简易声光控延时照明灯电路０一 设计目的及技术要求1.1 设计概述随着社会的不断发展，利用电子技术实现的自动控制，在各个领域种的作用越来越突出本设计基于节能性要求，利用所学电子技术基础的相关知识，为照明灯设计了一款自动控制电路，该电路能够实现声光双控功能，可广泛应用于道路，楼梯等不需要连续长时间照明的场所的照明设施的控制，从而实现节约电能的目的同时，通过对该课题的设计，来提高自身对实际问题的分析及解决能力1.2 技术要求1) 要求电路能够通过照明灯开关对光线强弱的感应，控制照明灯第一级开关2) 要求电路能够通过照明灯开关对声强的感应，在第一级开关开通的前提下 ，控制照明灯的亮灭3) 要求电路能够实现照明灯点亮时间 t 后自动关断，并且可以手动调节1.3 设计目的1) 利用所学电子技术基本知识来进行综合性设计实验，以巩固所学理论2)2) 熟练掌握 555 定时器的几种工作模式及其应用3) 学会如何查找器件手册及其参数，进而学会利用元器件4) 学会利用 Protel 软件来绘制电路原理图及 PCB 板图5) 提高对电路的分析计算能力简易声光控延时照明灯电路１二 电路方案的选择2.1 解读技术要求要求电路能够通过照明灯开关对光线强弱的感应，控制照明灯第一级开关。
该要求主要针对光控制电路，要使电路能够实现对光线强弱的感应，则应使用对光线强弱敏感的电子器件，如光敏电阻、光敏二极管等光电传感器在电路中，光电传感器根据光线强弱的变化而变化，从而使电路参数发生相应的变化由于光控电路的输出状态只有两种：高电平和低电平因此，光控电路可使用 555 定时器来实现对电压变化的转换要求电路能够通过照明灯开关对声强的感应，在第一级开关开通的前提下 ，控制照明灯的亮灭该要求主要针对声控电路，要使电路能够实现对声强的感应，则应使用对声音信号敏感的电子器件，如小型驻极电容话筒、压电陶瓷片等声电传感器由于声电传感器收集来的声音信号都比较微弱，所以要对信号进行放大处理又因为声音信号是连续振荡的不确定信号，为了便于处理，先将信号波形进行整形，这可以由模拟迟滞比较器来实现模拟比较器的输出为高低两种电平信号，利用该信号可以去控制 555 定时器的触发输入端另外，由光控电路的输出控制此 555 定时器的复位端，来决定声控电路的开启与关闭在这两种控制信号的作用下，达到声音控制照明灯亮灭的目的要求电路能够实现照明灯点亮时间 t 后自动关断，并且可以手动调节该要求可以通过处于单稳模式的 555 定时器实现（说明：此处的 555 定时器与第二条要求中的 555 定时器为同一片）。
对时间 t 的手动调节可利用电位器来实现简易声光控延时照明灯电路２2.2 确定方案由上一节对本设计技术要求的解读可知，该设计主要包含四部分电路，分别为：电源电路、光控电路、声控延时电路、晶闸管开关电路，下面对其功能进行逐一分析并确定电路结构2.2.1 电源电路电源电路主要为控制电路提供工作电压，本设计采用传统的电源电路设计方法，即降压、整流、滤波、稳压，使电路输出 12V 直流电压供给控制电路2.2.2 光控电路光控电路是根据光线的强弱来优先决定电灯的亮灭该电路可以对声控延时电路进行控制，在白天光线较强时，光控电路输出低电平将声控电路封锁；在晚上光线较弱时，光控电路输出高电平，则声控功能打开本设计采用光敏电阻和其他电阻组成的分压电路来控制 555 定时器的触发输入端 2 脚，并且将555 定时器的 2 脚和 6 脚连接在一起，通过一电容接地，555 定时器的输出去控制声控电路中的 555 定时器的复位端2.2.3 声控延时电路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在白天，该电路在光控电路的控制作用下，处于关闭状态，对任何声音信号都不响应；在晚上，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作出相应的响应。
本设计采用压电陶瓷片作为声电转换元件，并加入了两级音频信号放大电路和迟滞电压比较器来对声音信号进行处理，经处理后的声音信号控制处于单稳工作模式的555 定时器来实现声控及延时功能简易声光控延时照明灯电路３2.2.4 晶闸管开关电路该电路受声控电路 555 定时器输出端的控制当其输出低电平时，晶闸管截止，由于照明灯与晶闸管串联，所以灯熄灭；当其输出高电平时，晶闸管导通，照明灯点亮简易声光控延时照明灯电路４三 电源电路设计本设计的电源电路部分为控制电路部分提供 12V 直流电压由于本设计所涉及的电路最终实现对市电照明灯的控制，控制电路对直流电源的稳定性要求不需要很高，故采用传统的电源电路设计方法就可以产生符合控制电路工作要求的直流电压3.1 电源电路原理图本设计的电源电路原理图如图 3-1 所示，电路包含降压、整流、滤波、稳压四部分图中 T 为降压变压器，其作用是将市电 v1=220√2sin(100πt)V 进行降压处理变成整流桥所要求的交流电压 v2=V2sin(100πt)V；整流二极管 D1-D42组成整流桥，它将变压器的输出电压进行全波整流；C11为滤波电容，用来滤除整流桥输出电压中的纹波，由于控制电路对电源所要求的功率不是很大，所以本电路采用电容输入式滤波电路；再者，为了防止在三端稳压器 U1 距离整流滤波电路较远时，线路产生电感效应而使电路自激，所以加入电容 C21，该电容一般取 0.33uF；U1 为三端集成稳压器 7812，用来稳定电路的输出电压；稳压器输出端的电容 C12是为了滤除低频纹波，它的取值一般较大，主要用来平波；电容 C22用以滤除输出端的高频信号，改善电路的暂态响应，该电容大小为0.1μF。
D1~D4TC11VinVout GNDU17812~220GND+12VC22C21C12图 3-1 电源电路原理图简易声光控延时照明灯电路５3.2 电路元件的选择及型号的确定式中，V2=12V，则电容两端电压 Vc≈17.0V，符合三端稳压器 7812 的输入电压要求滤波电容 C11的选择：要求电容对电压的耐受能力大于 17V，3.2.1 元件参数的计算及型号选择集成三端稳压器 7812 的有关参数如表 3-1 所示输出电流（A）正常输出直流电压（V）输出电压变化范围（V）输入电压允许范围（V）最小最大电压调整率12.011.5~12.515.0~17.00.10.510mV/V由表可知，要使三端稳压器输出 12V 的直流电压，则经整流滤波后，滤波电容两端的电压应在 15.0~17.0V 之间（因为一般输入电压要比输出电压大3～5V ，才能保证集成稳压器工作性区）基于此，变压器选用 220V~12V低频电源变压器桥式整流电路中的二极管选用最大反向工作电压为 400V，额定工作电流为1A 的硅整流二极管 1N4004若设 V2为变压器次级线圈的输出电压有效值，Vc为经整流滤波后滤波电容两端的电压。
由于三端集成稳压器的输入阻抗很高，相当于开路，则Vc≈V2（3-1）2由于铝电解电容的耐压范围为 6.3V~630V，容值范围为 0.45~10 000μF，因此，滤波电容 C11可以采用铝电解电容 CD11-25V在三端集成稳压电路中，简易声光控延时照明灯电路６滤波电容的容值一般为几百到几千微法，由于后面还有电容 C21，所以该电容可以取得小一点，可将电容 C11取为 100μF电容 C21一般取为 0.33μF，可用独石电容，如 0.33μF/50V电容 C12是为了滤除输出直流电压中的低频微波，所以该电容一般也取得比较大，可取用 100μF 的铝电解电容，其耐压值要大于 12V，可采用 CD11-16V电容 C22的选择：由于电解电容电解电容 C11、C12取得比较大，只能滤除低频波动对于直流电源中的高频干扰，可通过一小电容 C22来滤除，电容 C22可选择容值为 0.1μF 的独石电容器 104M/50V（耐压值 100V）3.2.2 电源电路图根据以上内容，下面给出完整的电源电路图，如图 3-2 所示1N4004D1~D4T220-12V-1A100uFC11CD11-25VVinVout GNDU17812~220GND+12V104C22 104M/50V 0.33uFC21 0.33uF/50V100uFC12CD11-16V图 3-2 电源电路图简易声光控延时照明灯电路７四 光控电路该电路将外界的光强变化转化为电路输出电平的变化，其输出的电平信号控制声控延时电路，从而实现对照明灯亮灭的控制。
4.1 电路原理图及各部分电路的功能分析通过对技术要求的解读可知，该电路可由光敏电阻和普通电阻组成的分压电路及一片 555 定时器来实现，其原理电路图如图 4-1 所示图中 RL 为光敏电阻，在光线较弱或者是无光照射时，光敏电阻 RL 呈高阻状态，有RL>>R2+RP1，使得 555（1）的触发输入端 2 脚和阈值输入端 6 脚均为低电平即均小于 1/3VCC，则 555（2）输出高电平，将声控延时电路打开，使得晶闸管开关电路的开闭由声控延时电路控制；在有光照射时，RL 呈低阻状态，有RL+R1(2/3)Vcc>(1/3)Vcc10导通(1/3)Vcc1不变不变555 集成电路的功能表R1R3R2Rp1C40.01uFC512345678U2555(1)RLGND+VCC传传传555传2传传4传传传传传图 4-1 光控电路原理图原理图 4-1 中的的电阻 R1~R3 均为保护电阻R1、R2 分别与 RL 和 RP1 串联是为了防止在光敏电阻 RL 和 RP1 阻值过小时电路发生短路R3 为限流电阻，防止在光线较强时，RL 阻值大大下降，造成电路电流过大而烧毁 555 定时器简易声光控延时照明灯电路９电容 C4 为保持电容，其具体工作情况如下：给电路通电之前，电容 C4 未储存电荷，因此其两端电压 VC 为零，555 的 2 脚和 6 脚则为低电平。
在光线较强时，光敏电阻呈低阻状态，使得 R3>R2+RP1，电容 C4 通过R3、R2、RP1 回路放电，其两端电压 VC 下降，当下降到低于 1/3VCC 时，555输出高电平，声控延时电路开启基于以上分析可知，开始时，电路输出为高电平，电容 C4 充电到电压为2/3 VCC 时，电路输出发生反转，此后，只要光线的强弱变化不大，则电路的输出维持低电平；若光线较弱，则电容 C4 放电，当电压 VC 下降到 1/3VCC 时，电路发生反转，输出高电平，同样，只要光线强弱变化不大，则电路的输出维持高电平因此，555 工作在施密特触发器模式4.2 电路元件参数整定4.2.1 电路中元件参数的计算及型号选择光敏电阻 RL 的选择要求是亮阻与暗阻相差倍数愈大愈好经查资料，MG45-14 型光敏电阻满足要求，其最大亮阻（10KΩ）与最小暗阻（10MΩ）相差 1000 倍，反应时间小于 20ms下面利用这两个阻值来确定 R1、R2、R3的值在光线较强时，RL1=10 KΩ，此时应有，555（1）的 2 脚和 6 脚的电压大于2/3VCC,假设就等于 2/3VCC，并将电位器的取值定为 100 KΩ，则有VCC(R2+RP1)/[（RL1+R1）+(R2+RP1)]= 2/3VCC （4-1）当 RP1=100 KΩ 时，有 2R1-R2=80（KΩ） （4-2）简易声光控延时照明灯电路１０若取 R2=51KΩ，则 R1=15KΩ。
确定 R3的值，使得在 RL 最小时，电路中的电流不超过 555 定时器的最大允许电流就行了取 R3=10KΩR1~ R3均采用 1/8W 金属膜电阻，如 RJ45-1/8W；RP1采用 WH 系列碳膜电位器，如 WH148 型电阻与电源电路中一样，电容 C4用铝电解电容，耐压值为 16V 就能满足要求，即可采用 CD11-16V 型；为使电路的充放电时间常数尽量小，则电容的 C4容值要取得小一些，可取为100μF电容 C5一。