简易声光控照明灯电路Word文档格式.docx

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2013年06月28日

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2013年06月21日

简易声光控延时照明灯电路

摘要

电路采用两级控制（光线强弱的感应与声强的感应）。

在白天时，光线强，光敏电阻的阻值远远小于与其串联的电阻，使555定时器不工作；

到晚上时，光线弱，光敏电阻的阻值很大，使555定时器工作，定时时间t大小可调节。

声音信号经两次放大后加到555的触发端2脚，通过电容充电放电的过程达到延时的效果，电路进入暂稳态持续时间内，有了新的触发信号，电路重新进入暂稳态，从而通过Q（555的3端）的导通和截止控制继电器，来达到控制照明灯。

如果光线强，即使进行声控，照明灯电路也不工作，从而达到节能目的。

关键词光控感应声控感应NE555照明灯节能环保。

概述

本设计分电源电路原理、光控电路原理、声控电路原理、输出电路原理、各元件型号及参数的确定这几部分。

电路采用声光两级控制照明电路。

光线电路控制照明灯的第一级开关，声强的感应控制第二级开关。

声音的感应是利用MIC的特性，即当其接收到足够的声音强度时，在其中会产生一个脉冲波，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压信号，为控制电路提供触发信号。

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电阻来实现，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触发端，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。

1电源电路的设计

1.1电源电路原理

1-1电源电路原理图

如图1-1，电路包含了变压、整流、滤波、稳压四个部分。

电源电路图的原理：

直接从电网供电，通过变压器电路进行降压处理，降到14V后再经过D1~D4组成的桥式整流电路，将变压器的输出电压进行全波整流；

C1用来滤除整流桥输出电流中的纹波，7812为三端集成稳压器，用来稳定电路的输出电压；

C2、C3用来实现频率补偿，防止稳压器产生高频自激震荡和抑制电路引入的高频干扰，C4是电解电容以减小稳压电源输出端由输入电源引入的低频干扰。

1.2电源电路元件的选择和型号确定

C1用于滤除低频纹波，故用容值较大的100μF；

C2用于防止稳压器产生的高频自激，故用容值较小的0.33μF；

C3用于抑制电路引入的高频干扰，用容值较小的0.1μF；

C4用于减小低频干扰故用容值较大的10μF；

变压后的输出电压为14V~，经过整流电路后，C2两端的电压V=（15.4~16.8）V，C3两端的电压V=12V，符合三端稳压器7812的输入电压要求；

集成三端稳压器7812的有关参数如表1-1-1所示。

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）

输出电流（A）

电压调整率

最小

最大

12.0

11.5~12.5

15~17

0.1

0.5

10mV/V

1-1-1稳压器7812参数表

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，而输入与输出之间压差一般为3~5V，才能保证集成稳压器正常工作。

基于此，变压器选用220V~14V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。

2光控电路

2.1光控电路原理

2-1光控电路原理图

如图2-1，由于光敏电阻的特性，在光照时电阻迅速减小没有光照时电阻很大，所以在白天时，由于光线较强，光敏电阻RL的阻值远远小于R13，故555定时器的复位端4相当于直接接地，为低电平，555定时器不工作。

在晚上时，由于光线较弱，光敏电阻的阻值远远大于R13，故555定时器的复位端4相当于直接接入电源，为高电平，555定时器正常工作。

2.2光感电路元件的选择和型号确定

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。

3声控电路

3.1声控电路原理

3-1声光控电路原理

如图3-1MIC接收到足够的声强时电路产生谐振并输出一个微弱脉冲，从而将声音信号转换为电信号。

MIC输出信号是一个非常微弱的信号，为了后续电路能够对声强信号进行处理，必须加入信号放大电路，选用了两次放大。

如图将MIC的输出信号反向接入放大电路，经过两个共射极放大电路后，输出的放大电压依旧是反向的，图中C5、C7、C9的作用为均隔直流通交流，起到滤波作用，R4、R8为反馈电阻，以减小温度变化对T1、T2两个三极管Q点的影响C6、C8为射极旁路电容，以消除R4、R8对交流分量的影响，从而使电压增益不致下降。

当在晚上光线较弱的时候光控部分使4脚置1,555定时器正常工作，电阻R9、R10的串联组成了一个分压电路，使555定时器2脚的电压在没有触发信号的时候保持刚好略高于1/3VCC（因为金属膜电阻有1%的误差，所以不能选刚好等于1/3VCC），这样当MIC接收到了足够大的声强后，声强信号处理电路通过放大就输出了一个反向电压脉冲信号，由于电容C9两端的电压不能突变，所以555定时器的2脚会产生一个低于1/3VCC的脉冲信号，使555定时器发生翻转，电路进入暂稳态，555定时器的3脚

输出高电平，7脚的BJTT截止使电容C10开始充电，直至充电到2/3VCC时电路又发生翻转，时间为

（公式1）

输出V0为低电平，T导通，电容C10放电，电路恢复至稳定状态，如果在电路暂稳态持续时间内，又有足够强的声强产生了触发信号，会使T3管导通，电容再次放电，输出仍然维持在暂稳态，电容C10重新充电，直至充电到2/3VCC，电路又发生翻转，输出V0为低电平。

3.2声控电路元件的选择和型号确定

（1）实际情况下要使T1（T2与T1相同，这里不再分析）的Q点稳定，流过R1、R2的电流I1越大于流过基极电流IB，以及R2两端电压V2越大于VBE越好，但是为了兼顾其他指标，对于硅管，一般可选取

（公式2）

（公式3）

所以R4可选取为R2的1/10左右（β在80左右）

（2）三极管T1、T2选用硅9014NPN管。

9014的有关电参数如表（b）所示。

此表为在集电极电流IC=100mA,基极电流IB=5mA时，测试晶体管

参数名称

符号

典型值

单位

集电极耗散功率

Pcm

300

mW

集电极最大电流

Icm

100

mA

电流放大系数

β

60~1000

特征频率

fT

150

MHz

3-2-1集电极参数

9014的集射极间饱和电压典型值为VCES=0.14V。

R1的值可用以下三式来推算：

（公式4）

（公式5）

（公式6）

由于所给晶体管的参数均为极限值，因此实际应用时所取的值通常要比由两式计算出来的值大得多。

在晶体管工作在线性放大状态时，IB为几十到几百微安，Ic为几毫安到几十毫安。

因此电阻R1应在几百千欧到几兆欧之间，电阻R3应在几千欧到几十千欧之间。

可取R1=270KΩ、R2=180KΩ、R3=22KΩ、R4=18KΩ。

电容C5可取47μF,C6可取30μF，C7、C8均可取30μF。

R9、R10为分压电阻，为节省电能，少发热，并且延长电容C9的充电时间，故选用阻值较大的电阻R9=210KΩ、R10=107KΩ，这里为了提高精度使稳态时2脚的电压为1/3VCC，采用精度为1%的金属膜电阻。

（3）要求照明灯点亮时间t可调节，取电容C10=100μF。

（公式7）

最短时间

（公式8）

若设计最短定时时间为30s,则可算得R12=270KΩ

若最长定时为60s计算的R11=275KΩ故取300KΩ

电容C11取0.01μF。

PNP三极管取和9014NPN管参数类似的9015PNP管

4输出电路

4.1输出电路原理

4-1输出电路原理

如图4-1当555定时器的输出端3输出为高电平的时候，继电器接通了电源开始工作，使照明电路接通；

当555定时器的输出端3输出变为低电平时，D5与继电器构成回路，保护继电器。

4.2输出电路元件的选择和型号确定

表4-2-1继电器JRW-6M

额定电压

5V/6V/12V/27VDC

动作电压

3.2V/4V/8V/17V

动作时间

<

=3ms

释放电压

0.4V/0.5V/0.9V/2V

线圈功耗

=0.43W

主要特点及用途

体积小，重量轻。

适用于具有集成电路通信及电子设备和自动控制装置中，供换接电路用。

所以继电器可以选择JRW-6M，二极管可以选择IN4148反向电压为75V正向电流为150mA

状态

阀值输入THR

触发输入TRIG

复位端

输出端Q

放电管DIS

状态0

任意值

导通

状态1

（2/3）Vcc

（1/3）Vcc

1

截止

状态2

>

状态3

不变

表4-2-2NE555功能表

　电磁继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。

只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。

当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）释放。

这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。

对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：

继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；

处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。

继电器一般有两股电路，为低压控制电路和高压工作电路。

继电器和接触器的工作原理一样。

主要区别在于接触器的主触头可通过大电流，而继电器的触头只能通过小电流。

所以，继电器一般不用来直接控制主电路（而是通过控制接触器和其他开关设备对主电路进行间接控制）。

总结

1课程设计总结

该设计电路为实际问题中节能自动控制照明电路关于此次设计的电路，在实际生活中的应用非常广泛，像楼道、楼梯、走廊等一些照明灯都是本电路的应用，在日常生活中，节电节能。

在设计这个电路的时候需要进行电源的设计，将交流转换为直流，并进行整流和稳压的计算。

设计思路为弱信号转化为电信号，弱电控制强电，也正是我们专业所学知识的特点。

因此，设计之前要考虑到什么样的电子器件还有用什么电气元件能作为弱电和强电的接口。

在声音信号转化为电信号时选用的麦克风，由于电流很微弱，这里还采用了两次共射极电压放大。

而在第一级光控制开关，需要用光敏电阻的特性与555的工作特性结合起来。

在这次设计中，第二级开关，声音信号为触发信号，需要电路可以对这种触发信号进行相应的响应，这就需要我们对555定时器（这里有的是由555构成的可重复单稳态触发器）的原理非常了解，设计思路要非常清晰。

在输出电路为了让弱电控制强电，这里采用了继电器。

这样，由电源、光控电路、声控电路以及输出电路就设计出总的电路。

设计此电路让我再一次温习了过去一年里学到的模电和数电知识以及刚刚结束的电工实习，同时在设计这个电路时需要在网上翻阅大量器件的数据手册，让我对一些器件有了一定的了解。

也让我学到了一些实际的东西，再也不是仅仅的理论知识。

设计这个电路需要明确各个部件的具体参数，不然在思路上可能觉得可行，但是实际中，电路是无法工作的。

2课程设计设计体会

这次课程设计，给我很多专业知识以及专业技能上的提升，给了我很多思，给了我莫大的空间。

同时，设计让我感触很深。

使我对抽象的理论有了具体的认识。

通过这次课程设计，我掌握了常用元件参数；

以及如何提高电路的性能等等。

我认为，在这学期的课程设计，不仅培养了独立思考、动手操作的能力，在各种其它能力上也都有了提高。

更重要的是，在自己的摸索中，我们学会了很多学习的方法。

而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。

要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。

这对于我们的将来也有很大的帮助。

以后，不管有多苦，我想我们都能变苦为乐，找寻有趣的事情，发现其中珍贵的事情。

就像中国提倡的艰苦奋斗一样，我们都可以在课程设计结束之后变的更加成熟，会面对需要面对的事情。

回顾起此课程设计，至今我仍感慨颇多，从理论到实践，在这段日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。

通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。

在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，但可喜的是最终都得到了解决。

通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关数电和模电方面的知识，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。

实践出真知，通过亲自动手设计，使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。

　　在课程设计过程中，我不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断获取。

这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，最后在我们小组的共同努力下，终于得到了解决。

在学习实践过程中，一定要不懈努力，不能遇到问题就想到要退缩，一定要不厌其烦的发现问题所在，然后一一进行解决，只有这样，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荆斩棘，而不是知难而退，那样永远不可能收获成功，收获喜悦，也永远不可能得到社会及他人对你的认可！

课程设计中，也对团队精神的进行了考察，让我们小组在合作起来更加默契，在成功后一起体会喜悦的心情。

果然是团结就是力量，只有互相之间默契融洽的配合才能换来最终完美的结果。

　　此次设计也让我明白了思路即出路，有什么不懂不明白的地方要及时请教或上网查询，只要认真钻研，动脑思考，动手实践，就没有弄不懂的知识，收获颇丰。

参考文献

[1]何小艇.电子系统设计.浙江大学出版社，2001年6月.

[2]姚福安.电子电路设计与实践.山东科学技术出版社,2001年10月.

[3]王登辉.电路与数字逻辑设计实践.东南大学出版,1999年10月.

[4]李银华.电子线路设计指导.北京航空航天大学出版,2005年6月.

[5]康华光.电子技术基础.北京：

高等教育出版社,2000年6月（模拟部分P103、P449、P459数字部分P374）.

[6]陈有卿等编著.555时基集成电路原理与应用.北京：

机械工业出版社,2006年5月,144~145.

[7]陈尔绍等编著.电子控制电路实例.北京：

电子工业出版社,2004年11月，14~16.

[8]陈有卿等编著.555时基电路原理、设计与运用.北京：

电子工业出版社,2007年9月，64~67.

附录

附录1声光控延迟照明电路总图

附录2电路元器件清单

器件名称

标号

大小

类型

数量

电阻

R4、R8

18KΩ

精度为5％的碳膜电阻

2

R3、R7

22KΩ

R10

107KΩ

精度为1%的金属膜电阻

R2、R6

180KΩ

R9

210KΩ

R1、R5、R12、R13

270KΩ

4

R11

300KΩ

滑动变阻器

电容

C11

0.01μF

103M/50V

C3

0.1μF

104M50V

C2

0.33μF

0.33μF/50V

C4

10μF

CD11-16V

C6、C7、C8、C9

30μF

C5

47μF

C10

100μF

C1

CD11-25V

晶体管

T1、T2

NPN9014

T3

PNP9015

光敏电阻

RL

亮阻≤10KΩ

暗阻≥10MΩ

MG45

麦克风

Mic

动圈麦克风

集成电路

IC17812

7812

NE555

变压器

T

220V-14V-1A

整流二极管

D1、D2、D3、D4

最大反向工作电压为400V额定工作电流为1A

1N4004

继电器

JRW-6M

工作电压12V

照明灯

灯泡

220V~