毕业设计声光控照明节电开关设计

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1、目 录 摘 要.1 第 1 章 绪论.2 第 2 章 整体设计方案.3 第 3 章 单元电路设计.5 3.1 声控电路设计5 3.2 整流电路6 3.2.1 倍压整流电路.6 3.2.2 桥式整流电路.7 3.3 光控电路设计7 3.4 电子开关8 3.5 延时电路9 第 4 章 整机电路设计.11 第 5 章 电路仿真.13 结 语.15 致 谢.17 参考文献.18 附录一 整机电路图.19 附录二 元器件清单表.20 摘 要 为了适应发展，更好的锻炼自己，使理论和实践更好的结合，根据学校指示在之 际，做了这次毕业设计。毕业设计是高职教学过程中一个十分重要的环节，是锻炼学 生运用所学知识正

2、确分析解决实际问题的一个重要方面，也是高职培养应用型专业人 才的要求。我们本着一切从实出发的方针，严肃认真，独立思考，自己动手，实事求 是的态度完成毕业设计。在指导老师的大力帮助下运用自己所学知识做了这个设计。 这次设计充分体现了学院“笃学、崇德、尚能”的思想。 社会的进一步发展，各式各样的灯层出不穷，为了防止公物损坏，节约用电，设 计了各种控制灯，本次设计的系统实用性强、操作简单。例如公共场所和居民居住区 的公共楼道普遍使用机械手动开关，由于各种原因往往出现许多灯泡点亮长明的现象， 故使灯泡寿命短，浪费电量，为国家、单位、个人造成经济损失。另外，由于频繁开 关或其他人为因素，墙壁开关的损坏率

3、很高，既增大了维修量、浪费了资金，又容易 造成事故隐患。因此，设计研制一种电路新颖、安全节电、结构简单、安装方便的声 控走廊灯节能自动开关显得相当有必要。使公共场所和居民居住区的公共楼道灯在白 天时不亮，晚上闻声自亮，待人走后，几十秒后自动关闭，既方便，又省电。 关键词 信号放大；光电开关；声控电路；光控电路；延时电路 第 1 章 绪论 科技的进步使电灯的样式、种类以及对灯的控制方式千变万化，随着社会的发展， 资源的大量开采，能源在逐渐的减少，所以我们要建立起节约能源的意识，电能的节 约首当其冲，而电灯的使用最为普遍，所以设计一种自动控制灯开关的电路是非常必 要的，声控灯开关就是其中的一种。

4、声控电路已成为人们日常中不可缺少的必须品，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，给人们的生活带来及大的方便。 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（如跺脚）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。由于本电路应用于人 们的日常生活中，所以，起到很大的作用。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，但是在论文中也上比较有特色的， 能够使人们在不知不觉感受到方便。公共场所和居民居住区的公共楼道

5、普遍使用机械 手动开关，由于各种原因往往出现许多灯泡点亮长明的现象，故使灯泡寿命短，浪费 电量，为国家、单位、个人造成经济损失。另外，由于频繁开关或其他人为因素，墙 壁开关的损坏率很高，既增大了维修量、浪费了资金，又容易造成事故隐患。因此， 设计研制一种电路新颖、安全节电、结构简单、安装方便的声光双控白炽灯节能自动 开关显得相当有必要。使公共场所和居民居住区的公共楼道灯在白天时不亮，晚上闻 声自亮，待人走后，几十秒后自动关闭，既方便，又省电。 声控灯在光线充足时，任你发出多大的声音都不亮 ；但在黑夜，轻轻一声它就发 出了亮光，这是由于声控灯含光控电路，以防止其在光线足够的时候不工作，所以声 控

6、灯的控制盒是声、光同时控制的，在光亮度能达到的情况下，灯不会亮。你可以做 一个小实验，你可以用手遮挡声控开关的光控原件然后在发出声音，灯就会亮了。声 控走廊灯白天呈关闭状态，夜晚听到声响时自动发光，具有节能的优点，因此我们选 择了这个课题。 第 2 章 整体设计方案 声光控照明节电开关主要是根据声光控电路和延时电路来控制灯泡的亮与 灭和时长，现在电子产品的日益更新，电路也越来越多，根据电路的设计提出 了以下两种方案。 方案一：声光控照明节电开关电路方框图如图 2-1 所示。 图 2-1 声光控照明节电电路方框图 声光 控电 路 电子 开关 延时 电路 照明 电路 交流 开关 电源 工作原理：当

7、此周围有声音信号时，MIC 将声音信号接收后经声控电路放 大，再经整流电路转变为电压信号传入光控电路中。当有光照照在光控电路中 的光敏电阻上时，其阻止变小，对直流控制电压衰减很大，导致电子开关处于 截止状态。这时延时电路将不会工作，使单向可硅管处于截止状态，灯泡不亮。 当没有光时延时电路工作，使单向可硅管导通，同时控制交流开关，灯泡亮。 方案二：声光控照明节电开关电路方框图如图 2-2 所示。 声音 转换 放大 处理输出 延时 执行 机构 声源 图 2-2 声控照明节电电路方框图 电源 本电路为一声光自动控制白炽灯开关。白天或者夜晚光线较亮时，光控部 分将开关自动关断，声控部分不起作用。电路主

8、要由 555 集成电路和声控专用 集成电路 BH-SK-I 组成。白天或者夜晚光线较亮时，光控部分将开关自动关断， 声控部分不起作用。当光线较暗时，光控部分将开关自动打开，负载电路的通 断受控于声控部分。电路是否接通，取决于声音信号强度。当声强达到一定程 度时，电路自动接通，点亮白炽灯，并开始延时，延时时间到，开关自动关断， 等待下一次声音信号触发。 声控照明电路的主要原理：是利用了声学和电子学的原理即用声音传感器 将声音信号换成电信号从而推动触发器触发使电路导通工作。 考虑到电源的稳压性能，和器件的价格，结构简单，安装方便，适用性强。 根据对比采用方案一进行电路设计。 声光 控电 路 电子

9、开关 延时 电路 照明 电路 交流 开关 电源 第 3 章 单元电路设计 根据选定方案，该电路由话筒、声控电路、整流电路、光控电路、电子开 关、延时和交流开关七部分电路组成。 3.1 声控电路设计 驻极体话筒(又称电容式微音器 MIC）是由驻极体和场效应管组成的一种具 有自偏压的电声换能器，工作电压范围一般为 1.512V,它具有频带宽 （20100Hz） 、音质好、噪声低、耗电少、灵敏度高等特点，而且体积小、重 量轻、价格低廉，现在盒式录音机的录音用内接，外接话筒几乎都采用驻极体 话筒。其中两个由驻极体材料构成的极板组成了一个电容器，一个极板的作用 是承受声压信号，作为振膜。当振膜振动时，两

10、极板间因距离变化而使电容量 发生变化，即产生出与声信号对应的交变信号。由于此电容量很小，在声频段， 其阻抗高达几兆欧。为了降低其输出阻抗，在驻极体的另一极板上通过弹簧连 接了一个场效应管，以此来匹配阻抗，放大信号。由驻极体话筒构成的声音放 大电路如图 3-1 所示。 MIC 1uF C1 R1 10k R3 47k R2 2M VT1 9014 图 3-1 声音放大电路 1uF C2 工作原理：当 MIC 获取到声音信号后，将会转化成电信号，经过 C1 耦合 出来的信号将由三极管 VT1 放大，而在本电路中为了获得较高的灵敏度，三极 管 VT1 的 值选用大于 100，更利于信号放大。而三极管

11、 VT1 要实现这个功能 必须满足基极电压为高电位，集电极为低电位才会导通。图中的 R1 主要是起 到分压限流的作用，R2、R3 分别是给三极管 VT1 提供基极偏置和集电极偏置。 所以，其中 R1、R2、R3 不宜过小，否则电路容易产生间歇震荡。三极管 VT1 放大后的电信号将从集电极流入下级单元电路。 3.2 整流电路 在本次单元电路设计中有两个整流电路，一个是由电容和二极管组成的倍 压整流电路，一个是桥式整流电路。而其中两个整流电路分别起到的作用有所 不同。 3.2.1 倍压整流电路 由电容和二极管构成的倍压整流电路电路如图 3-2 所示。 C2 1uF VD2 IN4148 IN414

12、8 VD1C3 0.1uF 图 3-2 倍压整流电路 R4 300k 二极管最明显的性质就是它的单向导电特性。我这里选用的 VD1 和 VD2 是整流二极管。C2、VD1 和 VD2、C3 构成倍压整流电路。把声音信号变成直 流控制电压。 工作原理：将声音放大电路放大后的信号通过 C2 耦合，将由 VD1、VD2 整流经 C3 滤波后传入下级光敏电路中。其中电容 C2 和 C3 的作用有所不同， C2 起到的耦合作用而 C3 起到的滤波作用。 3.2.2 桥式整流电路 由二极管构成的桥式整流电路如图 3-3 所示。 图 3-3 桥式整流电路 R9 51k R10 51k VW 12V IN40

13、01 C6 220uF 220V 50Hz 220V VD4 VD5 VD6 VD7 VD8 这部分整流主要是针对电源的整流。220V 交流电通过灯丝，经过 VD5- VD8 整流，将 220V 的交流电经 D5D8 整流、R9、R10、VD4 降压得到 12V- 15V 的直流脉动电压，但是这种脉动电压不够理想，通过稳压管 VW 进行稳压， 最终获得的单向、平滑的 12V 直流脉动电压供给控制电路，保证 C6 上电压不 超过 15V。C6 主要起到退藕的作用。此部分电路作用为提供稳定的工作电压。 整流电路是利用半导体二极管的单向导电性能把交流电变成单向脉动直流电的 电路。 3.3 光控电路设

14、计 核心元件为光敏电阻。 它是利用内光电效应工作的光电元件，光敏电阻没有极性，纯粹是一个电 阻器件，使用时既可加直流电压，也可以加交流电压。由于它在光线的作用下 其阻值往往变小，因此，光敏电阻又称光导管。制作光敏电阻的半导体材料主 要是金属，的硫化物、硒化物和碲化物，通常采用涂敷、喷涂、烧结等方法在 绝缘衬底上制作很薄的光敏电阻体及梳状欧姆电极，然后接出引线封装在具有 透光镜的密封壳体内，以免受潮影响其灵敏度。光控电路如图 3-4 所示。 R4 300k R5 4.7k RGM 光敏电阻 图 3-4 光控电路 C3 0.1uF VD2 IN4148 IN4148 VD1 C2 1uF VT2

15、9014 R7 10k R6 100k 工作原理是：当光敏电阻受光照时其电阻率变小，从而造成光敏电阻阻值 下降。光照愈强，阻值愈低，相当于导线。当 MIC 周围没有声音信号时，其各 部分都不会工作，灯泡不会亮；当 MIC 周围有声音信号时，声音放大电路将工 作，通过整流将整流后的电信号经 R4 限流后直接短接，不会经 R5 流入三极管 VT2 中，此时三极管 VT2 将接收不到信号，处于不工作的状态，灯泡同样不会 亮。 当光敏电阻在黑暗环境里，没有光照时，它的电阻值很高，相当于断路状 态。当 MIC 周围没有声音信号时，同样各部分电阻路将不会工作，灯泡不会亮； 当 MIC 周围有声音信号时，声

16、音放大电路将工作，此时光敏电阻值很高，不会 有信号从其中流过，通过整流将整流后的电信号经 R4 限流后通过 R5 到达三极 管 VT2 基极，此时三极管 VT2 基极点位较高，处于导通状态。其中电路中 R5、R6 主要是分压限流的作用。 3.4 电子开关 电子开关主要是由两个三极管组成，分别是 VT2 和 VT3，其中 VT2 为 NPN 型，VT3 为 PNP 型，两种管型之间互补直接耦合方式。而电路中只有半 导体管和电阻，便于集成。两个三极管主要是起到开关作用。电子开关电路如 图 3-5 所示。 R7 10k VT3 9012 VT2 9014 VD3 IN4001 图 3-5 电子开关电路 R4 300k R5 4.7k RGM 光敏电阻 R6 100k C4 100uF MCR 100-8 R8 240k C5 0.03uF 工作原理：当 MIC 有声音信号，光敏电阻没有光照时，将有信号流入 VT2 中，然而 VT2、VT3 组成的电子开关处于打开状态，将有信号从 VT3 集电极流 出，流入 VD3 和 C4 组成的充电电路中，给 C4 充电。当光敏电阻有光照时，