楼道声控灯.docx

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楼道声控灯

第一章：

摘要

在学校、机关、厂矿企业等单位的公共场所以及居民区的公共楼道,长明灯现象十分普遍,这造成了能源的极大浪费。

另外,由于频繁开关或者人为因素,墙壁开关的损坏率很高,增大了维修量,浪费了资金。

同时，为了加强我们对模拟电子技术和数字电子技术的理解和巩固，我们通过了两个星期的电子技术课程设计，我设计的是声光控制灯的设计，我设计了一种电路新颖、安全节点、结构简单、安装方便、使用寿命长的声光双控节能电路。

本次课程设计的任务是楼道声控灯，根据模拟电子和数字电子所学的知识自主设计，在老师的指导下以小组为单位组装实物并调试。

本次课程设计任务是楼道声控灯，LED楼道声控灯是楼道灯的一种，是自行研发生产，拥有自主知识产权（申请四项专利），采用特殊技术封装的LED新型室外灯具，集声控、光控、智能控制于一体的产品，白天光控作用下，灯具处于关闭状态；夜晚照度低于设定值后，光控开启，当有人走动（或发出声音时），灯光自动打开并延时关闭。

对手机说出要拨打的姓名，手机会自动接通相应的电话号码。

如今，人们对声控技术越来越熟悉。

用声音代替肢体动作给人们带来了很多的好处和便利。

因此，越来越多的声控设备广泛地应用到人们的生活当中。

第二章：

方案论证

　　白天光线强，开关中的光控电路工作，将电路切断；声控是用人走动时，脚步声控制电路，将电路接通。

两个两部分的控制相当于两个开关串联。

从逻辑上来讲，就是“光暗”和“脚步声”是“与”的关系，满足这两个条件，电路接通，灯亮。

这个“与门”输出，去触发一个单稳态电路，使单稳电路动作，接通灯的电源，灯亮。

再经过一个时延，灯亮几十秒钟后，单稳电路自动翻转，灯光熄灭。

从声光控开关的结构上分析，开关面板表面装有光敏二级管，内部装有柱极体话简。

而光敏二极管的敏感效应，只有在黑暗时才起到作用（可用液晶万用表测得数值）。

也就是说当天色变暗到一定程度，光敏二级管感应后会在电子线路板上产生一个脉冲电流，使光敏二级管一路电路处在关闭状态，这时在楼梯口等处只要有响声出现，柱极体活简就会同样产生脉冲电流，这时声光控制开关电路就连通起作用。

因为必须要二个条件同时存在，声光控开关才起作用，故叫与门电路。

声控灯包括灯负载RL、可控硅SCR、话筒MIC及声控电路，灯负载RL与可控硅SRC串接后与电源相连，话筒将声音信号转成电信号，声控电路通过声音信号控制可控硅SRC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，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谐振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点位。

光控电子开关，它的“开”和“关”是靠可控硅的导通和阻断来实现的，而可控硅的导通和阻断又是受自然光的亮度（或认为亮度）的大小所控制的。

1、该电路的主要特性和优点有以下几方面：

（1）、光控功能：

在采光满足需要时，则不开启灯光；

（2）、稳定性：

高效可靠的恒流源，保证LED光源的稳定和长寿；

　　（3）、宽电压：

AC70V~260V自适应，DC11V~60V自适应，适合电压波动较大地区的需要；

　　（4.）适应性：

-20℃～60℃环境温度下测试工作正常；

　　（5）、显色性：

显色性≥70Ra，同时中间色温赋予舒适的照明；

　　（6）、可靠性：

全固体光源抗震动、抗冲击性能强；

　　（7）、寿命长：

LED使用寿命≥5万小时，大幅减少灯具更换的人工和材料费用；

　　（8）、无污染：

一般日光灯含有汞等有害物质，而LED灯采用半导体技术，不含任何有害物质，是一个名副其实的绿色光源；

　　（9）、参数自设定：

用户通过简单的插拔跳线（或可调器件），即可自行调整光敏度、红外（声控）灵敏度，延时时间等参数。

2、主要适用场合：

1）太阳能光伏照明系统；

　2）建筑物楼道、走道等公共通道照明；

　3）地下车库、图书馆、博物馆、陈列馆、超市等大环境补充照明；

　4）宾馆酒店、医院及住宅等玄关、厨房、卫生间、储藏间、更衣室照明；

5）火车汽车船舶帐篷等蓄电池供电场所照明。

第三章电路原理图

图3—1

第四章器件介绍

器件包括：

光敏电阻驻极体话筒运放LM358

NE555SM74LS122发光LED电容电阻

4.1NE555

图4—1

NE555是一种应用特别广范作用很大的集成电路小于规模集成电路,在很多电子产品中都有应用.NE555的作用是内部的定时器来构成时基电路,给其他的电路提供时序脉冲.NE555是属于555系列的计时IC的其中的一种型号，555系列IC的接脚功能及运用都是相容的，只是型号不同的因其价格不同其稳定度、省电、可产生的振荡频率也不大相同；而555是一个用途很广且相当普遍的计时IC，只需少数的电阻和电容，便可产生数位电路所需的各种不同频率之脉波讯号。

各种555定时器的电路结构大同小异，它由比较器C1和C2、基本触发器和输出级三个部分组成，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Vcc；3脚为信号输出端Vo；7脚为放电端。

如果经过一个足够大的电阻接到电源上那么放电端可获得一个与输出端相一致的电平。

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C1比较器的信号输入端，又称阀值段TH；2脚为C2比较器的信号输入端，又称触发端。

他们输入信号可以是数字信号也可以是模拟信号，分别与比较器所设置的参考电压进行比较便于控制输出状态；5脚为控制电压输入端。

如果没有外加电压时两个比较器的参考电压，由电源电压经过三个等值电阻分压提供。

在这种情况下，该端可通过电容接地，放干扰信号串入。

NE555的特点有：

　　1.只需简单的电阻器、电容器，即可完成特定的振荡延时作用。

其延时范围极广，可由几微秒至几小时之久。

　　2.它的操作电源范围极大，可与TTL，CMOS等逻辑闸配合，也就是它的输出准位及输入触发准位，均能与这些逻辑系列的高、低态组合。

　　3.其输出端的供给电流大，可直接推动多种自动控制的负载。

4.它的计时精确度高、温度稳定度佳，且价格便宜。

参数功能特性：

•供应电压4.5-18V•供应电流3-6mA

•输出电流225mA（max）•上升/下降时间100ns

4.2SN74LS122

图4—2图4—3

表4—1

74LS122是双单稳态触发器，它的功能表见表21-1，逻辑符号见图21-1-2。

表和图中的

是直接清“0”端，

是触发输入端，其中

是低电平信号触发端，

是高电平信号触发端，

是输出端，Rint和Cint是外接定时电阻和定时电容的接入端。

当

=0时，单稳态触发器清零，Q=0。

功能表中的符号↑和↓表示触发信号的触发边沿，

都可以做触发输入端使用，

除了做清零端使用外，也可以做触发端使用，见功能表的最后二行。

功能表中的符号

表示单稳工作状态。

图21-1-2逻辑符号内部有符号

，它代表内部的触发信号是上升边沿动作。

是下降沿触发有效，

是上升沿触发有效。

所以，

中如果没有触发边沿，单稳态触发器的状态不会改变，见功能表的第二、三、四行。

之间是或的关系，其中只要有一个有触发沿↓即可触发单稳态，当

之中有↓时，其他触发端

必须是高电平。

它们的关系在图21-1-2的逻辑符号中看的的比较清楚，触发信号的传递关系是

。

所以

中的触发沿↓经或门变为↑，由于

是高电平，这个触发沿可以通过与门对单稳态触发器进行触发。

中有↑触发边沿时，

中至少有一个是低电平，经过或门后变为高电平和

相与，才不至于影响

的↑触发边沿。

逻辑符号中的RI、CX、RX/CX是外接定时元件的接入端，逻辑符号外部引线上有符号，表示这个引线上的信号是模拟信号。

CX、RX/CX之间可以外接定时电容器Cext。

RI内部有一个定时电阻，可以使用这个定时电阻（不同型号这个电阻不同，74LS122大约为10k），也可以不使用这个电阻，这时需要在RX/CX与VCC之间外加定时电阻。

由于外加定时电阻比内部的定时电阻更准确一些，所以可以获得比较准确的定时精度。

4.3光敏电阻

图4—4

光敏电阻器（photovaristor）又叫光感电阻，是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。

光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化）。

通常，光敏电阻器都制成薄片结构，以便吸收更多的光能。

当它受到光的照射时，半导体片（光敏层）内就激发出电子—空穴对，参与导电，使电路中电流增强。

光敏电阻是一种半寻体器件，利用半寻体的光电效应。

当有光照时电阻很小。

无光照时电阻很大。

可用晶体管组成放大器，做成自动控制电路。

实现你所需要的电路。

把光敏电阻作为晶体管的偏流电阻。

这样当有光照时晶体管导通，驱动灵敏继电器。

用继电器接通电动机。

将窗帘打开。

继电器可用JRX--13F灵敏继电器。

其吸合电流不大于50MA。

前级放大器可用达林顿管组成。

放大器后可接一个反向器。

反向器驱动继电器。

用于制造光敏电阻的材料主要是金属的硫化物、硒化物和碲化物等半导体。

　在黑暗环境里，它的电阻值很高，当受到光照时，只要光子能量大于半导体材料的禁带宽度，则价带中的电子吸收一个光子的能量后可跃迁到导带，并在价带中产生一个带正电荷的空穴，这种由光照产生的电子—空穴对增加了半导体材料中载流子的数目，使其电阻率变小，从而造成光敏电阻阻值下降。

光照愈强，阻值愈低。

入射光消失后，由光子激发产生的电子—空穴对将逐渐复合，光敏电阻的阻值也就逐渐恢复原值。

　根据光敏电阻的光谱特性，可分为三种光敏电阻器：

紫外光敏电阻器：

对紫外线较灵敏，包括硫化镉、硒化镉光敏电阻器等，用于探测紫外线。

红外光敏电阻器：

主要有硫化铅、碲化铅、硒化铅。

锑化铟等光敏电阻器，广泛用于导弹制导、天文探测、非接触测量、人体病变探测、红外光谱，红外通信等国防、科学研究和工农业生产中。

可见光光敏电阻器：

包括硒、硫化镉、硒化镉、碲化镉、砷化镓、硅、锗、硫化锌光敏电阻器等。

主要用于各种光电控制系统，如光电自动开关门户，航标灯、路灯和其他照明系统的自动亮灭，自动给水和自动停水装置，机械上的自动保护装置和“位置检测器”，极薄零件的厚度检测器，照相机自动曝光装置，光电计数器，烟雾报警器，光电跟踪系统等方面。

4.4驻极体话筒

图4—5

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。

属于最常用的电容话筒。

由于输入和输出阻抗很高，所以要在这种话筒外壳内设置一个场效应管作为阻抗转换器，为此驻极体电容式话筒在工作时需要直流工作电压。

话筒的基本结构由一片单面涂有金属的驻极体薄膜与一个上面有若干小孔的金属电极（背称为背电极）构成。

驻极体面与背电极相对，中间有一个极小的空气隙，形成一个以空气隙和驻极体作绝缘介质，以背电极和驻极体上的金属层作为两个电极构成一个平板电容器。

电容的两极之间有输出电极。

由于驻极体薄膜上分布有自由电荷。

当声波引起驻极体薄膜振动而产生位移时；改变了电容两极版之间的距离，从而引起电容的容量发生变化，由于驻极体上的电荷数始终保持恒定，根据公式：

Q=CU所以当C变化时必然引起电容器两端电压U的变化，从而输出电信号，实现声—电的变换。

声电转换的关键元件是驻极体振动膜。

它是一片极薄的塑料膜片，在其中一面蒸发上一层纯金薄膜。

然后再经过高压电场驻极后，两面分别驻有异性电荷。

膜片的蒸金面向外，与金属外壳相连通。

膜片的另一面与金属极板之间用薄的绝缘衬圈隔离开。

这样，蒸金膜与金属极板之间就形成一个电容。

当驻极体膜片遇到声波振动时，引起电容两端的电场发生变化，从而产生了随声波变化而变化的交变电压。

驻极体膜片与金属极板之间的电容量比较小，一般为几十pF。

因而它的输出阻抗值很高（Xc＝1／2~tfc），约几十兆欧以上。

这样高的阻抗是不能直接与音频放大器相匹配的。

所以在话筒内接入一只结型场效应晶体三极管来进行阻抗变换。

场效应管的特点是输入阻抗极高、噪声系数低。

普通场效应管有源极（S）、栅极（G）和漏极（D）三个极。

这里使用的是在内部源极和栅极间再复合一只二极管的专用场效应管。

接二极管的目的是在场效应管受强信号冲击时起保护作用。

场效应管的栅极接金属极板。

这样，驻极体话筒的输出线便有三根。

即源极S，一般用蓝色塑线，漏极D，一般用红色塑料线和连接金属外壳的编织屏蔽线。

4.5运放LM358

图4—6

LM358是常用的双运放,LM358内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。

它的使用范围包括传感放大器、直流增益模组,音频放大器、工业控制、DC增益部件和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。

LM358的封装形式有塑封8引线双列直插式和贴片式。

特性（Features）：

内部频率补偿。

直流电压增益高（约100dB）。

单位增益频带宽（约1MHz）。

电源电压范围宽：

单电源（3—30V）；双电源（±1.5一±15V）。

低功耗电流，适合于电池供电。

低输入偏流。

低输入失调电压和失调电流。

共模输入电压范围宽，包括接地。

差模输入电压范围宽，等于电源电压范围。

输出电压摆幅大（0至Vcc-1.5V）。

第五章电路板的焊接、调试与故障分析

1、电路板的焊接、调试

利用数电和摸电的知识绘制出电路图,按照电路图运用工具将电路组装,并进行测试.5V进行测试时,发现LED灯不亮,通过用万用表测量发现集成块没有接电源,接上电源后继续测试发现声控灯正常工作,电路组装成功.

当光线充足时光敏电阻阻值很小大约仅为1K欧,此时电压比较器正相输入,输出为高电平;NE555电路4引脚为低电平有效所以其接受到输入的高电平时不会工作处于锁闭状态.

当光线不充足是光敏电阻阻值很大约为100M欧以上故电压比较器反向输入输出为低电平,NE555电路工作.这时若有声音信号通过MIC输入，通过电容滤波后输入LM358放大电路经放大后输入NE555电路，正弦波形被施密特变换为反相矩形波后输入到SN74LS122单稳态触发器后再次经波形变换后变成一个下降沿脉冲。

由于LED接入74LS122的Q’在其上升沿到达之前LED在高电平的作用下发光，当上升沿到来后LED两引脚间没有电位差自动熄灭。

2、故障分析：

当我们将我们完成的电路板接通调试时问题出现了，LED的点亮的时间很短暂，于是我们仔细检查每一个细节对照电路图一一查找，后来才发现原来是电容的大小搞错了导致电路短时间点亮。

通过这个错误明白了，做什么事都要先计划好了再去做，更不能粗心大意，所以我们也会在以后的学习生活中注意这方面，虽然有错误但是很有意义。

第六章心得体会

本次的声控照明灯的设计实践将我们学到的知识应用到了实践，深化了对数字电路设计和模拟电路设计的认识，使我们在设计的时间中获得新知。

设计开始老师给我们讲解了常用元器件的分类、型号、规格、参数，加深了对元器件的认识。

在接下来的焊接中，我纠正了以前焊接过程中的一些错误，并学到了一些焊接的小技巧，在以往自己私下的焊接过程中，我一直是先把焊丝挂到电烙铁上在点焊到元器件上，在实际操作中，这种操作方法常常很难将元器件焊上，在接受了老师的指导之后，先把元器件脚腿上挂上锡在焊接，操作比以前简单了很多，非常容易就可以完成焊接工作。

这次课程设计虽然短暂但是让我得到多方面的提高：

首先，我的逻辑思维能力有所提高，使我们在逻辑电路的分析与设计上有了很大的进步。

加深了我们对组合逻辑电路与时序逻辑电路的认识，进一步增进了对一些常见逻辑器件的了解。

我还更加充分的认识到，数字电路这门课程在科学发展中的至关重要性。

其次，查阅参考书的独立思考的能力非常重要，我们在设计电路时，遇到很多不理解的东西，有的我们通过查阅参考书弄明白，有的通过网络查到，但由于时间和资料有限我们更多的还是独立思考。

最后，相互讨论共同研究也是很重要的，经常出现一些问题，比如电路设计中的光控的设计，开始并不理解光控如何加进原理图，但是和其他完成的同学讨论后，理解了光控加入原理图里的方法后，很快的设计了电路原理图。

通过这两周的电子技术课程设计，我想说：

为完成这次课程设计我们确实很辛苦，但苦中仍有乐，相互帮助，配合默契，多少人间欢乐在这里洒下，大学里一年的相处还赶不上这次的实习，我感觉我和同学们之间的距离更加近了。

这个设计确实很累，但当我们仿真实验成功的时候，当我们连好线，声控灯能够正常工作的时候，这是我一生以来最值得高兴对我而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。

让我知道了学无止境的道理。

我们每一个人永远不能满足于现有的成就，人生就像在爬山，一座山峰的后面还有更高的山峰在等着你。

挫折是一份财富，经历是一份拥有。

这次课程设计必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆！

同时也对我的指导老师表示衷心感谢