京,人民邮电出版社,2001年8月,169-172 【3】陈有卿.实用灯光控制电路300例[M]北京,中国电力出版社,2005年2月,107-109 【4】沈复初.电子技术[M]浙江，浙江科学技术出版社,2000年9月,135-136

【5】廖贻谋声光控延时灯.[ J ].电子世界，2005年10期（总249期），68-69

【6】《模拟集成电路原理与应用》吴运昌，华南理工大学出版社,1995

【7】《模拟集成电路系统》(第2版).冯民昌北京中国铁道出版社1998

【8】《电子技术课程设计指导书》，彭介华编著，高等教育出版社，2000

【9】《电子技术动手实践》，主编：崔瑞雪，北京航空航天大学出版社2007