声光双控灯.docx

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声光双控灯

郑州轻工业学院

本科毕业设计（论文）

题目

学生姓名

专业班级

学号

院（系）

指导教师（职称）

完成时间2010年6月4日

声光双控灯的设计与制作

摘要

本文介绍的是一种声光双控电子开关的原理和设计，它是由集成芯片CD4011和晶闸管为核心实现的，驻极话筒的声音信号和光敏电阻感受到的光信号以“与”的关系来控制CD4011输出高低电平，经过延时，然后CD4011的输出控制晶闸管的导通和断开，从而控制灯泡的亮与灭。

在白天，无论有无声音，这种电子开关控制灯泡不亮，但是在晚上，一旦有声音，电子开关便控制灯泡自动点亮，经过一段时间，灯自动熄灭，这种装置可广泛使用于楼梯、走廊及厕所等公共场所的照明控制，它不但结构简单、方便实用、安全并能延长灯泡寿命，而且具有明显的节约能源的作用。

关键字节能开关/光控/声控/自动延时/CD4011

SoundandLightdoublecontrolswitch

ABSTRACT

Thisarticledescribesadual-energysoundandlightcontroltheoryanddesignofelectronicswitch,whichisintegratedcorechipCD4011andthyristorachieved,inmostmicrophonevoicesignalandphotosensitiveresistancefeltlightsignals"and"relationshiptocontroltheCD4011outputhighandlow,afteradelay,thenCD4011outputcontrolthyristorconductionandofftocontrollightbulbonandoff.Duringtheday,withorwithoutsound,thiselectronicswitchcontrollampdoesnotlight,butatnight,ifthereisvoicecontrolledelectronicswitchwillautomaticallylightbulb,overtime,lightsturnoff,thedevicecanbewidelyusedinthestairs,corridorsandtoiletsandotherpublicplaces,lightingcontrol,itisnotonlysimple,convenientand

practical,cost-effective,safeandcanextendlamplife,andobviouslytheroleofenergyconservation.

KEYWORDSEnergyswitch;lightcontrol;voice;automaticdelay;CD4011.

1引言

随着电子技术的发展，尤其是数字技术的发展，用数字电路技术实现灯的自动发亮、节能节电、延长灯的寿命变得越来越重要，而且贴近我们的实际生活。

声光控电路已成为人们日常生活中必不可少的必需品，它不需要开关，当有人经过时会自动的亮；广泛应用于走廊、楼道招待所等公共场所，给人们的生活、带来极大的方便。

因此，得到了广泛的应用。

声光控电路是声音和光控制电路工作的电子开关。

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，来进行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较有特色。

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发展的现代科技。

也因如此，照明灯的需求也在不断地发展，人类有意识地采用各种方法改进它。

照明，不仅改变了人们”日出而作，日落而息“的生活方式，也充斥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功效。

我想这要归功它的结构及发明原理啊！

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发展脉络上进一步了解它的发明原理，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。

从小的突破点入手，掌握又一项科技知识，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，可以达到节能的目的。

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迎。

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、花样、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结构调整的重点。

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，发达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发展中国家转移，而中国又是一个比较适合的国家，一是中国具备生产这些产品的条件，二是劳动力成本比较低，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。

基础设施建设方面：

机场、铁路、港口、城市轨道交通等讯速发展，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，已从大城市发展到中小城市。

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，新标准基本与国际接轨，对不同场合的照明提高了要求，也需要我们不断的创新。

2方案设计与论证

设计要求电子开关控制灯泡白天不亮，只有在晚上且声音时才亮，并且可自动延时。

可靠性、安全性、寿命性能要良好、价格低。

分析此设计要求，则设计方案中要有声音信号和光信号的接收来控制开关的通断。

想出以下两种设计方案。

2.1设计任务与要求

1.白天正常光照下，无论有无声音，该开关不动作，灯不亮；

2.夜晚无声音的时候，灯不亮；有声音触发时，开关动作，灯亮；

3.灯亮一定时间以后，自动熄灭且延时时间可调；

4.可靠性、安全性、寿命性能要良好、价格低；

2.2方案一

系统主要采用六个三极管9014来控制可控硅的导通与断开，从而实现灯泡的亮灭。

工作原理图如图1所示。

220V市电经D2，D3，D5，D6桥式整流，再经D1，R1，然后经过稳压二极管D4削波，C3滤波得到12V直流供电路工作。

蜂鸣片Y1接收的声音信号和光敏电阻LR接收的光信号控制六个三极管9014的导通与截止，从而控制可控硅Q3的通断，实现灯泡的亮灭，C5和R11构成延时电路，实现自动延时。

图2-1

2.3方案二

系统采用CD4011为核心控制晶闸管的通断。

其工作电路如图2-2所示。

二极管D2-D5组成桥式整流电路将220V市电变成脉动直流电压，再经过R7限流，D6稳压，C2滤波输出10V直流电压，为集成块CD4011及三极管Q1提供电源。

驻极话筒MIC的声音信号和光敏电阻RG感受到的光信号以“与”的关系来控制CD4011输出高低电平，经过C3和R6构成的延时电路，实现自动延时，然后CD4011的输出控制晶闸管的导通和断开，从而控制灯泡的亮与灭。

图2-2

比较以上两种设计方案，二者都方便实用，安全可靠，并节约能源，但方案二的原理及电路明显简单，所用器件少，更有利于硬件的制作，故采用方案二。

3单元电路设计与参数计算

本设计的原理框图如图3-1所示。

本设计主要由桥式整流电路、降压滤波电路、声音信号输入电路、光信号输入电路、延时控制电路以及负载电路6部分组成。

图3-1

3.1整流电路背景知识介绍

1、交流电：

电路中的电压（电流）的大小和方向随时间进行周期性变化的电压（电流）称为交流电，若遵循正弦规律变化则为正弦交流电。

例如：

常用的市电为单相正弦交流电，电压为220V，频率为50HZ。

2、直流电：

电路中的电压（电流）的方向不发生变化的称为直流电。

例如：

常用的AA干电池电压为1.5V；锂离子充电电池电压为3.6V。

3、整流：

将交流电转换为直流电的过程。

4、滤波：

单相整流电路整流后的直流电为脉动直流电，其中仍包含较多的交流成分，为保证电源质量需要滤除其中的交流成分，保留直流成分，将脉动变化的直流电变为平滑的直流电称为滤波。

5、单相整流滤波电路：

将电网220V的单相交流电路进行整流、滤波，输出平滑的直流电。

图3-2

6、常见整流电路：

（1）单相半波整流电路

图3-3

（2）单相全波整流电路

图3-4

（3）单相桥式整流电路

图3-5

在整流滤波电路中，单相桥式整流电容滤波电路应用最为广泛。

3.2桥式整流电路

它是由二极管D1、D2、D3、D4组成。

其功能是将220V的交流市电转换为脉动直流电压。

整流电路的工作原理：

 桥式整流电路是最基本的将交流转换为直流的电路，如图3-6所示。

整流电路中的二极管是作为开关运用，具有单向导电性。

根据图3-6的电路图和图3-7的波形图可知：

当正半周时，二极管D1、D3导通，在负载电阻上得到正弦波的正半周。

当负半周时，二极管D2、D4导通，在负载电阻上得到正弦波的负半周。

在负载电阻上正、负半周经过合成，得到的是同一个方向的单向脉动电压。

图3-6桥式二极管整流电路

图3-7桥式二极管整流电路波形

参数计算：

二极管桥式整流电路输入、输出之间的数量关系及二极管选择的条件：

输出电压、电流与输入电压的关系：

VO=2×0.45V2=0.9V2

IO=0.9×（VO/RL）

二极管所承受的电流及耐压值

IV=IO/2=0.45×（VO/RL）

VRM=V2m

单向桥式整流电路二极管选择条件：

IVZ≥IO/2=0.45×（VO/RL）

VRM≥V2m

3.3降压滤波电路

由电阻R5、R7、电容C2和稳压管D6组成。

电路中灯泡也起到了很重要的降压作用。

桥式整流电路输出的脉动直流电压经过R7限流降压，电容C2滤波，从而得到比较小的直流电压加到稳压管D6上，获得10V左右的直流电压，作为控制电路的直流电源。