采用触摸和声光控自锁式照明电路设计Word格式文档下载.docx
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PCB图…………………………………………………………………………14
内容摘要：
在楼道、建筑走廊、洗漱室、厕所、厂房、庭院等场所，往往需要一些照明系统。
一般的照明不能做到人走灯灭造成资源浪费，一般的声光控虽然解决了这个问题。
但是在特殊情况下有不能满足。
本设计集声控、光控、触摸和延时技术为一体组成的自动照明开关，是合现代极理想的新颖绿色照明开关。
本文主要介绍了声光控和触摸自锁式声光控制照明电路工作原理，并在电子线路CAD（Protel99Se）软件中进行了原理图设计和PCB的制作。
关键词：
声光控制电路触控protel99sePCB的制作CD4011
一、引言
一般的照明不能做到人走灯灭而造成资源浪费，违背了我国建设节约型社会的原则，一般的声光控虽然解决了这个问题。
本设计集声控、光控、触摸和延时技术为一体组成的自动照明开关，是现代极理想的新颖绿色照明开关，即白天或光线较强时，本电路处于自锁状态，灯不亮，当光线黑暗时或晚上来临时，开关进入预备工作状态，此时，当有声音出现时，灯亮并在过一段时间后自动熄灭，当光线比较强时在某些时候也需要灯亮时可以采用触摸方式把灯打开。
从而即实现了“人来灯亮，人去灯熄”，又满足了特殊情况的应用。
给生活工作带来方便。
节约了能源。
二﹑声光控制照明电路工作原理分析
图1设计框图
声光触控延时开关就是用触摸和声音来控制开关的“开启”，若在电路设定的时间后“自动关闭”。
因此，整个电路的功能就是首先判断有无触摸，在没有触摸的情况下将声音信号经过驻极话筒将声音信号转换成电子开关的开关动作。
本电路的方框图如图1所示白天或光线较强时无触摸的情况下，开关电路处于自锁状态，灯不亮，当光线黑暗时或晚上电路解锁，当又声源出现时，开关自动打开，灯亮，延时一段时间后自动熄灭。
但是当有触摸时不管在何种情况下开关都会动作。
电路工作原理如下：
声光控延时开关的电路原理图见图1
图一
触摸、声控电灯开关电路原理图如图所示。
本电路由一只CD4011
4一2输人与非门集成电路组成，平时在有光照无触摸的情况下，U1C输出为低电平，则双向晶闸管VTH未能受到触发而呈关断状态，电灯不亮。
当无光照或晚上时，在光敏电阻和MIC的作用下。
U1C输出为高电平。
双向晶闸管导通，灯亮。
同时电容C3对R5放电。
当放到一定电平时U1C输入高电平。
输出电平。
双向晶闸管关断进入待机状态，从而实现自动延时熄灯。
在任何情况下触摸M。
都会使电路动作，并重复上面动作。
三、关键电路分析
（一）声音处理电路
图二
声音通过MIC传感器转换成电压信号后，经过C1加到U1A①脚与②脚上，经过U1A放大后加到U1B的⑥脚，其④脚输出低电平，经VD1隔离二极管加到U1C的⑧脚与⑨脚上。
由于U1C的两个输入端连接在一起仅起反向作用，故其⑩脚输出高电平，触发双向晶闸管VIH导通，灯亮，同时电容C3经过电阻R5缓慢放电，从而使U1C输入端上的电压逐渐升高，直至U1C翻转，其⑩脚恢复为低电平，灯灭，进入待机状态。
（二）光控电路
图三
U1A与U1B为声，光控共用通道。
白天光敏传感器RL受光阻值变小，使U1A⑤脚为低电平，U1B不工作，声音信号不能通过。
当环境的光照低到一定程度RL的阻值变大到经R4与RL分压后的电压使U1B开通时U1B解除封锁，声音电路可以起作用。
（三）触摸控制电路
图四触摸电路
当没有人触摸触片时，有电阻R4与地相接U1D输入低电平，输出为高电平，由于二极管VD2不导通，双稳态触发器不触发。
当用手去触摸膜片M时，人体静电使U1D的输人端变为高电平，它的输出端变为低电平。
这时VD2导通使U1C输入低电平，输出高电平从而触发双向晶闸管，灯亮。
从而进入延时过程，这个过程不受光控电路的控制。
任何时候都能触摸开灯，从而扩大了使用范围。
（四）延时电路
由R5、C3、VD1等元件组成。
结合声控电路及主电路分析,当晶闸管VT1被触发导通时,当无光照或晚上时，在光敏电阻和MIC的作用下。
（五）220V电源处理
为达到经济适用和设备简单化。
本电路使用阻容降压电路获得低压为控制电路供电。
电容降压的工作原理并不复杂。
他的工作原理是利用电容在一定的交流信号频率下产生的容抗来限制最大工作电流。
例如，在50Hz的工频条件下，一个1uF的电容所产生的容抗约为3180欧姆。
当220V的交流电压加在电容器的两端，则流过电容的最大电流约为70mA。
虽然流过电容的电流有70mA，但在电容器上并不产生功耗，应为如果电容是一个理想电容，则流过电容的电流为虚部电流，它所作的功为无功功率。
根据这个特点，我们如果在一个1uF的电容器上再串联一个阻性元件，则阻性元件两端所得到的电压和它所产生的功耗完全取决于这个阻性元件的特性。
因此，电容降压实际上是利用容抗限流。
而电容器实际上起到一个限制电流和动态分配电容器和负载两端电压的角色。
它的输出电压通常可在几伏到三几十伏，取决于所使用的齐纳稳压管。
所能提供的电流大小正比于限流电容容量。
采用半波整流时，每微法电容可得到电流（平均值）为：
（国际标准单位）
I（AV）=0.44*V/Zc=0.44*220*2*Pi*f*C
=0.44*220*2*3.14*50*C=30000C
=30000*0.000001=0.03A=30mA
如果采用全波整流可得到双倍的电流（平均值）为：
I（AV）=0.89*V/Zc=0.89*220*2*Pi*f*C
=0.89*220*2*3.14*50*C=60000C
=60000*0.000001=0.06A=60mA
可以看出电路全波整流电流稍大，但是因为浮地，稳定性和安全性要比半波整流型更差，所以用的更少。
本电路中电路如图一，考虑电路需要的工作电流很小，C7为降压电容器选择0.47UF耐压为400V，VD3为半波整流二极管型号IN4007，R11为10K的电阻在市电的负半周时给C7提供放电回路，VS是6V的稳压二极管，R1为关断电源后C7的电荷泄放电阻。
C4为103的滤波电容。
使用这种电路时，需要注意以下事项：
1、未和220V交流高压隔离，请注意安全，严防触电！
2、限流电容须接于火线，耐压要足够大（大于400V），并加串防浪涌冲击兼保险电阻和并放电电阻。
3、电路设计时，应先测定负载电流的准确值，然后参考示例来选择降压电容器的容量。
因为通过降压电容C7向负载提供的电流Io，实际上是流过C7的充放电电流Ic。
C7容量越大，容抗Xc越小，则流经C7的充、放电电流越大。
当负载电流Io小于C7的充放电电流时，多余的电流就会流过稳压管，若稳压管的最大允许电流Idmax小于Ic-Io时易造成稳压管烧毁。
4、为保证C7可靠工作，其耐压选择应大于两倍的电源电压。
5、泄放电阻R11的选择必须保证在要求的时间内泄放掉C7上的电荷。
四、主要元件分析
根据设计原理，下文将进一步分析各主要元件的工作原理和功能。
（一）双向可控硅
可控硅T选用1A／400V的进口双向可控硅，如负载电流大可选用3A、6A、10A等规格的双向向可控硅。
普通晶闸管（VS）实质上属于直流控制器件。
要控制交流负载，必须将两只晶闸管反极性并联，让每只SCR控制一个半波，为此需两套独立的触发电路，使用不够方便。
双向晶闸管是在普通晶闸管的基础上发展而成的，它不仅能代替两只反极性并联的晶闸管，而且仅需一个触发电路，是目前比较理想的交流开关器件。
（二）四2输入与非门CMOS芯片
IC选用CMOS数字集成电路CD4011，CD4011有四个独立的与非门电路，内部见图3，Vss是电源的负极。
VDD是电源的正极。
逻辑表达式：
Y=A*B
CD4011功能及真值表：
真值表：
X
Y
Q
动作
?
禁止
1
设定
重置
不变
无
图五CD4011逻辑功能表和引脚图
（1）当X=0、Y=0时，将使两个NAND门之输出均为1，违反触发器之功用，故禁止使用。
如真值表第一行。
（2）当X=0、Y=1时，由于X=1导致NAND-A的输出为”1”，使得NAND-B的输入为”1”，因此NAND-B的输出为”0”，如真值表第二行。
（3）当X=1、Y=0时，由于Y=0导致NAND-B的输出为”1”，使得NAND-1的两个输入均为“1”，因此NAND-A的输出为”0”，如真值表第三行。
（4）当X=1、Y=1时，因为一个“1“不影响NAND门的输出，所以两个NAND门的输出均不改变状态，如真值表第四行。
（三）驻极体话筒BM
话筒又称传声器，一种电声器材，属传声器，是声电转换的换能器，通过声波作用到电声元件上产生电压，再转为电能
电荷的公式是Q＝C×
V，反之V＝Q/C也是成立的。
驻极体总的电荷量是不变，当极板在声波压力下后退时，电容量减小，电容两极间的电压就会成反比的升高，反之电容量增加时电容两极间的电压就会成反比的降低。
最后再通过阻抗非常高的场效应将电容两端的电压取出来，同时进行放大，我们就可以得到和声音对应的电压了。
由于场效应管时有源器件，需要一定的偏置和电流才可以工作在放大状态，因此，驻极体话筒都要加一个直流偏置才能工作。
图六驻极体话筒
（四）光敏电阻
光敏电阻器（photovaristor）又叫光感电阻，是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器；
入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。
光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化）。
通常，光敏电阻器都制成薄片结构，以便吸收更多的光能。
当它受到光的照射时，半导体片（光敏层）内就激发出电子—空穴对，参与导电，使电路中电流增强。
一般光敏电阻器结构如图所示。
本电路采用3K—5M的光面电阻。
结束语
通过对自锁式声光控制照明电路的设计，我理解到为何要建设节约型社会，为何要发展立足于节约。
一个民族，国家乃至世界要想长期发展就必须要节约，只有节约才能给社会带来新的力量，才能给后一代留下发展的机遇。
节约不是指放着资源不充分利用，而是在充分利用的前提下做到节约。
节约是社会发展的长期过程，也是历史发展的必然。
谢辞
感谢我的指导老师，她从一开始论文方向的选定，到最后的整篇论文的完成，都是非常耐心的对我进行指导。
给我提供建议告诉我应该注意的细节问题，细心的给我指出错误，修改论文。
老师诲人不倦的工作作风，对职业的态度，使我受益匪浅。
在此，谨向导师致以崇高的敬意和我衷心的感谢！
参考文献
[1]《模拟电子技术》常规林电子工业出版社
[2]《电路基础（第2版）》王慧玲高等教育出版社
[3]《电子CAD技术》（第二版）张晓娟电子工业出版社
[4]《PROTEL99SE电子线路绘制技术>
>
王彦材高等教育出版社
[5]<
<
传感器应用300例>
孙余凯电子工业出版社
[6]《数字电子技术》阎石高等教育出版社
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