声光双控延迟节电照明灯Word文档格式.docx
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它将声音〔如击掌声〕和光转化为电信号，经放大、整形，输出一个开关信号去控制各种电器的工作，在自动控制工业电器和家用电器方面有着广泛的用途。
由于，本电路广泛应用于人们的日常生活中，所以，有很大的重用作用。
该电路在设计时应用了仿真软件，来进展仿真然后才确定下来的，虽然用的仅仅是EWB软件，但是在论文中也是比拟有特色。
能够使人们在不知不觉中感受方便。
1.1课题背景
随着千年钟声的敲响,历史的车轮被推进了一个新的世纪──21世纪。
站在新世纪的门槛上，我们感受到的是高速开展的现代科技。
也因如此，照明灯的需求也在不断地开展，人类有意识地采用各种方法改良它。
照明，不仅改变了人们〞日出而作，日落而息“的生活方式，也充满丰富了我们的精神世界。
是的，也许你不禁要问：
〞为什么一个小小的照明灯有如此神奇的成效。
“我想这要归功它的构造及创造原理啊！
这当中到底包含了多少值得我们去探索，发现的奥秘呢？
带着这个问题，我们共同选择了这个课题，一起从课题研究中找到答案！
1.2课题研究的目的和意义
研究目的：
通过这次的课题研究我们希望在理清它的开展脉络上进一步了解它的创造原理，将平时所学习的知识运用到实验探索上，这对提高我们的动手能力，创新意识，及锻炼思维活动无疑是一个莫大的帮助。
同时我们也希望这次的研究能让同学进一步地了解照明灯，而不是仅局限与课本知识以内。
从小的突破点入手，掌握又一项科技知识，从而实现课堂外的又一次提高,为现代教育科学尽一份力量！
研究意义：
用声光控延时开关代替住宅小区的楼道上的开关，只有在天黑以后，当有人走过楼梯通道，发出脚步声或其它声音时，楼道灯会自动点亮，提供照明，当人们进入家门或走出公寓，楼道灯延时几分钟后会自动熄灭。
在白天，即使有声音，楼道灯也不会亮，可以到达节能的目的。
声光控延时开关不仅适用于住宅区的楼道，而且也适用于工厂、办公楼、教学楼等公共场所，它具有体积小、外形美观、制作容易、工作可靠等优点，适合于各种楼房走廊的照明设备。
降低能耗、节约能源、注重环保是当今世界的主潮流，高能耗且会加剧温室效应的白炽灯越来越不受欢送。
继公布“欧盟后年封杀白炽灯〞的时间表后，世界各地陆续抛弃白炽灯已成定局，环保型节能荧光灯是白炽灯的替代者。
节能荧光灯VS白炽灯，胜券在握已无悬念，但楼道照明却限制了荧光灯的使用，因为楼道照明是非持续性的，有人经过才需要光亮，而不断的开关通断会影响荧光灯的使用寿命，所以声光控白炽灯在楼道照明领域得到广泛应用。
1.3国内外概况
由于近年来我国的照明器材行业的迅速崛起，中国已经成为电光源产品的主要输出国之一。
照明器材行业属一般性竞争行业，是我国轻工业对外开放较早的行业之一。
WTO后，国际上一些知名品牌大企业相继进入国内产销领域，使得国内竞争国际化。
努力增加节能光源和不同档次、把戏、不同用途的照明器具的开发，加快绿色、节能光源产品的开发推广和应用是我国目前照明器材行业构造调整的重点。
我国照明器材行业将面临着前所未有的机遇和挑战，而由此带来的巨大商业利益也成为一些企业瞩目的焦点。
随着全球经济一体化，兴旺国家产业调整的步伐进一步加快，一般照明电器产品生产大量向开展中国家转移，而中国又是一个比拟适合的国家，一是中国具备生产这些产品的条件，二是劳动力本钱比拟低，从而使中国逐步成为照明电器产品出口大国。
展望未来的国内市场，需求仍会呈逐年增长趋势，以下强力因素都预示着我国照明市场仍有很大的潜力可挖。
根底设施建立方面：
机场、铁路、港口、城市轨道交通等讯速开展，每一项工程均需要照明。
城市亮化工程方面：
城市广场、绿地、道路、建筑物泛光照明，已从大城市开展到中小城市。
根据国内外市场需求预测，我国照明电器行业的高速增长期还将继续，对未来的预测如何更加科学化是我们面临的问题。
进一步提高照明产品的质量和档次进一步提高照明产品的质量和档次，这既是当前摆在我们面前的课题，同时也是全行业共同努力的长期目标。
就国内市场需求而言，人们生活水平逐步提高，对生存环境质量的要求也越来越高，对照明电器产品提出更高的要求。
新的建筑照明标准已完成制订工作，即将批准执行，新标准根本与国际接轨，对不同场合的照明提高了要求，也需要我们生产企业适应新标准的要求，为各类照明场所提供相应的产品。
从国际市场分析，虽然我们的出口逐年大幅度增长，但我国大局部产品在国际市场仍属中低档水平，去过法兰克福的人都有体会，我们的产品与国际先进水平相比还存在较大差距。
另外，如果大量劣质低价产品出口，还会遭遇反倾销诉讼，从而影响全行业出口，因此我们仍要大声疾呼，质量是企业的生命。
我国目前已成为世界照明电器产品生产大国，我们的目标是要成为照明电器产品生产强国，我们与兴旺国家在照明电器产品的质量、档次、生产工艺、设备、材料以及新产品开发能力等方面均存在明显差距。
看到我们取得成绩的同时，也能清醒地认识我们存在的差距，才能不断地进步。
让我们全行业共同努力，为照明电器行业的XX开展做出更大的奉献。
第二章总体方案设计
2.1课题分析
它主要由9局部组成：
整流、稳压二极管；
话筒；
光敏电阻，可控硅开关等。
能够通过调节电阻和电容的大小来改变灯亮的时间长短，如果时间过长就应该减小电阻或电容的值，反之那么增大。
光敏电阻和话筒的高度也会使灯的时间受到影响。
声光控节电开关,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、说话声、拍手声等都能开启节电开关。
灯亮后经过40秒左右的延时节电开关自动关闭，灯灭。
该开关适用于楼道、走廊、洗涮间、厕所等公共场合，能节电并延长灯泡使用寿命。
给人们的生活带来了很多的方便，受到了广泛的应用。
本电路是采用分别离元件的声控延时电路，其电路原理图如下列图所示〔电路图见方案三〕，原理图说明：
220V的灯充电直接整流。
在输入端串联25W灯泡，输出端接可控硅〔负载〕供电电路稳压电路，稳压电路是给话筒放大，音频放大等提供8.2V直流电，话筒放大，可以把声音信号转换为电信号并放大，然后，经过音频放大器使信号到达足够大；
检波音频信号的正半周，即：
把音频信号转换为直流信号。
经过延时电路以后送到控制电路，由控制电路去控制可控硅，假设可控硅断开，那么整流电路负载断开，假设导通，那么整流电路负载导通。
光敏控制电路把光照变成电信号，从而去控制音频信号往后边输送情况。
可见：
本电路灯泡要受可控硅的控制，可控硅受话筒取得的音频信号和光敏电阻的控制，从而可以实现声控和光控；
灯亮的时间由延时电路的时间长度决定。
2.2设计方案
从实验的主要内容与要求中可以看出该电路可以有以下几个方案：
〔1〕利用门电路来完成声光控的调节，电路图如下：
〔图1〕
〔2〕
采用LM324运算放大器制作而成的声、光控楼梯走道延迟照明开关，采用二线制接法，可以直接取代普通照明开关，而不必更改室内原有布线。
图中，接成四只电压比拟器的运放A1～A4可采用一块单电源四运放集成电路LM324，其他元件如下图，无特殊要求〔电路图见附录〕。
〔3〕
使用了数字集成电路cd4011，其内部含有4个独立的与非门vd1～vd4，使电路构造简单，工作可靠性高。
电路图如下：
〔图3声光控电路图〕
在这几个方案中，由于我在学校学了数字电路和门电路，而且这个方法比拟简单，又实用，能充分表达出我在校期间对所学知识掌握的程度，故此我选择了第三种方案。
2.3方案论证
整流电路采用桥式整流电路，二极管稳压电路加上滤波电容。
可控硅开关起开关作用，非常重要，由这个开关去控制整流电路的工作与否，从而控制灯的亮和熄。
稳压电路需8.2V稳定电压，并要求不高所以我们采用它话筒放大为实现声控功能，要设制话筒放大电路，主要是由话筒拾音电路〔就是把声音信号变为电信号电路，由于声音微小，所以加放大电路〕和放大电路组成。
光敏控制电路实现光控的功能，可以有光敏电阻来实现。
音频放大电路因话筒输出的音频信号小，不能满足检波的需要，设制二极管音频放大电路，倍数几千上万倍。
检波电路音频信号是交流信号，不用交流信号控制可控硅，需转换为直流信号，才能控制可控硅，因是小信号，要反映信号的蜂值电路线变化。
延迟电路在灯点亮时需要有延迟，检波输出直流电压通过延迟电路是电压消失，保持一段时间，所保持时间的长短由延迟电路的参数决定，实际上延迟电路由RC电路组成，时间常数τ=RC，这是可控制电压。
控制电路是控制可控硅栅极的开关电路，它的输入由延时端的延时电路送来的电压控制，输出控制可控硅的导通情况。
论证方案：
声源产生的声音信号，经声电转换器后转换成微弱的电信号，该信号经放大后送处理器处理，处理器将幅度、频率不尽一样的一群声波信号转换成一次状态改变的控制信号，该信号经延时处理电路到达设计要求时间与设计要求功能，经执行机构直接控制负载动作。
2.4电路的工作原理
声光控延时开关的电路原理图见图3所示。
电路中的主要元器件是使用了数字集成电路cd4011，其内部含有4个独立的与非门vd1～vd4，使电路构造简单，工作可靠性高。
顾名思义，声光控延时开关就是用声音来控制开关的“开启"
，假设干分钟后延时开关“自动关闭"
。
因此，整个电路的功能就是将声音信号处理后，变为电子开关的开动作。
明确了电路的信号流程方向后，即可依据主要元器件将电路划分为假设干个单元，由此可画出图4示的方框图。
c:
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\iknow\docshare\data\cur_work\hiphotos.baidu\%C3%F7%BD%CC%CC%EC%CF%C2\pic\item\e8fa92d39ce19538960a168b.jpg
〔图4SGK-10型声光控延时开关方框图〕
结合图4来分析图3。
声音信号（脚步声、掌声等）由驻极体话筒bm接收并转换成电信号，经c1耦合到vt的基极进展电压放大，放大的信号送到与非门（vd1）的2脚，r4、r7是vt偏置电阻，c2是电源滤波电容。
为了使声光控开关在白天开关断开，即灯不亮，由光敏电阻rg等元件组成光控电路，r5和rg组成串联分压电路，夜晚环境无光时，光敏电阻的阻值很大，rg两端的电压高，即为高电平间t=2πr8c3，改变r8或c3的值，可改变延时时间，满足不同目的。
vd3和vd4构成两级整形电路，将方波信号进展整形。
当c3充电到一定电平时，信号经与非门vd3、vd4后输出为高电平，使单向可控硅导通，电子开关闭合；
c3充满电后只向r8放电，当放电到一定电平时，经与非门vd3、vd4输出为低电平，使单向可控硅截止，电子开关断开，完成一次完整的电子开关由开到关的过程。
二极管vd1～vd4将交流220v进展桥式整流，变成脉动直流电，又经r1降压，c2滤波后即为电路的直流电源，为bm、vt、ic等供电。
下表是常用灯光源技术性能：
.
种类
光效/LMW-1
色温/K
平均寿命/h
供电
白炽灯
15
2800
1000
交流
卤钨灯
25
3000
2000-5000
交流/直流
荧光灯
70
全系列
10000
高压钠灯
100-120
1950/2200/2500
24000
LED
6400〔超高亮、白光〕
100000
直流
2.5器件的选择及检测方法
ic选用cmos数字集成电路cd4011，其里面含有四个独立的与非门电路。
内部构造见图5，vss是电源的负极，vdd是电源的正极。
可控硅t选用1a／400v的进口单向可控硅100-6型，如负载电流大可选用3a、6a、10a等规格的单向可控硅，单向可控硅的外形如图六示，它的测量方法是：
用r×
1档，将红表笔接可控硅的负极，黑表笔接正极（如印制板图所示），这时表针无读数，然后用黑表笔触一下控制极k，这时表针有读数，黑表笔马上离开控制极k这时表针仍有读数（注意触控制极时正负表笔是始终连接说明该可控硅是完好的。
驻极体选用的是一般收录机用的小话筒，它的测量方法是：
100档将红表笔接外壳的s、黑表笔接d，这时用口对着驻极体吹气，假设表针有摆动说明该驻极体完好，摆动越大灵敏度越高；
光敏电阻选用的是625a型，有光照射时电阻为20k以下，无光时电阻值大于100mq，说明该元件是完好的。
二极管采用普通的整流二极管1n4001～1n4007。
总之，元件的选择可灵活掌握，参数可在一定X围内选用。
在测试时先把指针表满偏同时将指针表打到1K档，其次：
用表笔对电容进展放电，在用表进展测试，用红笔接负极，黑笔接正极；
最后：
看指针的偏转，且还要指针复原，如能复原就说明电容正常，不能回到原位那么说明电容漏电。
测试漏电电容方法：
用万用表的电阻挡〔R*100和R*1K〕，将表笔接触电容器两引线。
刚接触时，由于电容充电电流大，表头指针偏转角度大，随着充电电流减小，指针逐渐向R=无穷方向返回，最后稳定处即漏电电阻值。
一般电容器的漏电电阻为几百至几千兆欧，漏电电阻相对小的电容质量不好。
测量时，假设表头指针指到或接近欧姆零点，表示电容器内部短路。
假设指针不动，始终指在R=无穷处，那么意味着电容器内部短路或已失效。
对于电容量在0.1μF以下的小电容，由于漏电电阻接近无穷，难以分辨，故不能此法侧漏电阻或判定好坏。
电解电容器的极性检测：
电解电容的正负极性不允许接错，当极性接反时，可能因电解液的反向极化，引起电解电容器的爆裂。
当极性标记无法识别时，可根据正向连接时漏电电阻大、反向连接时漏电电阻相对小的特点判断极性。
交换表笔前后两次测量漏电电阻，阻值大的一次，黑表笔接触的是正极，因为黑表笔与万用表内电池正极相接〔采用数字万用表时，红表笔接电池正极〕。
但用这种方法有时并不能明显地区分正、负向电阻，所以使用电解电容时，要注意保护极性标记。
二极管测试：
二极管主要分为三种：
整流二极管、稳压二极管、发光二极管；
此外，还有开关二极管。
先打磨引脚，再用指针表测试，因二极管具有单相导电性，所以，在测试时，红笔接负极，黑笔接正极，假设是导通，且红笔接正极，黑笔接负极，为截止，那么说明二极管是正常的，假设不是那么说明二极管是坏的。
注：
发光二极管用10K，其它用1K档；
发光二极管的光线是非常微弱的，因此，在观察是要仔细。
半导体二极管的极性判别一般情况下，二极管有色点的一端为正极，如2AP1-2AP7，2AP11-2AP17等。
如果是透明玻璃壳二极管，可直接看出极性，即内部连触丝的一头是正极，连半导体片的一头是负极。
塑封二极管有圆环标志的是负极，如1N4000系别。
三极管测试：
和所有元件一样三极管也要打磨引脚，然后在进展测试。
用手拿住元件，用指针表来回测量六次，判断出基极、是PNP型还是NPN型。
假设：
红笔不动——PNP型；
黑笔不动——NPN型。
如果是NPN型：
用手捏住三支引脚，用表笔测试两边引脚，并交换表笔；
假设指针偏转较大，黑表笔接的是集电极，另一方那么是发射集。
如果是PNP型：
步骤与NPN型一样，但当指针偏转较大是，黑笔接的是发射极，另一方那么是集电极。
三极管除了判断其管型和极点外，还要判断出它所处的状态，是截止、饱和、还是放大。
光敏电阻：
先用手拿住两只引脚，使其对着光，然后，用数字表测出值；
再用握住使其背光，测出其值。
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〔图5CD4011的内部构造〕
〔图6单向可控硅的外形图〕
可控硅的原理：
可控硅是可控硅整流元件的简称,是一种具有三个PN结的四层构造的大功率半导体器件,一般由两晶闸管反向连接而成.它的功用不仅是整流，还可以用作无触点开关以快速接通或切断电路，实现将直流电变成交流电的逆变，将一种频率的交流电变成另一种频率的交流电等等。
可控硅和其它半导体器件一样，其有体积小、效率高、稳定性好、工作可靠等优点。
它的出现，使半导体技术从弱电领域进入了强电领域，成为工业、农业、交通运输、军事科研以至商业、民用电器等方面争相采用的元件。
〔如下列图所示〕。
晶闸管T在工作过程中，它的阳极A和阴极K与电源和负载连接，组成晶闸管的主电路，晶闸管的门极G和阴极K与控制晶闸管的装置连接，组成晶闸管的控制电路。
从晶闸管的内局部析工作过程：
晶闸管是四层三端器件，它有J1、J2、J3三个PN结图一，可以把它中间的NP分成两局部，构成一个PNP型三极管和一个NPN型三极管的复合管图二.
当晶闸管承受正向阳极电压时，为使晶闸管导铜，必须使承受反向电压的PN结J2失去阻挡作用。
图2中每个晶体管的集电极电流同时就是另一个晶体管的基极电流。
因此，两个互相复合的晶体管电路，当有足够的门极电流Ig流入时，就会形成强烈的正反应，造成两晶体管饱和导通，晶体管饱和导通。
设PNP管和NPN管的集电极电流相应为Ic1和Ic2；
发射极电流相应为Ia和Ik；
电流放大系数相应为a1=Ic1/Ia和a2=Ic2/Ik，设流过J2结的反相漏电电流为Ic0,
晶闸管的阳极电流等于两管的集电极电流和漏电流的总和：
Ia=Ic1+Ic2+Ic0或Ia=a1Ia+a2Ik+Ic0
假设门极电流为Ig,那么晶闸管阴极电流为Ik=Ia+Ig
从而可以得出晶闸管阳极电流为：
I=（Ic0+Iga2）/〔1-〔a1+a2〕〕〔1—1〕
硅PNP管和硅NPN管相应的电流放大系数a1和a2随其发射极电流的改变而急剧变化。
当晶闸管承受正向阳极电压，而门极未受电压的情况下，式〔1—1〕中，Ig=0,（a1+a2）很小，故晶闸管的阳极电流Ia≈Ic0晶闸关处于正向阻断状态。
当晶闸管在正向阳极电压下，从门极G流入电流Ig,由于足够大的Ig流经NPN管的发射结，从而提高起点流放大系数a2,产生足够大的极电极电流Ic2流过PNP管的发射结，并提高了PNP管的电流放大系数a1,产生更大的极电极电流Ic1流经NPN管的发射结。
这样强烈的正反应过程迅速进展。
当a1和a2随发射极电流增加而〔a1+a2〕≈1时，式〔1—1〕中的分母1-〔a1+a2〕≈0,因此提高了晶闸管的阳极电流Ia.这时，流过晶闸管的电流完全由主回路的电压和回路电阻决定。
晶闸管已处于正向导通状态。
式〔1—1〕中，在晶闸管导通后，1-〔a1+a2〕≈0,即使此时门极电流Ig=0,晶闸管仍能保持原来的阳极电流Ia而继续导通。
晶闸管在导通后，门极已失去作用。
在晶闸管导通后，如果不断的减小电源电压或增大回路电阻，使阳极电流Ia减小到维持电流IH以下时，由于a1和a1迅速下降，当1-〔a1+a2〕≈0时，晶闸管恢复阻断状态。
2.6安装制作
准备好全套元件后，用万用表粗略地（因出厂前已测量过）测量一下各元件的质量，做到心中有数。
焊接时注意先焊接无极性的阻容元件，电阻采用卧装，电容采用直立装，紧贴电路板，焊接有极性的元件如电解电容、话筒、整流二极管、三极管、单向可控硅等元件时千万不要装反，注意极性的正确，否那么电路不能正常工作甚至烧毁元器件。
印刷电路图如图七所示。
〔图7印刷板电路图〕
元件清单表
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LED使用考前须知：
〔1〕由于LED的工作电压变化0.1V，工作电流可能变化20mA左右。
为了平安，普通情况下使用串联限流电阻，极大的能量损失显然不适合太阳能草坪灯，并且LED亮度随工作电压变化。
采用升压电路是一个好方法，也可以用简单的恒流电路，总之一定要自动限流，否那么将损坏LED。
〔2〕一般LED的峰值电流50~100mA，反向电压6V左右，注意不要超过这个极限，尤其在太阳能电池反接或者蓄电池空载，升压电路峰值电压过高时，很可能超过这个极限，损坏LED。
〔3〕LED温度特性不好，温度上升5℃，光通量下降3%，夏季使用要注意。
〔4〕工作电压离散性大，同一型号，同一批次的LED工作电压都有一定差异，不宜串联使用。
一定要并联使用，应该考虑均流。
〔5〕超高亮白光LED色温为6400k~30000k。
目前，低色温的超高亮白光LED尚没有进入市场，因此用超高亮白光LED制造的太阳能草坪灯光穿透能力比拟差，所以在光学设计上要注意。
〔6〕静电对超高亮白光LED影响很大，在安装时要有防静电设施，工人要佩带静电手腕。
受静电伤害的超高亮白光LED当时可能凭眼睛看不出来，但是使用寿命将变短。
2.7装调试及故障分析
1、翻开电源，给系统加上鼓励信号源〔如系统的啪手声、打击声〕，用眼睛直接观察灯泡是否亮和按时熄灭。
强光下，用手在麦克风附近拍打，看发光二极管是否发光。
假设灯亮了，那么应该用2中的方法来判断故障部位，并加以改正。
用手遮住光敏电阻，还是用手在麦克风附近拍打，看等是否亮，假设亮了，再观察它到底能够亮多久，假设不能够准确定时40秒钟，要及时修改元件参数，让其准确定时。
2、故障寻、检常
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