晶闸管声控延时控灯电路设计.docx
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晶闸管声控延时控灯电路设计.docx
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晶闸管声控延时控灯电路设计
摘 要
【摘要】该设计主要介绍的是关于楼道照明感应自控灯的电路设计。
楼道照明感应自控是通过光敏电阻来实现的,当光敏电阻在背光的的时候灯就会慢慢的熄灭,即这时也是人走过了的时候。
在有的电路中这种原理也可以通过声音的振动来实现,当人走过时只需用手轻排一下灯就会自动的亮,人离开后又熄灭。
这样就给路人提供了相应的方便,同时,也达到了节电和节能的目的;延长灯的寿命。
在实际生活中节电节能,能够实现更多的自动。
【关键词】电源电路、声控电路、光控电路、延时控制电路
Abstract
【Abstract】Thedesignfocusesonisaboutthesoundandlightcontrolcircuitdesign.SoundandLightControlisachievedthroughthelight-sensitiveresistor,whenthephotosensitiveresistorwhenthebacklightlampwillslowlygoout,thatis,whenisthetimepeoplehavegonethrough.Insomecircuitsthisprinciplecanalsobeachievedthroughthevibrationofthesound,whenpeoplewalkedhand-lightemissiononlylookatthebrightlightsautomatically,thenleaveoff.Disturbingthepassers-bytoprovideacorrespondingconvenience,alsoreachedapower-savingandenergy-savingpurposes;extendlamplife.Inreallife,savingenergy,toachievemoreautomated.
【Keywords】powersupplycircuits,voicecircuits,lightcontrolcircuit,delaycontrolcircuit
第1章绪论
1.1问题的提出
随着电子技术的发展,尤其是数字技术的发展,用数字电路技术实现灯的自动发亮、节能节电、延长灯的寿命变得越来越重要,而且贴近我们的实际生活。
声光控电路已成为人们日常生活中必不可少的必需品,它不需要开关,声光控延时开关可在白天关闭电灯,晚上人来有声音时自动开灯,延时一分钟自动熄灭,真正做到了人来灯亮,人走灯灭,这种开关有许多优点,一是省电,由于灯泡大部分时间不工作,因此节电效率很高,达80%左右;二是方便,首先,不用接触,全自动智能控制,另外,接线简单、安装方便,不用更改原照明电路;三是省灯泡,正常情况下,一只灯泡可使用两年左右。
另外,是在一定场所使用还可起防盗作用,因此我花了一个星期时间设计了以下几种方案。
1.2国内外现状研究
可能有人会觉得一盏小小的电灯没有什么特别之处。
但自从几百年前爱迪生发明电灯以来,电灯就在不断地发展,在现代电子技术工作者,给电灯赋予了各种各样的功能,使其也变成了自动化和智能化,更好地方便人们的生活。
常见的功能如下:
触摸式开启:
利用触摸开关,只要用手轻轻触摸一下,电灯就亮起来。
延时功能:
电灯开始后,过一段时间后就能自动关闭。
光控功能:
利用手电筒等光源照一下电灯的光感应元件,灯就亮起来了。
或者用光控电路使电灯无法在光亮的环境下亮起来。
声控功能:
只要拍一下手,电灯就自动开始,关闭也用同样的方法。
1.3本文主要工作
1)对楼道照明感应自控灯,问题提出,现状分析与研究。
2)楼道感应自控灯延迟开关设计和论证,用三个不同的方案来分析和解决问题。
3)楼道感应自控灯延迟开关总体设计。
4)楼道感应自控灯延迟开关具体实现。
第2章楼道感应自控灯延迟开关设计和论证
2.1方案一
本方案介绍的声光控延时照明电路,在白天不工作,在夜间有人在楼梯上走动时,脚步声就会使电子开关动作,电灯点亮,人走后即无声响30s三后电灯会自动熄灭,节能实用,且具有较高的声控灵敏度。
VD3~VD6组成桥式整流电路,经R8降压限流,VS稳压,C3滤波输出约9V直流电压供三极管VT1~VT4用电。
白天光敏电阻RL呈低电阻,VT3导通,VT4截止。
此时C4上无电压,VT5截止,VT6导通,晶闸管VT7的门极于阴极被VT6短接,VT7关断,电灯E不亮。
晚上,RL无光照射,呈高电阻,但由于R2的偏置作用使VT1导通,VT1发射极电流流入VT3基极,使VT3仍处于导通状态,所以在安静状态时,电灯仍不会被点亮。
当楼梯上有人走路,其脚步声或谈话声经话筒B拾取后,就输出相应电信号经C1送至VT1放大。
放大后音频信号一方面由VT1发射极注入到VT3的基极,另一方面由VT1集电极输出,经C2耦合到VT2的基极,该信号经VT2放大由其集电极输出再次送入到VT1基极。
由此可见,VT1与VT2组成正反馈式音频放大器,它具有极高的电路增益,因而使电路有很高的声控灵敏度,这就是本电路设计的巧妙所在。
由于VT3基极有很强的音频输入,其信号的负半周使VT3退出导通态,进入放大态甚至截止态。
VT3集电极电位上升,VT4导通,9V直流电压经VT4、VD2向C4迅速充电,并经R9使VT5导通、VT6截止,解除对晶闸管VT7门极的封锁。
VT7门极由R11获得正向触发电流,VT7开通,电灯就点亮发光。
电灯点亮后,自身光线虽然使RL变成低电阻,使VT3导通封锁,但由于C4已经充满了电荷,C4通过R9向VT5发射结放电,使VT5仍能保持导通态,所以电灯能继续点亮。
当C4放电完毕,VT5截止,VT6导通,VT7关断,电灯熄灭。
如果再次有声响,电灯又能点亮。
电路的延迟时间主要由R9、C4的放电时间常数决定,图示数据约为30S。
白天,因VT3封锁,再大的声响都不会使电灯点亮。
VT1、VT3要求放大倍数β值大于200,其他三极管值以100左右为宜。
VT5、VT6的βVceo要求尽可能高一些。
驻极体电容话筒B最好选稳定性较好的带白点色标的那种。
其他元器件参数见图,无特殊要求。
图2.1分立元件声光控楼梯延迟开关电路图
2.2方案二
本方案是一个采用CD4011数字集成电路制作的声、光控楼梯走道延迟照明开关,它除了具备前面介绍的分立元件电路所有特点外,它的延迟精度高,工作可靠性高,各成品之间性能离散性小,因此非常适宜工厂大规模生产。
图中2.2[2],晶闸管VT2构成延迟灯开关的主回路,控制回路由2——输入端四与非门CD4011数字集成电路构成。
CD4011中与非门Ⅰ组成线性放大器,用来放大话筒B输入的音频信号。
与非门Ⅱ组成光控开关,与非门Ⅲ、Ⅳ组成单稳态电路。
与非门的逻辑功能是:
“见0出1,全1为0”。
白天光敏电阻RL受光照射呈低电阻,使与非门Ⅱ一个输入端⒀脚为低电平“0”,输出端⑾脚为高电平“1”,故⑼脚也为“1”。
与非门Ⅳ两个输入端⑸、⑹脚因R10接地为低电平“0”,所以输出⑷脚为“1”,⑻脚也为“1”。
与非门Ⅲ两个输入端都为“1”,输出端⑽脚为“0”,电容C5两端都为低电平无法充电,而三极管VT1接地而关断,电灯不亮。
由于⒀脚为低电平“0”,所以不管其⑿脚电平如何变化,电子开关均被封死,电灯不可能被点亮。
晚上,光敏电阻RL无光照射呈高电阻,其阻值远大于R8,所以⒀脚为高电平“1”,这就为开灯提供了条件,但输出端⑾脚的电平高低还要看⑿脚电平的情况。
当有人走动的时候,B收取声音信号经C2耦合到与非门Ⅰ进行放大,然后经R6向C4充电(充电时间常数极小),使⑿脚也变为高电平“1”,根据与非门“全1为0”的逻辑关系,⑾脚输出低电平“0”,⑼脚也为“0”。
由“见0出1”可知⑽脚为“1”即⑽脚输出高电平,经R10向C5充电。
根据电容两端电压不能突变的原理,⑸、⑹两脚为“1”,故输出端⑷脚为低电平“0”,VT1截止,晶闸管VT2的门极通过VD1和R1获得正向触发电流而开通,电灯E通电发光。
约经30S左右,C5充电完毕,⑸、⑹两脚恢复低电平“0”,⑷脚输出高电平“1”,VT1导通,VT2失去触发电流,当交流电过零时即关断,电灯熄灭。
在稳态时,⑽脚为低电平“0”,C5可通过R10放电,为下次开灯作延迟准备。
本电路有两个特点:
一是电灯点亮时为软启动,点亮后为半波交流电,可以大大延长灯泡的使用寿命;二是灯泡点亮时间由R10和C5的时间常数决定,自身灯光照射在RL上不会发生自我关灯现象。
此延迟节能灯经实际使用,效果极佳,一般的脚步声就能使电灯点亮发光。
照明灯泡E宜用60W或60W以下的白炽灯泡。
基于上述特点,本次设计采用此方案。
图2.2 数字电路声光控楼梯延迟开关电路图
检音
B
延时R10、C5
感光
RL
反相
D1
放大反相D3
整形
VS
控制门D2
电子开关
VT2
L1
照明灯
图2.3声光控延时开关方框图
2.3方案三
本方案是采用LM324运算放大器制作而成的声光控楼梯走道延迟照明开关,它也采用二线制接法,可以直接取代普通照明开关,而不必更改室内原有布线。
VD3~VD6、VT构成延迟灯开关的主回路,控制回路主要有A1~A4四个运放构成,220V交流电经VD3~VD6整流,R13降压,VS稳压,可在C3两端获得10V左右稳定直流电压供A1~A4用电。
话筒B与A1、A2组成声控电路;RL与A3等构成光控电路;R9、C4组成灯E点亮后的延迟电路;LED为发光二极管,用于夜间指示开关位置。
白天,RL呈低电阻,A3的反相输入端⑼脚为高电平,所以⑻脚输出低电平,VD1导通。
此时无论声控电路有无输出,它都将A4的同相输入端⑿脚钳位在低电平,所以⒁脚输出低电平,晶闸管VT始终关断,灯E不会点亮。
只有到了晚上,RL呈高电阻,A3的⑻脚为低电平,⑻脚输出高电平,VD1反偏截止,从而解除对A4的封锁。
如果此时,有人在楼梯上走动,B拾取人的脚步声,经C1耦合到A1的⑶脚,使⑴脚输出高电平,再经C2耦合到A2的⑸脚,A2的⑺脚就输出高电平。
此高电平使VD2导通,加至A4的同相输入端⑿脚,⒁脚就输出高电平,晶闸管VT开通,灯E点亮。
同时正电源通过VD2向C4充电。
声音过后,A2的⑺脚恢复低电平,VD2截止,但C4储存电荷可通过R9缓慢放电,继续维持⑿脚保持高电平,所以灯不会马上熄灭。
约30S左右C4两端电压即第⑿脚电平低于⒀脚时,⒁脚恢复低电平,晶闸管VT失去触发电流。
当交流电过零时,即关断,灯E熄灭。
图中,接成四只电压比较器的运放A1~A4可采用一块单电源四运放集成电路LM324。
其他元器件参数见图,无特殊要求。
图2.4 采用运放的声光控楼梯延迟开关电路图
第3章电路总体设计与论证
3.1楼道感应自控灯总体方案设计
1.画出楼道感应自控灯的控制系统方框图
输入光控二极管话筒,电源开关
控制电子电路对输入信号分析后,发出指令
输出电 灯
被控对象灯光
2.根据系统的要求分析出电路的组成如下
电源开关
声控部分
光控部分
处理
电灯
延时
其中,开关部分选用图1-(b)类似的方案,声控部分选用图1-(a)类似的方案,光控部分选用光敏电阻作为基本感光元件,延时部分先用图2-(a)的方案。
接下来的处理部分的解决就是最大的问题。
开始时我们决定使用逻辑电路来实现其功能要求。
有三个输入端,若设光控信号为A,由于触摸开关可声控部分可连在同一个延时电路中,可高它们为B,设输出为Y。
当A为高电平时,Y为低。
当A为低电平时,B为高电平时,Y为高。
逻辑真值表为图
(1)。
根据图表可知其逻辑表达式为,逻辑电路使用如图
(2)。
随后,我们知道上述电路中使用了两种门电路,而通用的集成电路块都只含一种门电路。
必须对其进行变形。
因为,根据反演律有
这样就可以使用或非门来实现同样的处理功能。
门电路连接如图(3)。
按照此图的电路连接,可使用CT74LS02或CC4001的四二输入或非门。
其引脚如图(4)。
其连接方法是A连1,B连5和6,4和2连接,3即为输出端Y。
但后来我们发现使用这样的方法还是浪费了集成电路的两个门。
因为电路要实现的逻辑功能比较简单,可以用其他的方法代替门电路的使用,通过查找相关的电路图使用,决定使用两个三极管实现设计要求,如图(5)。
令外界光度较高时,A输入为低电平,无论B输入为高电平,若有B为高电平,电灯就可亮起来。
光控电路部分电路如图(6)所示。
当R2接收到外界较强光线时,U为低电平,当外界光线较弱时,R2呈现高电阻,U为高电平。
然后我们才发现只要把逻辑表达式中的改变为A就是一个与门电路,之前所思考的方法反而使电路更加复杂。
而图(5)就是一个与门电路的简单形式之一。
3.上述的设计内容,画出总的设计图如下:
其工作原理为:
⑴当外界光线较强时,光敏电阻R4呈现低电阻,三极管VT6基极为低电平,三极管截止。
电灯无法亮起来。
⑵当外界光线较弱时,三极管VT6基极为高电平,三极管VT6导通。
当用手触摸金属片M时,人体感应电动势从M输入,经过三极管VT4,VT5放大在短时间内给C充电,同时,VT7有基极电流,VT7导通。
电灯发光。
当手指离开M后,电容C3开始放电,VT7保持导通,延时开始,当C放电完毕,VT7截止,电灯泡熄灭,延时结束。
延时时间由C3和R5的数值决定。
⑶声控。
大力地拍一下手掌,使B接收声音信号,再把声音信号转化为电信号,再转入三极管组,VT1,VT2,VT3经过放大后的电流作用于电容C3使其充电,并使VT7导通,若此时VT6也导通,电灯泡就亮起来了。
电容C的放电充电使其实现延时功能。
3.2电源电路设计和论证
3.2.1方案一
1.推挽型变换器
S2
S1
L
C
R
N1
N1
N2
N2
Ui
Uo
T
下面是推挽型变换器的电路。
图3.1推挽型变换电路
S1和S2轮流导通,将在二次侧产生交变的脉动电流,经过全波整流转换为直流信号,再经L、C滤波,送给负载。
由于电感L在开关之后,所以当变比为1时,它实际上类似于降压变换器。
2.半桥型变换器
图2-6给出了半桥型变换器的电路图。
当S1和S2轮流导通时,一次侧将通过电源-S1-T-C2-电源及电源-C1-T-S2-电源产生交变电流,从而在二次侧产生交变的脉动电流,经过全波整流转换为直流信号,再经L、C滤波,送给负载。
同样地,这个电路也相当于降压式拓补结构。
C
2Ui
S2
S1
L
R
N1
N2
N2
Uo
T
C1
C2
图3.2半桥式变换电路
3.全桥型变换器
C
Ui
S3
S2
L
R
N1
N2
N2
Uo
T
S4
S1
下图是全桥变换器电路。
图3.3全桥式变换电路
当S1、S3和S2、S4两两轮流导通时,一次侧将通过电源-S2-T-S4-电源及电源-S1-T-S3-电源产生交变电流,从而在二次侧产生交变的脉动电流,经过全波整流转换为直流信号,再经L、C滤波,送给负载。
这个电路也相当于降压式拓补结构。
4.正激型变换器
T
N3
C
L
R
N2
Uo
S
N1
VD2
VD3
Ui
下图为正激式变换器。
图3.4正激型变换器电路
当S导通时,原边经过输入电源-N1-S-输入电源,产生电流。
当S断开时,N1能量转移到N3,经N3-电源-VD3向输入端释放能量,避免变压器过饱和。
VD1用于整流,VD2用于S断开期间续流。
3.3声控延迟灯开关电路设计
3.3.1方案一
本方案是一个采用音乐门铃芯片为核心器件的声控延迟灯,当接受到声音,电灯便会被点亮,延迟20S左右,灯会自行熄灭,该电路是采用二线制接法,可以直接取代普通开关而不必更改室内原有的线路;也可以将它并联在普通的电灯开关上,或与光控开关相连,构成声光控延迟照明电路。
图中,右部为普通照明电路,左部为声控延迟开关。
S为普通灯开关,S闭合后,灯E点亮,此时延迟电路不起作用。
S打开时,灯灭,延迟电路开始工作,此时只要击掌,便可开灯,延迟20S后,灯便自行熄灭。
电路工作原理:
VD1~VD4与VT4构成开关主回路,控制回路由KD-9300音乐门铃芯片、话筒B、三极管VT1VT3构成。
VS、R6与C3构成简单稳压电源,输出3V左右的直流电压供控制回路用电。
平时,VT2、VT3截止,晶闸管VT4处于关断态,灯E不亮。
如果你拍一下手掌,B拾取声波信号后由C1送至VT1进行放大,VT1集电极就会出现一个正向脉冲,由C2耦合到VT2的基极,使VT2瞬间导通。
音乐门铃芯片因触发端TRIG受到高电平触发而工作,输出端O/P就输出芯片内储的乐曲信号,经VT3放大注入VT4的门极,使VT4触发开通,灯E便点亮发光。
R5、C4用来平滑VT3输出的乐曲信号,目的使灯光不产生闪烁感。
当门铃芯片内储乐曲信号终了时,VT3恢复截止,VT4因门极失去触发电流,当交流电过零时即关断,灯E熄灭。
本电路电灯点亮时间的长短取决于门铃芯片内储乐曲信号的长度,KD-9300型集成电路乐曲信号长度视内储乐曲名而定,一般在10~20S左右,VT2的β值宜大,最好在200以上;VT4宜采用触发电流较小的微触发单向晶闸管,如2N6565型等。
其他元器件无特殊要求。
图3.5声控延迟灯开关电路原理图
3.3.2方案二
本方案介绍的声控照明灯,在有突发声响出现的时候即可点亮,延时一段时间后又能自动熄灭,可作为声光控照明电路的分电路。
电路工作原理
该声控照明电路有电源电路,声控放大电路和延时控制电路组成,如图3.6所示。
电源电路由电源开关S、降压电容器C3、泄放电阻器R7、稳压管VS、整流二极管VD和铝箔电容器C4组成。
声控放大电路由传声器BM、晶体管V1、V2、电阻器R1~R4和电容器C1组成。
延时控制电路由时基集成电路IC、电阻器R5、R6、延时电容器C2和晶闸管VT组成。
接通电源开关S,交流220V电压经C3、降压VS、稳压VD整流及C4滤波后,产生+12V(Vcc)左右的工作电压,供给声控放大电路和延时控制电路。
平时(无突发声响的时候),IC因2脚为高电平而处于稳态,3脚输出低电平。
VT处于截止状态,照明灯EL不亮。
当有突发声响出现时,该声音经BM转换成交变电压信号后,再经V1、V2两极电压放大,在信号的负半周时IC内电路翻转,由稳态变为暂态,3脚输出高电平,使VT受触发而导通,EL被点亮。
与此同时,C2经IC的7脚内部的放电电路快速放电后,+12V电压又经R5对C2缓慢充电,使IC的6脚电平不断上升。
当该脚电压升至2Vcc/3时,IC复位,由暂态恢复为稳态,3脚由高电平变为低电平,使VT截止,EL熄灭。
改变R5的阻值或C2的电容量,可以改变EL延时点亮的持续时间。
图3.6 声控延迟灯开关电路原理图
元器件选择
R1~R7选用1/4W炭膜电阻器或金属膜电阻器。
C1选用独石电容器;C2和C4均选用耐压值为25V铝电解电容器;C3选用耐压值为400V的涤纶电容器或CBB电容器。
VD选用1N4007型整流二极管。
VS选用2CW110或2CW21H1N4743型硅稳压二极管。
V1和V2选用S9013或3DG9013型NPN晶体管。
VT选用BCR1AM或3CTS1(1A、400V)型双向晶闸管。
IC选用NE555型时基集成电路。
BM选用CRZ-29型驻极体传声器。
3.4光控延时照明电路设计
3.4.1方案一
电路工作原理
该光控延时照明电路由单稳态触发器,自动光控制电路和红外光控制电路等组成,如图所示。
单稳态触发器由时基集成电路IC、电位器RP和电容器C1组成。
自动光控制电路由可见光光敏晶体管V2与IC的4脚内电路组成。
红外光控制电路由红外发光二极管VL与红外光光敏晶体管V1组成。
双向晶闸管VT作为照明灯EL的电子开关,受IC3脚的电平控制。
在白天有光照的时候,V2呈导通状态,使IC的4脚(复位端)为低电平,整个控制电路不工作。
夜晚,V2因无光照射而呈截止状态,IC4脚变为高电平,整个光控制电路开始正常工作。
若在光控区无人时,则VL发出的红外光使V1导通,IC的2脚为恒定的低电平,3脚输出低电平,VT截止,照明灯EL不亮(只有IC的2脚有负脉冲输入时,其内部的触发器才动作,IC的3脚才输出高电平)。
当有人进入光控区后,遮挡光照使V1截止,IC的2脚变为高电平,人走出光控区后,IC第2脚加入负脉冲,使其内部的触发器翻转,IC的3脚输出高电平,使VT受触发而导通,照明灯EL被点亮。
待IC暂态结束后,其3脚恢复低电平,使VT截止,照明灯EL熄灭。
图3.7光控延时照明
元器件选择
R1~R4、R6均选用1/4W炭膜电阻器;R5选用2W炭膜电阻器。
C1选用耐压值为16V铝电解电容器;C2选用独石电容器或涤纶电容器;C3耐压值为500V的CBB无感电容器。
VL选用HG501型中功率红外发光二极管。
V1、V2均选用3DU系列的光敏晶体管。
VT选用1A/400V双向晶闸管,使用时应加散热片。
IC选用NE555型时基集成电路。
EL选用25~40W、220V的白炽灯。
3.4.2方案二
本方案是一个性能较好的光控延时照明电路,它能自动点亮60S,从而避免人们晚上走夜路时的不必要麻烦。
因此可用于声光控照明电路中作为光控照明模块。
电路工作原理
该光控照明电路由电源电路和光控电路组成,如图所示
图3.8光控延时照明电路
电源电路由降压电容器C1整流二极管VD1VD4滤波电容器C2和稳压二极管VS组成。
光控电路由
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- 晶闸管 声控 延时 电路设计