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声光控节能灯设计

电子信息工程《专业基础课程设计》研究报告

声光控节能灯的设计

学生姓名：

XXXX

学生学号：

XXXX

指导教师：

所在学院：

XXXX

专业班级：

XXXX

年月

信息技术学院

课程设计任务书

院专业级，学号姓名

一、课程设计课题：

二、课程设计工作日自年月日至年月日

三、课程设计进行地点：

四、程设计任务要求：

（详细内容见课程设计文档）

1.课题来源:

2.目的意义:

3.基本要求:

课程设计评审表

指导教师评语：

成绩：

签字：

日期：

目录

一、绪论6

1.1声光空节能灯的设计的意义6

1.2课题目前发展状态6

二、方案论证7

2.1课题分析7

2.2设计方案8

2.2．1方案一：

8

2.2．2方案二：

9

2.2．3方案三：

10

2.3方案分析与确定10

2.3．1设计要求分析10

2.3．2确定方案11

三、电路的工作原理12

3.1电源电路原理图12

3.1．1电路元件的选择及型号的计算12

3.1．2电源电路图14

3.2光控电路14

3.2．1电路原理图及各部分电路的功能分析14

3.2．2电路元件参数整定15

3.3声控延时电路16

3.3．1电路结构及功能分析16

3.3．2元器件参数的计算及型号选择18

四、器件的选择及检测方法20

4.1元器件的选择与介绍20

4.1．1元器件的选择20

4.2元器件的介绍及检测20

4.2．1可控硅的介绍与检测20

4.2．2二极管的介绍与检测21

4.2．3三极管的介绍与检测21

4.2．4电解电容的极性检测22

4.2．5光敏电阻的分类与检测22

4.2．6驻极体话筒的介绍22

4.2．7压电陶瓷片的介绍23

五、设计总结23

5.1课程设计总结23

5.2设计体会24

六、谢词24

七、参考文献与附录25

摘要

“绿色照明”是20世纪90年代初提出的照明领域的新方针。

现在，公共场所各种照明灯的应用也逐渐增多，日常生活中各种灯的应用量也加大，用电量也逐步加大。

而生活中我们用的最为平常的灯则是楼道里的照明灯，住过居民楼的人都应该知道，楼道很窄，晚上行走很不方便，如果让楼道的照明灯一直亮着，则难免会浪费国家资源，因此设计一种既不浪费国家电力又很方便实用的照明灯系统是很有实用价值意义的一件事。

在学校、机关、企业等单位的公共场所以及居民区的公共楼道，长明灯现象十分普遍，这造成了能源的极大浪费。

另外，由于频繁开关或者人为因素，墙壁开关的损坏率很高，增大了维修量、浪费了资金，因此声光控节能灯使用，极大的节约了资源。

该设计是一种电路新颖、安全节电、结构简单、安装方便、使用寿命长的声光双控白炽灯节能照明灯。

声光控是通过光敏电阻来实现的，当光敏电阻在背光的的时候灯就会慢慢的熄灭，即这时也是人走过了的时候。

在有的电路中这种原理也可以通过声音的振动来实现，当人走过是只需用手轻排一下灯就会自动的亮，人离开后又熄灭。

这样就给路人提供了相应的方便，同时，也达到了节电和节能的目的，延长了灯的使用寿命。

在实际生活中节电节能，能够实现更多的自动化。

关键词：

绿色照明，节能灯，声光控电路，发光二极管

Abstract

"Greenlighting"intheearly20thcentury90lightingproposednewapproach.Now,alllightsinavarietyofapplicationsinpublicplacesisgraduallyincreasing,inourdailylifeapplicationofvariouslightamountoftheincrease,consumptionslowlyincreased.However,lifeofthemostcommonweuseisinthecorridoroflamplights,thepersonlivedthedwellerbuildingwouldknowthatcorridorisverynarrow,theeveningwalkisnoteasy,iffloodlightshavebeenon,itwillbehardtoavoidwastestateresources,sothedesignofadoesnotwastenationalpowerandveryconvenientandpracticalfloodlightsystemisverypracticalvaluesignificanceofonething.

Inschools,offices,enterprises,andotherpublicandresidentialneighborhoodofpubliccorridor,ever-burninglampsphenomenaareverycommon,thiscreatesatremendouswasteofenergy.Inaddition,duetofrequentswitchorman-madefactors,thewallsoftheswitchdamagerateisveryhigh,increasedmaintenancequantity,wastemoney,sothesoundelectricenergysavinglampsuse,greatlysavesresources.

Thisdesignisakindofcircuitnovel,safetysection,simplestructure,easyinstallation,servicelifelongsoundandlightdoubleaccusedofincandescentlampenergysavinglighting.Soundelectricisthroughthephotoconductiveresistancetoimplementation,whenphotoconductiveresistanceinthetimeoflightwillslowlyextinguished,namelyatthistimealsoisapersonthroughthe.Insomecircuitthisprinciplecouldbethroughthesoundvibrationstorealize,whenpeoplewalkisjustarowwithhandlegentlylightwillbelight,peopleleaveandgoout.Thisstranger,withacorrespondingconvenience,atthesametime,alsoachievedpowersavingandthepurposeofsavingenergyandprolongtheservicelifeofthelamp.Inthepracticallifesavingenergysaving,canrealizemoreautomation.

Keywords:

GreenLighting,Energy-savinglamps,soundelectriccircuit,Light-emittingdiodes

一、绪论

1.1声光空节能灯的设计的意义1．1交通灯控制电路设计的意义

随着电子技术的发展，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。

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。

1．2课题目前发展状况1.2课题目前发展状态

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。

加入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，而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，而由此带来的巨大挑战与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，而中国也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，基础设施建设、城市亮化工程建设都需要照明，这将预示着我国照明市场仍有很大的潜力可挖。

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，既是当前摆在我们面前的课题，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，对照明电器产品也提出更高的要求。

从国际市场分析，虽然我们的出口逐年大幅度增长，但我国大部分产品在国际市场仍属中低档次，与发达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，因此要清醒地认识错误，保证产品的质量才能不断地进步，从而目标成为照明行业中的生产强国，为照明电器行业的健康发展做出更大的贡献。

二、方案论证

2.1课题分析

本课题研究设计一个声光控节能灯，当无人通过的时，或当在白天或光线很好时有人通过或者是光线暗但是没人通过是，节能灯均不会开启照明，而当在夜晚或光线较暗时，遇到声响（例如脚步声，说话声等），节能灯可自动开启照明，并且延时一段时间后自动熄灭。

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。

该声光控节能电路应由电源电路、声控电路、光控电路和延时电路四部分组成。

通过模拟电子技术的学习，利用555稳态及单稳态工作状态的系统设计方法，结合光敏电阻的随着外部环境的阻值改变的特性，给出光控灯的设计方案，在此基础上结合数字电子技术的优点，引入拾音器将声控功能加如其中，同时实现声控和光控。

声光控电路是声音和光控制电路工作的电子开关，该电路由电源电路、声控电路、光控电路和延时控制开关电路等组成，其电路框图如下图所示（图2-1）。

当光线暗时，声音信号（脚步声、讲话声等）由驻极体话筒BM接收并转换为电信号，经放大器进行电压放大，再经触发器整形为陡峭的脉冲信号，再经过控制门延时控制，使电子开关VT1导通、继电器K吸合，从而接通照明灯的电源使其点亮。

当声音消失后，由于延时电路的作用，照明灯点亮数十秒后自动熄灭。

当光线强时，由于光照比较强，通过感光器光二极管导通，再通过光控门D2-3使控制门关闭，声控信号不起作用，因而照明灯不亮。

图2-1

2.2设计方案

2.2．1方案一：

采用集成电路作逻辑控制制作的声光双控延迟照明灯，原理图如下所示（图2-2）：

图2-2

如电路图2-2所示，控制回路由四2输入端与非门CD4011为核心构成。

与非门U1:

D组成线性放大器，用来放大话筒MK1输入的音频信号；与非门U1:

C组成光控开关，由光敏电阻R11控制；与非门U1:

B、U1:

A组成单稳态电路，控制灯泡的点燃与熄灭，并决定着灯亮后的延迟时间。

图1-2中单稳态触发器与多谢振荡器一样是一种基本脉冲电路，它只有一种单一的稳态状态，在外来触发脉冲的作用下，虽然也能使它的状态发生翻转，却是暂时的，经过一定的时间延迟，又会自动返回原来的稳定状态，利用其特性可以构成了定时或延时电路。

该设计中采用两个与非门可以方便地组成单稳态触发器，如图2-3所示。

图2-3

声光控延时电路原理图见图2-2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，使电路结构简单，工作可靠性高。

与非门逻辑功能是“见0出1，全1为0”。

白天光线较强，光敏电阻R11受光照呈现低电阻，使与非门U1:

A两个输入端因R9接地为低电平“0”，所以其输出端为“1”。

与非门U1:

B两个输入端都为“1”，输出端为“0”，电容C5两端都为低电平无法充电。

而三极管V3因基极电阻R10接高电平，所以V3导通，Vs的门极被V3接地而关断，电灯不亮。

由于接R11的U1:

C输入端为低电平“0”，所以V3不管其另一端电平如何变化，电子开关均被封死，电灯不可能被点亮。

晚上，光敏电阻器R11五光照射呈现高电阻，其阻值远大于R8，所以与R8连接的U1:

A的一个输入端为高电平“1”，这就为开灯提供了条件。

当有人走动时，MK1拾取声音信号经C2耦合到与非门U1:

D进行放大，然后经R6向C4充电（充电时间常数极小），使后面连接U1:

C的输入端也变成高电平“1”，根据与非门“全1为0”的逻辑关系，U1:

C输出端变为低电平“0”。

由“见0出1”可知U1:

B的输出端为“1”，即输出高电平，于是向C5充电。

根据电容两端电压不能突变的原理，U1:

A输入端为“1”，姑输出端为低电平“0”，V3截止，可控硅Vs的门极通过V1和R1获得正向触发电流而开通，电灯通电发光。

约经几十余秒，C5充电完毕，U1:

A输入端恢复低电平“0”，输出高电平“1”，使V3导通，Vs失去触发电流，而在交流点过零时及关断，电灯熄灭。

在稳态时，U1:

B的输出端为低电平“0”，C5可通过R9放电，为下次开灯作延时准备。

从而完成了一次完整的电子开关由开到关的过程。

该声光双控延迟照明电路利用逻辑控制该集成电路，起可靠性较高，电路相对较简单。

2.2．2方案二：

如图（图1-4）所示是采用LM324运算放大器制作而成的声、光控楼梯走道延迟照明开关，它也采用二线制接法，可以直接取代普通照明开关，而不必更改室内原有布线。

该设计声光控节能灯电路由拾音乐电路、放大电路、声控电路、光控电路、逻辑电平反转及触发电路、延时电路及电源电路等部分组成。

其中四只电压比较器的运放A1～A4采用一块单电源四运放集成电路LM324，运算放大器LM324是整个电路的核心部分，其中的A1和A2组成了两级同相比例放大器，作用是将MIC输出的微弱信号进行放大，A3、A4是两个电压比较器，分别控制光信号和声音信号。

最后通过A4的比较输出来控制可控硅的导通，进而控制灯的亮灭。

其他元件如图所示，无特殊要求。

光控部分：

当白天光比较强的时候，光敏电阻的阻值较小，运放A3组成的比较器的9脚（反向端）的电位升高，高于其基准电压（比较器的10脚），此时比较器输出低电平，二极管VD1截止，光控电路输出的信号被封锁，此时无论有无声音信号，晶闸管都不会导通，灯都不会亮。

而当夜晚光比较弱的时候，光敏电阻的阻值增大，运放A3组成的比较器的9脚（反向端）的电位降低，低于其基准电压（比较器的10脚），此时比较器输出高电平，二极管VD1导通，光控电路输出的信号被送到运放A4的输入端，此时晶闸管的导通情况完全由声控电路决定。

当有声音信号时，声音信号通过前面的两级放大，送到A4的输入端进行比较放大，输出高电低平，控制晶闸管的导通，进而控制灯的亮和灭。

声控部分：

由拾音电路及放大电路两部分组成声控部分。

其中，话筒B和电阻R1组成拾音电路。

两级运算放大器及外围电阻组成了两级放大电路。

每一级放大电路都是同向比例放大电路，对话筒输出的信号进行放大，确保能够触发晶闸管导通。

图1-4

2.2．3方案三：

如图（附录A）所示是它内部装置主要由声控检测电路、光控检测电路、磁控检测电路、触发电路、单稳态电路、开关组成。

利用555单稳态触发达到有声光双控的延迟照明的效果。

主要组成：

由声控检测电路、光控检测电路、磁控检测电路、触发电路、单稳态电路、开关组成。

声敏元件麦克风V1与电阻R1、R2，组成声敏取样电路，主要是将声信号转变为电信号，为单稳态电路提供触发信号。

光敏三极管、干簧管可以将光信号、磁场信号转变为电信号，为单稳态电路提供触发信号。

2.3方案分析与确定

2.3．1设计要求分析

一、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，该要求主要针对光控制电路，要使电路能够实现对光线强弱的感应，应使用对光线强弱敏感的电子器件，如光敏电阻、光敏二极管等光电传感器。

在电路中，光电传感器根据光线强弱的变化而变化，从而使电路参数发生相应的变化。

由于光控电路的输出状态只有两种：

高电平和低电平。

因此，光控电路可使用555定时器来实现对电压变化的转换。

二、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。

该要求主要针对声控电路，要使电路能够实现对声强的感应，则应使用对声音信号敏感的电子器件，如小型驻极电容话筒、压电陶瓷片等声电传感器。

由于声电传感器收集来的声音信号都比较微弱，所以要对信号进行放大处理。

又因为声音信号是连续振荡的不确定信号，为了便于处理，先将信号波形进行整形，这可以由模拟迟滞比较器来实现。

模拟比较器的输出为高低两种电平信号，利用该信号可以去控制555定时器的触发输入端。

另外，由光控电路的输出控制此555定时器的复位端，来决定声控电路的开启与关闭。

在这两种控制信号的作用下，达到声音控制照明灯亮灭的目的。

三、要求电路能够实现照明灯点亮时间t后自动关断：

该要求可以通过处于单稳模式的555定时器实现（说明：

此处的555定时器与第二条要求中的555定时器为同一片）。

2.3．2确定方案

在这几个方案中，我选择了第三种方案，该设计主要包含四部分电路，分别为：

电源电路、光控电路、声控延时电路、晶闸管开关电路，因为电路简单，制作方便，省去了能耗大、笨重、极易产生热量的电源变压器，具有结构简单、自耗电轻微、性能稳定、灵敏度高、通用性强的特点，也很好的将所学知识运用到其中。

一、电源电路：

电源电路主要为控制电路提供工作电压，本设计采用传统的电源电路设计方法，即降压、整流、滤波、稳压，使电路输出12V直流电压供给控制电路。

二、光控电路：

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。

本设计采用光敏电阻和其他电阻组成的分压电路来控制555定时器的触发输入端2脚，并且将555定时器的2脚和6脚连接在一起，通过一电容接地，555定时器的输出去控制声控电路中的555定时器的复位端。

三、声控延时电路：

该电路主要在光线较弱时起作用。

这主要是通过光控电路的输出来控制的。

在白天，该电路在光控电路的控制作用下，处于关闭状态，对任何声音信号都不响应；在晚上，光控电路将该电路的功能打开，使得该电路能根据外界声音信号作出相应的响应。

本设计采用压电陶瓷片作为声电转换元件，并加入了两级音频信号放大电路和迟滞电压比较器来对声音信号进行处理，经处理后的声音信号控制处于单稳工作模式的555定时器来实现声控及延时功能。

四、晶闸管开关电路：

该电路受声控电路555定时器输出端的控制。

当其输出低电平时，晶闸管截止，由于照明灯与晶闸管串联，所以灯熄灭；当其输出高电平时，晶闸管导通，照明灯点亮。

三、电路的工作原理

本设计的电源电路部分为控制电路部分提供12V直流电压。

由于本设计所涉及的电路最终实现对市电照明灯的控制，控制电路对直流电源的稳定性要求不需要很高，故采用传统的电源电路设计方法就可以产生符合控制电路工作要求的直流电压。

3.1电源电路原理图

3.1．1电路元件的选择及型号的计算

本设计的电源电路原理图如图3-1-1所示，电路包含降压、整流、滤波、稳压四部分。

图中T为降压变压器，其作用是将市电v1=220√2sin（100πt）V进行降压处理变成整流桥所要求的交流电压v2=√2V2sin（100πt）V；整流二极管D1~D4组成整流桥，它将变压器的输出电压进行全波整流；C11为滤波电容，用来滤除整流桥输出电压中的纹波，由于控制电路对电源所要求的功率不是很大，所以本电路采用电容输入式滤波电路；再者，为了防止在三端稳压器U1距离整流滤波电路较远时，线路产生电感效应而使电路自激，所以加入电容C21，该电容一般取0.33uF；U1为三端集成稳压器7812，用来稳定电路的输出电压；稳压器输出端的电容C12是为了滤除低频纹波，它的取值一般较大，主要用来平波；电容C22用以滤除输出端的高频信号，改善电路的暂态响应，该电容大小为0.1μF。

式v2=√2V2sin（100πt）V中，V2=12V，则电容两端电压Vc≈17.0V，符合三端稳压器7812的输入电压要求。

滤波电容C11的选择：

要求电容对电压的耐受能力大于17V。

图3-1-1电源电路原理图

一、元件参数的计算及型号选择

集成三端稳压器7812的有关参数如表3-1-1所示。

正常输出直流电压（V）

输出电压变化范围（V）

输入电压允许范围（V）

输出电流（A）

电压调整率

最小

最大

12.0

11.5~12.5

15.0~17.0

0.1

0.5

10mV/V

表3-1-1

由表可知，要使三端稳压器输出12V的直流电压，则经整流滤波后，滤波电容两端的电压应在15.0~17.0V之间（因为一般输入电压要比输出电压大3～5V，才能保证集成稳压器工作在线性区）。

基于此，变压器选用220V~12V低频电源变压器。

桥式整流电路中的二极管选用最大反向工作电压为400V，额定工作电流为1A的硅整流二极管1N4004。

若设V2为变压器次级线圈的输出电压有效值，Vc为经整流滤波后滤波电容两端的电压。

由于三端集成稳压器的输入阻抗很高，相当于开路，则

Vc≈√2V2（3-1）

由于铝电解电容的耐压范围为6.3V~630V，容值范围为0.45~10000μF，因此，滤波电容C11可以采用铝电解电容CD11-25V。

在三端集成稳压电路中，滤波电容的容值一般为几百到几千微法，由于后面还有电容C21，所以该电容可以取得小一点，可将电容C11取为100μF。

电容C21一般取为0.33μF，可用独石电容，如0.33μF/50V。

电容C12是为了滤除输出直流电压中的低频微波，所以该电容一般也取得比较大，可取用100μF的铝电解电容，其耐压值要大于12V，可采用CD11-16V。

电容C22的选择：

由于电解电容电解电容C11、C12取得比较大，只能滤除低频波动。

对于直流电源中的高频干扰，可通过一小电容C22来滤除，电容C22可选择容值为0.1μF的独石电容器104M/50V（耐压值100V）。