声光控照明灯设计.

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1、 第 0 页 目目 录录 1.1.前言前言 1 1 2 2 总体方案设计总体方案设计2 2 2.1 总体设计目的.2 2.2 方案比较.2 2.3 方案选择.3 3.3.各模块电路设计各模块电路设计 5 5 3.1 电源电路设计.5 3.2 声控电路设计.6 3.3 光控电路设计.6 3.4 延时电路设计.7 3.5 主要元件介绍.8 4.4.仿真调试结果仿真调试结果 1111 4.1 仿真调试结果11 4.2 声光控制灯优缺点及改进方法12 5 5总结总结 1414 6 6参考文献参考文献 1515 附录附录 1616 附录 I:电路原理图.16 附录 II:PROTEUS仿真图17 第 1

2、 页 1.1.前言前言 照明灯是我们日常生活中必不可少的电器，也正因为这样通过照明灯造成的对电 力资源的浪费日益严重，设计一款既方便我们日常生活照明又能节约资源的照明灯非 常有必要，这也是此次设计的目标超声波照明控制器，能实现需要照明时灯点亮， 在人走了之后灯自动熄灭的功能。 随着现代科学技术的发展，越来越多的高科技节能产品出现在我们生活的方方面 面，声控灯、光控灯是居家照明的重要组成部分，光控灯是由光控开关和 LED 灯组合 而成。声控灯由麦克风，放大电路和 LED 灯组成。在地球资源日渐衰竭的今日，环保、 节能是当今各产业发展的重心，尤其是需要消耗大量电力的照明产业，基于此目的的 研发工作

3、更是趋向环保、节能的特性上著眼。因此，开发新型高效、节能、寿命长、 环保的电路对居家照明节能具有十分重要的意义。由此声控、光控 LED 灯的诸多优点 在现在正逐渐取代传统的照明设备，是照明产品的新兴光源，有绿色照明光源之 称，未来将光芒耀眼，发展潜力无限。声控、光控 LED 具有节能、体积小、发热量低、 寿命长、耗电量小、反应速度快、易控制等众多优点，极大的满足了人们日常生活的 需要，因此十分被灯饰业者看好。 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

4、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。 第 2 页 2 2 总体方案设计总体方案设计 2.12.1 总体设计目的总体设计目的 此次设计主要目的是为了解决照明灯（比如路灯、楼道灯、公共用灯等）在使用 过程中造成的资源浪费问题，设计达到的功能是，在白天时照明灯不工作，在夜晚光 线低到一定强度时，当有人经过时照明灯自动点亮，当人走之后照明灯自动熄灭，实 现全自动控制的功能，此外，此过程中要有一定的延时。要达到这

5、些功能有多种实现 方案，下面介绍两种方案。 2.22.2 方案比较方案比较 方案一利用超声波实现照明控制方案一利用超声波实现照明控制 MC14528 控制的延时电 路 超声波接收电 路 照明电路 超声波发射电 路 光敏控制电路 图 2-1 超声波照明控制器原理图 如图 2-1 所示，超声波发射电路发射出超声波信号，通过同类型得接收头收到信 号后，由超声波接收电路处理，然后将处理过后的信号输入到 MC14528 所组成得控制 电路中，同时，光敏控制电路也接入 MC14528 所组成的控制电路中，它的主要作用是 为了使照明电路白天光线强时不工作，而晚上或者光线比较弱时正常工作，当晚上工 作时，MC

6、14528 控制电路能够对灯光起到延时和亮度调节的作用，我们通过一个固态继 电器将 MC14528 控制电路和照明电路连接起来，当有人通过的时候，固态继电器能被 导通工作，从而，照明电路工作。 第 3 页 方案二方案二: :声光控照明电路声光控照明电路 声控电路光控电路延时电路 电源电路 照明电路 图 2-2 声光控照明电路原理框图 电路采用声光两级控制照明电路。照明灯开关对光线强弱的感应控制照明灯的第 一级开关，对声强的感应控制第二级开关。对于声强的监测是利用 MIC 的特性，即当 其接收到足够的光强时，在其中会产生一个为脉冲波，从而把声信号变为电信号，通 过对声强信号的处理可得一个电平信号

7、，为控制电路准备。延时控制功能通过 555 定 时器构成的可重复触发单稳态电路来实现。光信号的感应通过光敏三极管来实现，使 得光控电路在光强时输出低电位，光弱时输出高电位。将光控电路的输出作为 555 定 时器的复位端输入。将声控输出端作为延时电路的输入，从而可以实现在光线强的情 况下，即使有足够强的声信号，照明灯电路也不工作。而在光线弱的情况下，可以通 过声信号来控制照明。在日常生活中，节电节能。 2.32.3 方案选择方案选择 方案一和方案二都能实现照明控制的功能,方案一采用超声波更加准确的感应人们 的来去,从而控制灯是否点亮。方案二采用声光控从感应的准确的来说不及方案一准确， 但是采用超

8、声波控制要求的技术更为复杂，成本较高，而采用声光控制照明灯成本较 低，安装相对容易，因此本次设计我选择的是方案二采用声光控制照明。 利用声控，光控电路将声音信号，光信号转化为电信号，其中的运放 LM358 将收 到的信号放大，用 NE555 构成的施密特触发器对波形进行整形，使其输出为方波，用 第 4 页 74HC123 单稳态触发器控制延时时间，接 LED 发光二极管，从而实现整个电路的设计。 总的电路的设计是将声控放大电路、光控电路、NE555 构成的施密特触发器和 74HC123 构成的单稳态触发器组合起来，这样即可以实现声控、光控、波形整形和延时的功能。 第 5 页 3.3.各模块电路

9、设计各模块电路设计 在设计中，整个电路由电源电路，放大电路，处理电路（声控电路、光控电路） 及延时电路等部分组成。光敏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，从而要实现自动控制，延时电路声音消 失后延长一段光照时间。必要时可加一个手动开关，以增强电路的实用性。 这次课程设计主要用了 74HC123、LM358 和 NES555 三个集成器件，发光二极管， 光敏电阻，驻极体话筒以及一些基本电路元器件。 3.13.1 电源电路设计电源电路设计 图 3-1 电源电路原理图 图

10、 3-1 的原理：直接从电网供电，通过变压器电路、整流电路、滤波电路和稳压 电路将电网中的 220V 交流电转化为+12V 的直流电压。电路中变压器的常规铁心变压器， 整流电路采用二极管桥式整流电路，C1、C2、C3 和 C4 完成滤波功能，稳压电路采用三 端稳压集成电路来实现。 第 6 页 3.23.2 声控电路设计声控电路设计 图 3-2 声控电路图 声控灯包括灯负载 RL、光敏电阻、话筒 MIC 及 声控电路，灯负载 RL 与光敏电阻 串接后与电源相连，话筒将声音信号转换成电信号，声控电路通过声音信号控制光敏 电阻的导通状态，其特征在于，所述声控电路包括电源部分，谐振放大部分及触发器，

11、电源部分通过电容降压、整流及稳压提供声控电路所需的直流电压，谐振放大部分包 括多极三极管放大，话筒接在第一级放大三极管的基极上并由电容耦合一个由电感和 电容构成的振荡电路接在末级放大三极管的基极上，放大后的信号影响触发器的翻转， 并最终控制可控硅的控制极的电位。 3.33.3 光控电路设计光控电路设计 图 3-3 光控电路图 当白天光照充分时，光敏电阻阻值很小，LM358 分压很小，NE555 电路 4 引脚为低 电平有效，此时不管输入为高或低，NE555 输出端直接复位为 0，此时发光二极管负端 第 7 页 为高，因此无论有声还是没声灯都不会亮。当光线不充足时，光敏电阻阻值很大， LM358

12、 的 3 脚分压大，故电压比较器反相输入，输出为高电平，NE555 的直接复位端无 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 NE555， NE555 输出 OUT 由低变为高，74HC123 接收到信号，输入到 74HC123 单稳态触发器，此时发光二极管负端为低，灯会亮，亮时延迟时间为脉冲宽度。 声音信号消失，经过一定的延时后灯会自动熄灭。 3.43.4 延时电路设计延时电路设计 图 3-4 延时电路原理图 R 和 C 为定时元件。没有加触发信号时，Ui 为高电平。接通电源后，VCC 经 R 对电 容 C 进行充电，当电容 C 上

13、的电压 UC2/3VCC 时，输出 Uo=0。与此同时电容 C 通过放 电端迅速放完电，Uc=0.内部的的 RS 触发器的两个输入信号都为高电平 1，保持 0 状态 不变。所以，在稳定状态时，Uo=0 当输入电平1/3VCC 时，触发进入暂稳态，输出为 高电平 1 单稳态触发器输出的脉冲宽度 tw 为暂稳态的时间。 第 8 页 3.53.5 主要元件介绍主要元件介绍 3.5.13.5.1 LM358LM358 介绍介绍 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

14、用单电源供电的使用运放的地方使用。NE555 引脚图介绍如下： 1 地 GND 2 触发 3 输出 4 复位 5 控制电压 6 门限 7 放电 8 电源电压 Vcc LM358 原理 图和引脚图如图 3-5 图 3-5 LM358 芯片图 3.5.23.5.2 74HC12374HC123 介绍介绍 74HC123 是单稳态触发器。其 RxCx (7,15) 和 Cx 端 (6,14) 接定时的电阻和电 容, 即决定触发后 Q 端产生的单脉冲宽度. Rbar (3,11) 是低电平复零, 不作复零时 为高电平。Abar (1,9) 是下降沿触发输入端, 通过 Abar 用负脉冲触发, 不用时保

15、持 高电平. B (2,10) 是上升沿触发输入端, 通过 B 用正脉冲触发, 不用时置低. 。Q (5,13) 与 Qbar (4,12) 分别输出正负定时单脉冲。 74HC123 单稳态触发器。它有两种输入，A 为低电平有效，B 为高电平有效。有两 种输出，正好相反。用外接的电阻电容作定时元件，时间自己定，比 74LS 电路易用。 单稳态触发器 74HC123 及外围电路来实现该功能。74HC123 为双可重复触发的单稳态， 其输出脉冲的宽度主要取决于定时电阻 R 与定时电容 C，脉宽的计算为电容值与电阻值 的乘积即：WP=RC，在实际设计中 R=5kW，C=80pF，输出脉宽为 400n

16、s、幅度约 5V。脉 冲快沿放大与射极跟随输出电路，主要作用是对整形与展宽后的触发脉冲进行加速和 放大，以便得到有较高幅度和较快上升沿的脉冲信号去触发场效应管。 第 9 页 图 3-6 74HC123 实物图 3.5.33.5.3 NE555NE555 定时器定时器 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。其电路类型有双极型和 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 定时器由 3 个阻值为 5k 的电阻组成的分压器、两个电压比较器 C1 和 C2、基本 RS 触发器、放电三极管 TD 和缓冲反相器 G4 组成。虚线边沿标注的数字为管脚号。其中，1 脚为接地端；2 脚为 低电平触发端，由此输入低电平触发脉冲；6 脚为高电平触发端，由此输入高电平触发 脉冲；4 脚为复位端，输入负脉冲（或使其电压低于 0.7V）可使 555 定时器直接复位； 5 脚为电压控