声光控路灯的设计讲解

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1、摘 要 关于路灯的自动控制电路，基本原理都是相同的，即利用自动控 制理论如何实现自动控制。路灯控制电路实现的方式、种类繁多， 在满足性能指标要求的情况下，应尽量以强宜的性价比基于分立元 件实现的模拟电路，根据具体环境使用的差异在电路选择上有所侧 重。本电路使用广泛，功能完善，成本低廉，而且设计电路简单， 采用常用的电子元器件构成，使用非常方便，而且此电路具有延时 时间可调的功能，照明装置采用低耗能高亮度 LED,具有节能降耗的 功能，并具有光控、声控的双重功能，可广泛用于多个场合。声控 路灯需要具有在白天不能工作，而在晚上正常工作的功能，因此需 要一个光电开关来控制声控路灯在白天和晚上的工作状

2、态。主要实 现利用声控电路、光控电路同时控制路灯，以实现照明的目的。 关键词： 声控电路、光控电路、电路、设计 I 目 录 摘摘 要要I I 1 1 前前 言言1 1 2 2 声光控路灯的设计方案声光控路灯的设计方案 2 2 2.1 设计思路 2 2.2 总体方框图 2 2.3 总的设计原理分析 3 3 3 硬件电路的设计硬件电路的设计 5 5 31 声控电路 .5 3.2 光控电路 6 3.3 其他电路 7 4 4 软件软件部部分的设计分的设计1212 4.1 软件介绍12 4.2 软件流程12 5 5 设计中遇到的问题及解决方案设计中遇到的问题及解决方案1414 6 6 总结及心得总结及心

3、得1515 7 7 参考文献参考文献1616 8 8 致致 谢谢1717 0 1 1 前前 言言 控制路灯常见的控制方式有光控、声控、以及声光结合的控制,当然还可以 利用单片机,DSP 等微控制器来实现。在保证足够可靠性的基础上为了尽量节 约成本,利用简易的分立元件来实现,显得既经济又实用,在提倡构建节约型社会 的今天无疑值得推广。在信息技术不断发展，人类文明不断进步的时代，越来 越多的电子产品开始占据人们的日常生活和工作，在很多公共场所，只要短时 间照明的场所，就需要安装一些电子器件，即能够自动控制开关，在有人的时 候亮，人走之后，能持续一段时间，路灯控制器是一种声光控制器件，能实现 这种功

4、能，即在白天光线比较亮不需要照明的时侯，能够使电路工作，自动控 制灯打开，能够在声音消失后，延时照明一段时间，以实现照明的目的。 声光控节能路灯具有许多实际意义：一是省电，灯泡不会很长时间亮着， 所以节电效率很高，达 80%左右。二是便利，不需要接触，全自动智能控制； 另外接线简略，安装便利，是公共场所照明的首要选择。再者，随着科技的发 展，公共场所照明控制手段也将慢慢更新，除此刻已有的声光控开关外，另外 有微波感应开关以及热释远红外感应开关。今朝，微波感应开关的抗干扰性能 尚不完善，红外感应开关在性能上较为稳定，但安装复杂，比较娇气，价格也 偏高，比较适合在一些管理完善的场所如宾馆、大饭店楼

5、道及居家走廊应用。 在普通住宅楼，办公楼道等场所的照明控制考虑到价格、管理及安装便利等因 素，按照我国国情，可以估计在相当长一段时间内，声光控路灯将是首选的产 品。所以对这一课题的研究是必要的。 世界的发展离不开能量物质，声光控开关能较好的为解决世界能量危机供 给一点帮忙，有助于我国实现可连续发展，构建节约型社会。 1 2 2 声光控路灯的设计方案声光控路灯的设计方案 2.1 设计思路 此次设计的电路是声光控制路灯电路，在此电路中希望达到的目的是，使 电路能根据声音和光线的作用自动发光，并且自动熄灭。在白天强光照射时， 电路中灯泡不发光；而晚上无灯光或被遮光，并且有声响时灯泡发光，且延续 30

6、 秒后熄灭。 此电路图的设计主要是基于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 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 光控延时开关不仅使用于与住宅区的楼道，而且也适用于工厂、办公楼，教学 等公共场所，用途非常广泛。 2.2 总体方框图 整个电路由电源电路，声控电路，光控电路及延时电路等部分组成。电源 由直流稳压电源提供。光控电路对外界光亮程度进行检测，输出与光亮程度相 对应的电压信号，从而实现白天灯泡不亮晚上遇到声响时，通过

7、声控电路使灯 泡自动点亮。声控电路主要将声音信号转变为电信号，从而实现自动控制。延 时电路使得声音消失后灯泡延长一段光照时间。必要时可加一个手动开关，以 增强电路的实用性。总体方框图如图 2-1 所示。 2 声控电路 光控电路 延时电路 开关电路 电源电路 图 2-1 总体方框图 2.3 总的设计原理分析 在此次电路设计中，对电路元器件的要求也极为高，必须保证其各项参数 的精确，稳定。故在选择这类元器件时一定要选择高灵敏度工作稳定可靠的元 件，当然电路工作的稳定与否？功能能否实现？并不仅仅只和电路元器件有关， 外加电源也是不可忽视的，因此最好给电路加上一个稳压电路以确保电路能正 常工作。希望能

8、实现无安全隐患、节电、结构安装简单、维护量少、性能稳定、 抗干扰强、成本低等功能【1】。 本次电路主要由声控电路，光控电路，延时电路，开关电路，电源电路组 成。 首先电路收到声音信号经驻极体话筒三极管放大后变成电信号，如果没有声音 放大电路则收不到信号，三极管不工作。然后光控电路利用光敏电阻的特性收 到光源信号，经三极管放大与声音信号组成与非门电路，经与非门电路后送到 稳压电路。这是加上一个开关电路，开关电路主要由输入（控制）电路，驱动 电路和输出（负载）电路三部分组成。延时部分，当两个条件都同时满足灯亮 后，可以改变 R、C 元件值控制延时时间的定时。最后经桥式整流经信号输出。 以上可以用简

9、单示意图示意。如图 2-2: 3 声音信号 光源信号 声控电路 光控电路 经三极 管放大 与 非 门 稳压、 桥式整 流 输出 信号 延时 开关电路控 制 图 2-2 原理分析示意图 4 3 3 硬件电路的设计硬件电路的设计 3 31 1 声控电路声控电路 图 3-1 声控电路 该电路结构如上图 3-1 所示，主要由驻极体话筒连接电路及放大电路组成。 话筒将声音信号转换成电信号，但话筒传输的电信号及其微弱，输出阻抗 极高。因此不能直接接放大电路，我们在这里用 R1，C1 组成话筒的连接电路， 实现阻抗的变换及放大电路的输入变换，使得放大电路是对信号的电压进行放 大。当没有声音时，放大电路无输入

10、信号，三极管处于静态工作状态。此时声 控电路的输出为高电平，经 74LS00 的 1、2 脚反相后 3 脚输出为低电平，即 74LS00 的 12 脚为低电平。此时即使是夜晚状态，单稳态触发器也不会被触发， 继电器任工作于关断状态，灯泡也不会亮。每个声音信号转换来的电压信号， 我们将其看作无数个正弦信号，有正负半周之分。声音信号到来，三极管处于 放大状态。当信号处于正半周时，放大后的电压与静态工作状态下的电压相叠 5 加，电路任输出为高电平；当信号处于负半周时，放大后的电压与静态工作下 的电压叠加后呈低电平，经 74LS00 的 1、2 脚反相后 3 脚输出高电平。如此时 为夜晚状态，74LS

11、00 的 13 脚也为高电平，74LS00 的 11 脚输出为低电平触发器 单稳态触发器，继电器被导通，灯泡被点亮。 我们选择的驻极体话筒工作电压为 5V，测得话筒工作时的电阻为 20K，电 源电压为 10V，故 R1 选择阻值为 20K 的电阻。为达到信号向正弦电压的转换， 选择 0.1uF 的无极性电容。转换来的电压很微弱，为使电路输出变化明显，我 们将三极管的放大倍数设置为 9013 三极管的最大值 144 倍。并为得到较大的灵 敏度，我们选择的基极电阻及集电极电阻分别为 4.8 兆、33K 欧姆【3】。 3.2 光控电路 光控照明电路的制作主要是利用半导体光电器件光敏电阻的特性制作而

12、成的。它利用光线的强弱来控制照明开关的动作，动作点可根据实际光线的强 弱调节。运行时无须人员操作、避免了人工操作开关不及时等不利因素。因而 有效地节约了电能。 图 3-2 光控电路 光控电路结构如上图 3-2 所示3，由光敏电阻 GR，电阻 R4、R1 以及三极 管 Q1 组成。白天或光照强时，GR 的电阻很小，Q1 的基极呈现高电位，Q1 导通。 光控电路输出为低电平，即与其相连接的 74LS00 的 13 脚输入为低电平。此时 6 即使有声音，固态继电器也不会被导通，灯泡不会亮。夜晚或光线较暗时，GR 的电阻达到 1 兆左右，Q1 基极电位低，Q1 截止。此时，电路的输出为高电平， 与其相

13、连接的 74LSOO 的 13 脚呈高电平。如此时遇到声音触发，74LS00 的 12 脚呈高电平，11 脚输出低电平触发单稳态触发器。单稳态触发器输出高电平， 固态继电器迅速被激发导通，灯泡被点亮。 我们测得 GR 的亮电阻为 20K，暗电阻为 1 兆。欲使 Q1 导通，Q1 基极电压 需达到 0.7V。通过分压公式，计算得 R4 取 1.5K 欧姆合适。为保证夜晚时三极 管截止时，光控电路的输出为高电平，我们在回路中阻值为 10K 的上拉电阻 R2。 光控电路的特点： 1）功耗低，在亮环境下几乎不通电，白天整个电路理 论消耗的最大功率为 0.73W。2）抗干扰能力强。3）设计了稳压电路，适

14、用于 各照明电路。4）极小的体积。 3.3 其他电路 3.3.1 稳压电路 利用电路的调整作用使输出电压的稳定过程称为稳压。稳压器，顾名思义， 就是使输出电压稳定的设备。所有的稳压器，都利用了相同的技术实现输出电 压的稳定输出电压通过连接到误差放大器反相输入端的分压电阻采样，误差放 大器的同相输入端连接到一个参考电压。参考电压由 IC 内部的带隙参考源产生。 误差放大器总是试图迫使其两端输入相等。为此，它提供负载电流以保证输出 电压稳定。 该稳压电路由一个三端集成稳压器及电容 C4。电路结构如图 3-3 所示。因 为 74LS00 集成块正常工作时需要的工作电压为 5V，而 1 脚处得输入电压

15、约为 10V。 7 图 3-3 稳压电路 3.3.2 延时、触发电路 如图 3-4 所示，该延时电路是由 555 定时器组成的单稳态触发器，它具有 一个稳态和一个暂稳态，其电路构成如图所示： 图 3-4 设计中的单稳态触发电路 在此计的电路中，该延时、触发电路如图所示当没有触发信号时，Vi （2 脚）处于高电平（ViVCC/3） ，如果接通电圆锯后 Q=0，V0(3 脚)=0，T 导通， 电容通过放电三极管 T 放电，使 Vc=0,V0 保持低电平不变。如果接通电源后 Q=1，放电三极管 T 就会截止，电源通过电阻 R 向 C 充电，当 Vc 上升到 2VCC/3 时，由于 Vc1=0,Vc2

16、=1 时，锁存器置 0，V0 为低电平。此时放电三极管 T 导通， 8 电容 C 放电，V0 保持低电平不变。因此，电路通电后在没有触发信号时，电路 只有一种稳定状态 V0=0。若触发输入端施加触发信号（Vi2VCC/3;且考虑在调试时能够容易判断 出电路设计的正确性，所以在设计中我们要求延时较短，为 2s，即 TW=2s=1.1RC;而通常 R 的阻值在几百欧至几百兆欧之间，电容取值为几百皮法 到几百微法。所以我们的参数选择为 R6=2K,C5=100uF。 3.3.3 开关电路 该电路主要由固态继电器组成。固态继电器时一种无触点电子开关，由分 立元器件、膜固定电阻网络和芯片，采用混合工艺组装来实现控制回路（输入 电路）与负载回路（输出电路）的电阻隔离及信号耦合，由固态器件实现负载 9 的通断切换功能，内部无任何可动部件。主要由输入（控制）电路，驱动电路 和输出（负载）电路三部分组成。其内部电路图 8 所示 1、2 为输入端，3、4 为输出端。R0 为限流电阻，光耦合器将输入与输出电路在电气上隔离开，V1 构 成反相器，R4、R5、V2 和晶闸管 V3 组成过零检测