简易声光控延时照明灯含multisim仿真.docx
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简易声光控延时照明灯含multisim仿真
郑州轻工业学院
电子技术课程设计
题目：
简易声光控延时照明灯电路
学生姓名：
专业班级：
学号：
院（系）：
指导教师：
完成时间：
2014年2月21日
郑州轻工业学院
课程设计任务书
题目简易声光控延时照明灯电路
专业学号姓名
主要内容、基本要求、主要参考资料等：
主要内容
1．阅读相关科技文献。
2．学习protel软件的使用。
3．学会整理和总结设计文档报告。
4．学习如何查找器件手册及相关参数。
技术要求
1.要求电路能够通过照明灯开关对光线强弱的感应，控制照明灯第一级开关。
2.要求电路能够通过照明灯开关对声强的感应，在第一级开关开通的前提下，控制照明灯的亮灭。
3.要求电路能够实现照明灯点亮时间t后自动关断，并且时间t可以手动调节。
4.要求电路如果在照明灯点亮期间又有新的声源出现，照明灯应重新通电时间t。
主要参考资料
1．何小艇，电子系统设计，浙江大学出版社，2001年6月
2．姚福安，电子电路设计与实践，山东科学技术出版社，2001年10月
3．王澄非，电路与数字逻辑设计实践，东南大学出版社，1999年10月
4．李银华，电子线路设计指导，北京航空航天大学出版社，2005年6月
5．康华光，电子技术基础，高教出版社，2003
完成期限：
2014年2月21日
指导教师签章：
专业负责人签章：
2014年2月16日
摘要
本设计主要目的是设计简易声光控延时照明灯电路，介绍其组成、性能及工作原理，给出各电路原理图及元件参数选择。
该电路节电效果十分明显，白天光照好，不管过路者发出多大声音，都不会使灯泡发亮。
夜晚光暗，电路的驻极式传声器只要检测到有声响，就会自动点亮为行人照明，过段时间后又自动熄灭，节能节电。
本电路采用两级控制（光线强弱的感应与声强的感应）。
光控电路是根据光线的强弱来优先决定电灯的亮灭。
该电路可以对声控延时电路进行控制，在白天光线较强时，光控电路输出低电平将声控电路封锁；在晚上光线较弱时，光控电路输出高电平，则声控功能打开。
声控电路中采用了双三极管构成的放大电路，将MIC转化的电信号连续放大，通过延时电路控制灯亮及灯亮的时间。
随着现代智能建筑技术的快速发展，智能照明控制技术越来越显现出重要的作用。
它区别于以开关量、手动为主的照明控制方式，具有节能环保、安全稳定、使用灵活等特点。
在日常生活中，这种延时照明控制灯能有效地消除长明灯、节约电能，可广泛用于楼梯、走廊、路灯和厕所等场所的照明。
关键字：
声控电路/光控电路/可重复触发单稳电路?
1．概述1
2．系统总体方案设计2
2.1系统模块2
2.2电源电路2
2.3光控电路3
2.4声控电路3
2.5延时控制电路5
2.6照明灯开关电路6
3．元器件选型8
3.1主要器件介绍8
3.2元器件清单10
结论与个人总结11
参考文献12
附录13
1.概述
该电路采用两级控制（光线强弱的感应与声强的感应）。
光线强时，光敏电阻R8的阻值很小，使得555定时器的复位端4为低电平，不管其他输入端的状态如何，输出端（3端）为低电平，晶闸管断开，电灯不亮；光线弱时，光敏电阻R8的阻值变大，555定时器的复位端4为高电平，555可正常工作；当有声音信号时，可通过驻极式话筒接收处理成交变信号经Q1、Q2放大后，由比较器LM311处理成脉冲信号加到555的触发端2脚，2脚触发时，晶闸管导通，电灯点亮；555和R5、R6、C6、Q3等组成可重复触发单稳电路；通过电容C6充电放电的过程达到延时的效果，定时时间Tw=1.1*（R5+R6）*C6,时间可通过调节R6的大小来控制；通过555的3端控制双向晶闸管VS的控制极的导通和截止，来达到控制照明灯的目的。
2.系统总体方案设计
2.1系统模块
延时控制电路
简易声光控延时照明电路的总体框图为：
照明灯开关电路
声控电路
光控电路
电源电路
照明灯开关对光线强弱的感应，作为控制照明灯第一级开关，所以通过光敏电阻的阻值大小来控制555的复位输入端的电平，从而实现只有在夜晚时555才能正常工作；选择合适的偏置电阻R2、R4，使得Q1、Q2均工作在放大区，且Q2的静态Vce大于4V，这样，在第一级开关开通的前提下，无声音时，555输出端为0，有声音时，经过MIC转换成电信号，经Q1、Q2放大，比较器LM311处理成脉冲波，在其出现下降沿时，555触发端2端输入0，输出端为高电平；通过R5、R6、C6完成电路的延时控制；通过555输出端3端来控制双向晶闸管的控制极，实现电灯的点亮与否。
2.2电源电路
220V市电经过变压器转化为12V的交流电，再经过整流桥整流，电容滤波，三端稳压集成电路稳压转化为+12V的直流电压。
滤波由电解电容C1完成，电容C2、C4可除去一些高频干扰，电解电容C3可在进一步过滤信号的同时储存一些能量，在负载电流突然变大时释放。
选择电解电容时要确保其耐压值不能小于施加在两端的电压，否则电解电容极易发生爆炸。
所以电解电容C1选用25V、2200uF的，C3选用16V、1000uF的，正常情况下它们两端的电压都不会超过其耐压值。
2.3光控电路
在白天时，由于光敏电阻MG45阻值远小于100K，所以，555定时器的复位端4端为低电平，555不工作，当夜晚时，MG45阻值约为1M，此时4端为高电平，555可以正常工作，所以，光控控制电路对电路起总控制作用。
2.4声控电路
MIC接收到足够的声强时，电路产生谐振并输出一个微弱脉冲，从而将声音信号转换为交流电信号。
MIC输出信号是一个非常微弱的信号，为了后续电路能够对声强信号进行处理，必须加入信号放大电路。
图中所示信号放大电路是由电阻R1—R4、Q1、Q2和C5构成，电路中采用了双三极管构成的放大电路，这样可以使电路的放大的倍数比单管放大电路的倍数增加一定倍数，从而得到适合的信号。
R3和R4为放大电路的集电极偏置电阻，C5为放大电路的滤波电容。
通过选取合适的R3、R4，确保Q1、Q2工作在放大区，使得Q2的静态工作点Vce约为4.47V,R10、R11为分压电阻，为LM311比较器的3端提供4V的电压，当无声响时，LM311比较器的输出端7端，输出为12V的高电平，当有声响时，MIC将声音信号转换为交流电信号，在其负半周期，使得Q2的Vce小于4V,使得LM311比较器的输出端7端，输出为0，7端接555的触发端2端，从而实现了对555的控制。
（Multisim仿真）
2.5延时控制电路
延时控制电路的核心部分是555定时器，555集成电路时一种非常有用的，并且应用十分灵活的集成电路。
定时器共有8个引脚，引脚1为接地端，引脚8为电源端，引脚2为触发电平端，引脚3为输出端，引脚4为复位端，引脚5为控制电平端，引脚6为阀值输入端，引脚7为放电端。
从功能表中可以看出：
555集成电路通过改变THRES和TRIG端的电压值，来影响输出端和放电端的状态；同时它还具有储存信号的功能，因此555集成电路的应用十分广泛。
需注意是控制电平端CONT,当它接入任意电压Vcv时，THRES和TRIG端的变化分界点就不再是2/3Vcc和1/3Vcc，而是Vcv和1/2Vcv。
如上图，延时控制电路包括两部分：
第一部分是由三极管和比较器构成的触发信号产生电路；第二部分是由555定时器构成的可重复触发的单稳态电路。
首先，声强信号处理电路的输出信号接三极管Q1的基极。
因为MIC接收到了足够大的声强后，转化后的交流信号经Q1、Q2放大后，使得Q2的Vce经过比较器的作用后，比较器的输出端7端接入555集成电路的TRIG端作为触发电平。
555集成电路构成的可重复触发的单稳态电路处于稳态时，Vthr>（2/3）Vcc,Vtrig>（1/3）Vcc,输出端为0，放电管导通。
当Vtrig=0时，电路进入暂稳态，此时输出端为1，放电管截止。
同时直流电源通过电阻R5、R6对电容C6充电，使得Vthr的值渐渐上升，当Vthr的值大于（2/3）Vcc时，电路重新进入稳态，,输出端为0，放电管导通。
电路暂稳态的持续时间，即C6的充电时间取决于电阻R5、R6和电容C6的数值，其计算公式为：
t=Tw=1.1*（R5+R6）*C6 所以 11s<=Tw<=33s
在电容C6充电期间，在Vthr未充到2/3Vcc之前，如果MIC又接收到声音信号，则三极管Q3导通，电容将再次放电，输出仍然维持在暂稳态，满足了电路如果在照明灯点亮期间又有新的声源出现，照明灯应重新通电时间t的要求。
2.6照明灯开关电路
555的输出端3端接在双向晶闸管的控制极，R9为限流电阻，当3端为高电平时，晶闸管的控制极导通，电灯点亮，当3端为0时，控制极断开，由于为交流电，当电灯两端电压为0时，电灯熄灭，需要控制极重新触发。
3.元器件选型
3.1主要器件介绍
LM311
一、
LM311比较器的1脚=地，4脚=电源V-，8脚=电源V+，2脚=输入+,3脚=输入-,7脚=输出.5脚=平衡,6脚=平衡/选通.电源电压最大:
36V；电源电压最小:
5V，因为其是OC输出（集电极开路），所以输出端接电阻才能正常工作。
NE555
二、
555定时器是一种应用极为广泛的中规模集成电路。
该电路使用灵活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以构成单稳、多谐和施密特触发器。
因而广泛用于信号的产生、变换、控制与检测。
555集成电路的引脚图
阀值输入THRES
触发输入TRIG
复位端
输出端Q
放电管OUT
任意值
任意值
0
0
导通
<（2/3）Vcc
<（1/3）Vcc
1
1
截止
>（2/3）Vcc
>（1/3）Vcc
1
0
导通
<（2/3）Vcc
>（1/3）Vcc
1
不变
不变
由555定时器构成的可重复触发单稳电路工作波形图
BCR1AM-8P
控制极
三、
因为电灯的工作电压为220V的市电，所以选择双向晶闸管BCR1AM-8P（1A400V）,双向晶闸管在结构上相当于两个单向晶闸管的反向并联，但只有一个控制极。
鉴于双向晶闸管的特殊结构，无论在阳极和阴极间接入何种特性的电压，只要控制极上加上一个触发脉冲（不论极性），都可以使双向晶闸管导通。
双向晶闸管广泛应用于工业、交通、家用电器灯领域，可实现交流调压、电机调速、交流开关、温度控制、台灯调光等多种电路功能。
3.2元器件清单
符号
类别
数目
R1、R11
10K
2
R2
2.4M
1
R3
22K
1
R4
2K
1
R5
100K
1
R6
电位器（200K）
1
R7
200K
1
R8
光敏电阻MG45
1
R9、R12
1K
2
R10
20K
1
C1
25V2200uF
1
C2
0.33uF
1
C3
16V1000uF
1
C4、C7
0.01uF
2
C5
0.012uF
1
C6
100uF
1
Q1、Q2
三极管9013
2
Q3
三极管9012
1
T1
（220V/12V变压器）
1
D1
1N4001
4
VR1
MC78L12CP
1
MIC
CRZ-29驻极式传声器
1
U1
NE555
1
U2
LM311比较器
1
VS
BCR1AM-8P
1
LAMP
220V5W灯泡
1
结论与个人总结
通过这次简易声光控延时照明灯的设计，我收获很多。
从开始看到题目时的无从下手，到查找相关的电路书籍和器件手册，慢慢摸索、分析和同学一块讨论，到最终完成这次设计，巩固了以前学过的知识，培养了自己思考、分析、设计、制作和检查电路的能力，同时学会了用不同的元器件来组成电路实现相同的功能，从中比较分析而确定最优的设计组合。
也使我更加熟悉了altiumdesigner软件的使用，同时也学会了用multisim仿真软件检验一些电路设计的正确与否，增强了电路的可靠性。
通过这次设计，使我更好的利用了图书馆资源和网络资源进行自主学习探索，对常见的集成电路器件的功能和引脚接法有了进一步的了解和认识，这让我明白了阅读查找文献的重要性，平时多积累知识，真正到了用的时候，才会得心应手。
同时，也让我看到了自己的不足。
由于英文不是太好，看数据手册和使用软件有些困难，这方面需要提高；知道的的元器件太少，好多常用元器件需要掌握；由于平时只注重理论，没有灵活思考，在遇到问题时，不知从哪入手。
感谢老师给我这次机会，让我学到了很多实用的知识，锻炼了自己动手实践和思考的能力，认识到自身存在的不足。
通过这次设计的感悟，我相信这是我的一个新的起点，以后我能更好的在思考中学习，在实践中进步。
参考文献
1．何小艇，电子系统设计，浙江大学出版社，2001年6月
2．姚福安，电子电路设计与实践，山东科学技术出版社，2001年10月
3．王澄非，电路与数字逻辑设计实践，东南大学出版社，1999年10月
4．李银华，电子线路设计指导，北京航空航天大学出版社，2005年6月
5．康华光，电子技术基础，高教出版社，2003年
6.杨欣，电子设计从零开始第2版，清华大学出版社，2005年10月
7.杨承毅，图表新说元器件，人民邮电出版社，2013年1月
8.李响初，实用电子控制线路200例，中国电力出版社，2009年3月
9.石磊，AltiumDesigner8.0电路设计，清华大学出版社，2009年11月
10.许晓华，Multisim10计算机仿真及应用，清华大学出版社，2011年9月
附录
简易声光控延时照明灯电路总图
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