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1、声光双控节能灯毕业设计- 1 -声光双控节能灯毕业设计1 引言1.1 本设计的背景和意义随着人们生活现代化水平不断提高，国民经济的快速发展，电力的供需矛盾日益加剧。同时生产更多的电即意味着要消耗更多的煤、石油、天然气、核原料等不可再生资源，还会带来许多相应的环境问题。尤其是近两年，全国用电量及电负荷增长较快，前年以来全国已有三分之二的省（区，县）出现了不同程度的缺电甚至拉闸限电现象，严重影响了社会经济发展和人民生活水平提高。而照明系统在用电中占据着很大的比重，据有关统计数字显示，目前我国照明用电已占用电总量的 10%12%，仅城市照明(包括景观照明和路灯等功能照明)的年用电量，约占全国总发电量
2、的 4%至5%，相当于在建三峡水力发电工程投产后的 840 亿千瓦时发电能力。在一些公共场所（如学校，机关等）的楼道、厕所中，长明灯现象十分普遍，这造成了极大的能源浪费，所以节约用电已经成为刻不容缓的问题。目前国内节电的主要途径是对现有的照明系统进行改造,采取加节能设备的方法,比较方便、经济和实用。如果使用节能系统，我们的照明用电量将下降 60，一年可节约 740 亿千瓦时电能，相当于节约 2989 万吨标准煤。我国白炽灯泡每年的耗用量高达 30 亿只;如果把其中的 40%换用成节能灯 ,以每天照明 4 小时计,全年即可节约用电 850 多亿度, 几乎相当于三峡电站的全年发电量。在市场上出现了
3、多种节电照明灯，如声光双控灯、微波感应灯和热释远红外感应灯等。据调查，微波感应灯的抗干扰性能不是很理想；红外感应灯的性能比较理想，但价格较高，多用于一些管理完善的宾馆等场所。从性价比角度考虑的话。针对普通住宅楼、办公楼道等普通场所，声光双控灯不失为一种好的选择。而且声光双控节能灯工作稳定，节电效果也十分明显。1.2 国内外发展状况据中国照明学会调查资料表示：中国目前使用节能灯的家庭有一亿户，使用节能灯的酒店及公共场所更是多得难以统计；全国每年单节能灯市场的总额在 120 亿以上，同时每年城市化的进程在以 6%的速度增长。据国家电光源质量监督检验中心介绍，我国已成为世界最大的节能灯生产国和出口国
4、，生产的节能灯质量逐年稳步提高。2005年以来节能灯质量抽查产量合格率达到 80以上。消费者使用节能灯既节能又省钱。我国节能灯产量从 1997 年的 2 亿只飙升至去年的近 24 亿只，产量与出口量均已位居世界第一，世界上 85以上的节能灯来自中国。从 1998 年我国对节能灯实施监督抽查以来，由于加大了产品生产的监管力度，在企业中推广宣传国家标准和要求，节能灯产品产量合格率不断提高由于大中型企业占主导地位，虽然历年企业合格率增长声光双控节能灯的设计- 2 -不大，但是我国按产量计算的合格率逐年稳步提高。 14美国、法国、荷兰、英国、意大利等国家从上世纪 90 年代起，纷纷制订出相关的扶持政策
5、，用于推广节能灯等节能产品。仅美国环保局从 1991 年开始实施绿色照明计划以来，就投资了 10 多亿美元用于推广高效照明产品。美国能源部研究认为，节能灯的新科技也能令公司雇员提供生产效率，这是因为雇员能把光效调校至他们觉得舒服的等级。研究指出，节能灯能减少雇员眼部疲劳和头疼的发生率。这也构成商业机构乐于更新换代照明系统的另一个原因。可见节能灯在国内外都有着重大的发展和重要的作用。 151.3 设计思路及优缺点本次毕业设计中我所设计的题目是“声光双控节能灯的设计” 。这是一种声音和光照双控照明灯，它可以广泛用于楼梯、过道、库房的场合。本设计是一种基于 555 定时器的声光双控灯的设计，电路主要
6、由电源电路、信号放大整形电路、延时处理电路单稳态电路组成。白天光照好，不管过路者发出多大声音，都不会是灯泡发亮。夜晚光暗，电路的拾音器只要检测到有猝发声响，就会自动亮为行人照明，过几分钟后又自动熄灭，节能节电。声光双控节能灯具有体积小、外形美观、制作容易、工作可靠等优点。该设计的缺陷是电路稍显复杂，而且价格比市面上的同功能的贵，并且该设计在接入节能灯后，因为节能灯不能频繁启动，容易造成节能灯寿命减少。节能灯适合接入采用继电器作为输出器件的声光控开关。2 总体电路设计- 3 -2 总体电路设计2.1 各部分支路电路设计2.1.1 电源电路设计电源电路的种类繁多，如变压器降压；桥式整流全波整流；L
7、c、Rc 滤波；三端稳压器稳压等。具体采用什么电路合适，则根据主体电路及执行机构不同和可靠、价廉、有效益等要求进行选用。在本设计中采用的电源的设计结构如图 2-1：降压整流 滤波稳压图 2-1 电源电路流程图降压整流部分由 R1C1、全桥 QD 和滤波电容 C2 组成，稳压二极管 DW 稳压。接入+220V 交流电源经降压整流滤波稳压后得到 +9V 的直流电压，为电灯控制电路提供了工作电压，同时 220V 交流电源也为电灯提供工作电源。电源电路如图 2-2DW11M10ZS5C310nR2 430kC210nC1 10nR1 430kQD2W05GU声光双控节能灯的设计- 4 -图 2-2 电
8、源电路2.1.2 信号放大整形电路设计放大电路实现方法很多，除分立器件实现之外，还可采用运放，也可采用门电路等来实现。本系统放大整形电路设计结构如图 2-3C4R4430kVT1FMT491AR5430kVT2FMT491AR6430kR7430kC510nC610nD31N401D21N401VT3FMT491AC710nR8430kM图 2-3 信号放大整形电路图拾音器采用驻极体话筒 M，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
9、 于 最 常 用 的 电容 话 筒 。由于声电效应较小，设计了 VT1，VT2，直耦式音频放大器，将信号放大，并由 D2，D3，C7 倍压整流再经 T3 倒相放大，触发单稳态电路。2 总体电路设计- 5 -2.1.3 延时处理电路单稳态电路的设计555 和 R9、C8、VT4 、VT5 等组成光控单稳态电路。所谓光控就是利用光敏三极管对不同光照呈现的阻抗不同，对时基电路 555 的四脚进行高低电平的控制，或处于等待触发状态，或处于强制复位状态。白天光照强 VT5 呈低阻，VT4 正偏置而饱和导通。其集电极电位，即 555 的 4 脚被钳制在 0.3V 左右，从而使 555 处于强制复位状态，此
10、时不管 2 脚有多大的触发电平，555 均不会翻转置位。可控硅不会触发导通，电灯无电不亮。夜晚光暗，此时 VT5 呈高阻而截止，VT4 无偏置电流，呈截止状态。555 的4 脚呈高位，使 555 触发器处于单稳态触发状态，此时如果有声响，经拾音，放大，倍压整流后，正极性信号使 VT3 饱和导通，下跳变信号加之 555 的 2 脚使 555 翻转置位。3 脚由原来的低电平变为高电平（约+8.5V） ，经 R3 限流后触发双向可控硅 SCR 并导通，电灯 H 得电点亮。电灯点亮的时间即单稳态电路触发后高电平持续的时间（稳态时间） ，他取决于单稳态电路的时间常数，其大小为，Td=1.1（R9） （C
11、8）图 2-4 所示电路的单稳态时间为 120s，即电灯点亮后 2 分钟熄灭。R8430kR9430kC810nR4 DC 7Q 3GND1VC8TR2 TH 6CV5 IC15555C910nR1430kR10430kVT4FMT491AVT5FMT491A声光双控节能灯的设计- 6 -图 2-4 延时处理电路单稳态电路图2.2 声光双控节能灯电路的总体设计2.2.1 声光双控节能灯的基本构成和原理（1）基本构成原理框图如图 2-5光线强弱5 5 5 处于强制复位状态可控硅不能触发导通灯不亮5 5 5 触发器处于单稳态触发状态可控硅触发导通灯亮延时电路开始延时弱强声音传入延时时间到灯灭图 2
12、-5 总体电路原理框图原理简述白天光线强时，光敏器件呈低阻，时基电路 555 处于强制复位状态，无论有没有声音，可控硅都不能触发导通，灯不会亮；夜晚或者光照弱时，光敏器件呈高阻，555触发器处于单稳态触发状态，此时如果有声音传入，经放大整流后，触发单稳态，可控硅导通灯亮并延时电路开始延时，延时完灯熄灭。（2）电路工作原理电路简述 555 和 R9、C8、VT4 、VT5 等组成光控单稳态电路。所谓光控就是利用光敏三极管对不同光照呈现的阻抗不同，对时基电路 555 的四脚进行高低电平的控制，或处于等待触发状态，或处于强制复位状态。白天光照 VT5 呈低阻，VT4 正偏置而饱和导通。其集电极电位，
13、即 555 的 4 脚被钳制在 0.3V 左右，从而是 555 处于强制复位状态，此时不管 2 脚有多大的触发电平，555 均不会翻转置位。可控硅不会触发导通，电灯无电不亮。夜晚光暗，此时 VT5 呈高阻而截止，VT4 无偏置电流，呈截止状态。555 的 4脚呈高位，使 555 触发器处于单稳态触发状态，此时如果有声响，经拾音，放大，倍2 总体电路设计- 7 -压整流后，正极性信号使 VT3 饱和导通，下跳变信号加之 555 的二脚使 555 翻转置位。3 脚由原来的低电平变为高电平（约+8.5V） ，经 R3 限流后触发双向可控硅 SCR 并导通，电灯 H 得电点亮。同时延时电路开始延时，延
14、时结束，电灯 H 熄灭，等待下一次声音的触发。声光双控节能灯电路图如图 2-6声光双控节能灯的设计- 8 -C4 R4430k VT1FMT491A R5430kVT2FMT491A R6430k R7430kC510n C610nD31N401D21N401VT3FMT491AC710n R8430kR9430kC810nR4DC7Q3GND1 VC 8TR2TH6CV5IC1555C910nR1430kR10430kR3430kDW11M10ZS5C310nR2430kC210nC110nR1430kQD2W05GUVT4FMT491A VT5FMT491ASCRQ201E4 H12V图
15、2-6 总体电路图2.2.2 声光双控节能灯的技术性能指标及主要特点1、输入：交流 220V2 总体电路设计- 9 -2、输出：经降压整流滤波稳压后提供+9V 的工作电压。3、延续时间：120 秒，可调4、开关灯全自动化控制，包括白天全关闭，晚上自动开、关灯。5、安装方便。6、工作可靠，且价格低廉。2.3 声光双控节能灯的主要元器件及其特性2.3.1 555 定时器555 定时器是一种将数字功能和模拟功能集为一体的中规模集成电路。它的结构比较简单，使用却非常灵活，也很方便，可以用它构成多谐波振荡器、施密特触发器和施密特触发器等。用 555 定时器构成的各种电路，都是通过定时控制，实现信号的产生
16、与变换，从而完成其他控制功能。 10（1）555 定时器的结构图 2-7 555 定时器的结构图各种 555 定时器的电路结构大同小异，它由比较器 C 和 C 、基本触发器和输出级12三个部分组成，外部共有 8 根引脚，各脚的名称和功能如下：1 脚为接地端，也是芯片的公共端；8 脚为电源端 V ；3 脚为信号输出端 V ；7O脚为放电端 。如果经过一个足够大的电阻街道电源上那么放电端可获得一个与输出OV端相一致的电平。4 脚为直接复位端 。只要在此输入低电平，输出端立即被置为低DR电平，不受其他输入状态的影响。正常工作是接高电平可直接接到电源上 6 脚为 C 比1较器的信号输入端 V 又称阈值段 TH；2 脚为 C 比较器的信号输入端 V 又称为触发端。1l 2 2l1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBATitleNumber RevisionSizeBDate: 22-Jun-2005 Sheet of File: E:书书书书书书书书书书书书书书.dd
