声光控制节能开关.docx
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声光控制节能开关
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，声音传感器和光敏电阻器的应用，可以直接将声音或光信号转换为电信号，大大简化了电路结构，使声、光控电路的设计显得更加容易。
这不仅解决了无人管理的长明灯现象，节约电能，同时，也符合我国节约能源的战略方针，符合落实科学发展观和社会经济可持续发展的要求，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，经放大后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。
本文设计的照明自动控制电路，同时具有声控和光控功能，由声音和光线触发，白天电路不工作，灯灭。
天色较暗时和晚上电路可由声音触发，延时30s后自动熄灭（延时时间可根据不同的使用场所自行设定），节电又方便，简单易制、成本低、可靠性高，是各类场所照明自动控制的很好方案。
1.设计内容
1.1设计题目
声光控制节能开关
1.2总体构想
光线充足时由光控电路去控制定时器输出低电平，促使开关不闭合，当光线不充足时光控电路控制定时器工作，再根据声控电路是否有声音信号去控制定时器，使他输出一个高电平，使电路导通，开关闭合，电路接通等亮，由单稳态触发延时一定时间然后开关断开，灯熄灭。
1.3元器件
光敏电阻，驻极体话筒，运放LM358，555定时器，三极管，发光管，电容，电阻等。
1.4主要元器件介绍
1.4.1光敏电阻
光敏电阻器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。
可见光光敏电阻器：
包括硒、硫化镉、硒化镉、碲化镉、砷化镓、硅、锗、硫化锌光敏电阻器等。
主要用于各种光电控制系统，如光电自动开关门户，航标灯、路灯和其他照明系统的自动亮灭，自动给水和自动停水装置，机械上的自动保护装置和“位置检测器”，极薄零件的厚度检测器，照相机自动曝光装置，光电计数器，烟雾报警器，光电跟踪系统等方面。
图1光敏电阻形状
1.4.2驻极体话筒
驻极体话筒具有体积小、结构简单、电声性能好、价格低的特点，广泛用于盒式录音机、无线话筒及声控等电路中。
属于最常用的电容话筒。
由于输入和输出阻抗很高，所以要在这种话筒外壳内设置一个场效应管作为阻抗转换器，为此驻极体电容式话筒在工作时需要直流工作电压。
图2驻极体话筒结构图
1.4.3运放LM358
LM358是常用的双运放,这里我们介绍一下他的一些资料以及简单电路应用。
LM358里面包括有两个高增益、独立的、内部频率补偿的双运放，适用于电压范围很宽的单电源，而且也适用于双电源工作方式，它的应用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运放的地方使用。
LM358的特点:
1.内部频率补偿
2.低输入偏流
3.低输入失调电压和失调电流
4.共模输入电压范围宽，包括接地
5.差模输入电压范围宽，等于电源电压范围
6.直流电压增益高（约100dB）
7.单位增益频带宽（约1MHz）
8.电源电压范围宽：
单电源（3—30V）；
9.双电源（±1.5一±15V）
10.低功耗电流，适合于电池供电
11.输出电压摆幅大（0至Vcc-1.5V）
图3LM358引脚图图4LM358内部结构图
1.4.4555定时器
集成定时器555电路，是一种数字、模拟混合型的中规模集成电路，应用十分广泛。
它是一种产生时间延迟和多种脉冲信号的电路，由于内部电压标准使用了三个5K电阻，故取名555电路。
其电路类型有双极性和CMOS型两大类，二者的结构和工作原理类似。
二者的逻辑功能和引脚排列完全相同，易于互换。
555电路的引脚排列图5如图所示，其功能表如表1所示。
555电路构成，单稳态触发器，如图6。
输出电压Vo的脉宽t=RCln3，555定时器内部电路见图7。
图5555定时器引脚排列图图6单稳态触发器
表1555定时器的功能表
6（高触发端）
2（低触发端）
4（复位端）
3（输出端）
7（放电端）
L
L
导通
>
>
H
L
导通
<
>
H
不变
不变
<
H
H
截止
图7555定时器内部结构
2.主要电路
光控电路是根据光线的强弱来优先决定电灯的亮灭。
声音信号由驻极体话筒MIC接收，经过反比放大，放大的信号送到555定时器的2脚。
并进行延时，在白天光线较强时，该电路在光控电路的作用下，处于关闭状态，对任何声音信号都不响应，在晚上光线较弱时，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做出相应的响应。
555定时器的输出去控制三极管是否导通。
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。
2.1.光控部分工作原理
图8光控部分电路图
工作原理：
当光线充足时，光敏电阻阻值很小，处于关闭状态，对任何声音信号都不响应，在晚上光线较弱时，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做出相应的响应。
2.2声控部分工作原理
图9声控部分电路图
工作原理：
声音信号通过驻极体话筒输入，通过电容滤波后输入LM358声控放大电路，经放大后输入555定时器的2脚，低电平触发工作。
其中电容C3为耦合电容，R11和R9的作用是对输入信号进行抬升；R7和电容C1的作用是对声音信号进行放大。
2.3压降整流滤波电路
D1,D2,C5,MC78L05CP构成整流电路，为元件提供工作所需直流电压
图10压降整流滤波电路
2.4整体原理图
当白天时，光敏电阻
R2成低阻状态，处于关闭状态，LM358运放比较器1端输出低电平给555定时器4脚,555定时器3脚则保持低电平，继电器开关K保持断开状态，照明电路断开。
当夜晚时，光敏电阻R2成高阻状态。
阻值远远大于R3，输出高电平给555的4脚555有效工作。
当话筒未接收到声音时，LM358的7脚输出为高电平，输入到555定时器2脚，555定时器3脚则保持低电平，继电器开关K保持断开状态，照明电路断开。
当话筒接收到声音时，LM358的7脚输出为低电平。
由于电容两端电压不能突变，电压抬升，经过LM358运放比较器后输出低电平。
输入到555定时器2脚，当555定时器2脚接收到一个低电平时，555定时器3脚则输出一定时间的高电平，使三极管导通，继电器开始工作，继电器开关K闭和，照明电路接通。
照明持续一段时间后，555定时器3脚变为低电平，继电器开关K关断，照明电路断开。
2.5参数设计
当光线充足时，光敏电阻阻值很小，LM358的3脚分压小，电压比较器输出1脚为低电平。
555定时器电路4引脚为低电平有效，此时不管2脚输入为高或低，OUT输出端直接复位为0，555定时器不工作，电子开关不闭合。
当光线不充足时，光敏电阻阻值很大，LM358的3脚分压大，故电压比较器反相输入，输出为高电平，555定时器的直接复位端4脚无效。
这时若有声音信号通过驻极体话筒输入，通过电容滤波后输入LM358声控放大电路，经放大后输入555定时器的2脚，触发器工作，三极管导通，电子开关闭合工作，并延时30s后自动熄灭。
，要使LM358的2脚和5脚的电压为2.5
，必须选用两对阻值一样的电阻，这里在5引脚选用4.7
，在2引脚选用1
。
要使延时时间为30s即使
s，选用270
电阻和100uf的电容。
3.心得体会
为期三周的电子课程设计即将结束，回顾这三周真是收益匪浅。
以前对知识的了解仅限于理论知识，而且是有的能够理会，有的只是停留在似懂非懂的状态。
对于器件就不知道有什么用途，也就更加难以理解。
但这三周之后，我对电子技术有了更深的理解，知道了自己的不足，同时也明白了所学知识的重要性，培养了自己对课程设计学习的兴趣。
之前，我们在学校很难有机会锻炼自己的动手能力，刚设计时不免有一些不知所措。
但在老师的指引下我参考了很多资料书，查阅了相关知识之后，才渐渐有了思路。
对于我们这些大四即将毕业的学生而言，这是一次难得锻炼机会。
这次课程设计让我学到了很多东西，不仅巩固了先前学的电子技术的理论知识，而且也培养了我的动手能力，更令我的创造性思维得到拓展。
最后，我能顺利完成这次课程设计，不仅要感激老师平时的教导，尤要感谢指导老师的耐心指导，是他的指导才让我的设计更加完善合理。
4元器件清单
序号
名称
型号规格
位号
数量
1
声电转换器
MIC
1
2
整流器
D2
1
3
光敏电阻
R2
1
4
电压放大器
LM358
1
5
555定时器
1
6
电容
0.01uf
C2
1个
7
电容
100uf
C4,C5
2个
8
电容
10uf
C1,C3
2个
9
电阻
1K,4.7k,1k,
4.7k,270k,
150k,10k,
4.7k,56k,4.7k
R1,R3,R4,
R5,R6,
R7,R8,
R9,R10,R11
各一个
5参考文献
1、荣君雅数字电子技术机械工业出版社
2、标准集成电路数据手册TTL电路电子工业出版社
3、康华光电子技术基础（数字部分）高等教育出版社
4、黄继昌数字集成电路应用300例人民邮电出版社
5、肖景和数字集成电路应用精粹人民邮电出版社
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