电工电子课程设计方案声光控制节能开关.pdf

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1、1 / 11 近两年，能源紧张的状况日益凸显，可实际情况却令人担忧。公共场所照明用电，因大多 无专人管理，“长明灯”现象十分严重，耗电量非常大。所以，公共场所的照明节电及照 明自动化控制十分重要。本文设计的照明自动控制电路，同时具有声控和光控功能。照明 灯在白天 ( 或光照度足够时不亮，晚上 ( 或光照度不足时吹口哨或拍手即亮，延时30s 后 自动熄灭 ( 延时时间可根据不同的使用场所自行设定，节电又方便。简单易制、成本低、 可靠性高，是教案楼照明自动控制的很好的方案。 一 声控照明电路 声音是我们最为熟知的。人与人需要用声音去交流，机器运转发出声音，动物会发出 声音等等。然而发此宝贵的资源却

2、被我们忽视了很长时间，如今留给我们的就是怎样合理 高效的利用这一资源。以前人们在设计电路时只求一个用字，只要能用就万事大吉 了，所以我们常见的电路都有很多开关如照明电路要让它工作我们必须机械地去控制它， 这对于当今社会各种各样的智能化建筑如智能办公楼，智能化公寓等是非常不实用的；在 这种情况下声音就派上了用场，声控作为智能化电路的一部分是一可缺少的；然而要实现 声控也不是一件容易的事，因为声音是一模拟量且非电信号无法在数字电路中使用，所以 我们在设计声控电路时就面临怎样把模拟量转化为数字量，把声音信号转化为电信号的问 题。要解决这个问题我们可以设计一个类似于窃听器的接收设备专门用来接听声音信

3、号并将声音信号转化为电信号转送到下一级电路。但是作为声控电路对声音信号的要求既 不能太强也不能太弱，太强声控难以实现；而太弱电路结构复杂也难以实现，所以最好是 能接收到如人的讲话声，脚踏地板声。当这类信号转化为电信号时，电信号一般较弱，必 须对其进行放大对此可选择功放电路，运放电路，差分电路等，根据电路对信号的要求一 般选择运放电路较好，提高信号输出电压。经过这一步实现了声音信号到电信号的转换。 有了电信号实现声控就容易了，我们可以让产生的电信号去触发触发器使电路导通。对于 这样的电路设计对外加电源的要求必须稳定，不断电，故最好再为其设计一个稳压电路这 样才能使电路稳定工作。而对元器件的要求也

4、较高，特别是半导体器件必须保证灵敏度 高，各电参数精确稳定，这样电路才能高效地工作。如今对于这样的电路设计我们以不必 为其烦恼，因为有了声音传感器，可以直接将声音信号转换为电信号，大简化了电路结 构，使声控电路的设计显得更加容易。下面就运用声音传感器设计的声控照明电路加以分 析： 声控照明电路的主要原理: 是利用了声学和电子学的原理即用声音传感器将声音信号转 2 / 11 换成电信号从而推动触发器触发使电路导通工作。 作为一个智能化声控照明电路应具有以下功能： 能在声音的控制下实现电路的导通与截止。 声音的发出应是多方面的如脚步声，物体打击声等。 响应时间应越短越好。 为此在选择电路元器件时应

5、选择灵敏度较高的声音传感器组成声控照明电路控制电路 的前端，同时我们还要为该传感器设置传感条件如声音响度必须在20DB以上才能响应等。 中间端采用触发器构成，利用触发器不触不发，一触即发的特点去推动照明电路工作，触 发器的选择也应选择灵敏度高，响应时间短的触发器如D触发器， JK触发器等。 二 光控照明电路 在第三次科技革命的推动下，光能这一伟大的，自然的以及人类生存所必须的宝贵资 源在被人类遗忘了若干年后，今天终于得到了广泛的应用。太阳能热水器，太阳能电池， 太阳能浴场等都成为人们热议的话题，大到天上的人造卫星，小到街道的路灯太阳能的应 用无所不在。而作为智能化电路的设计考虑光能的应用也是理

6、所当然的。在半导体技术的 飞速发展下大促进了光能应用的快速进步，在发电，取暖等方面尤为突出，智能化电路设 计引进光技术已不是新奇事了，在光控电路的设计中不同于声控电路复杂的结构，随着半 导体光敏元器件的快速发展，我们在设计光控电路时面临的问题已由怎样使光信号转化为 电信号变为怎样在电路中加大电信号的强度？这一问题如今也以得到了较好的解决，光敏 元器件的应用在光照的情况下使其电参数发生变化从而使其对电流的阻碍作用减小或增 大，进而使电路导通或截止，电信号强弱的改变光控转化为电控电路功能的实现便容易 了。在这样的电路设计中，对电路元器件的要求也极为高尤其是光敏元件是光控电路功能 实现的核心，必须保

7、证其各项参数的精确，稳定。故在选择这类元器件时一定要选择高灵 敏度工作稳定可靠的元件，当然电路工作的稳定是否？功能能否实现？并不仅仅只和电路 元器件有关，外加电源也是不可忽视的，与声控电路一样最好也是给光控电路加上一个稳 压电路确保电路能正常工作。现就采用光敏元件设计光控照明电路作如下分析： 电路原理：利用光敏元件随光照强度的变化而阻抗发生变化的特点，去控制电信号的 强弱，再由传感器将变化的电信号传递给触发器，只要电信号强度达到一定程度将触发触 发器使其导通工作。光控照明电路其主要功能是实现当外界光照强度降低到一定程度时， 使照明电路导通工作。就其方案而言多种多样，但我们在设计时必须要考虑方案

8、的可行 3 / 11 性，稳定性以及元器件的灵敏度，尤其是光敏元件必须选择灵敏度高的这样电路功能才能 较容易实现，为此我们在设计光控电路时，不但要尽量使电路结构简化，而且要使电路功 能强，功能的实现要可靠稳定。光控电路框图如下： 图 1 声光延时开关框图 三 延时电路 从 20 世纪中后期数字电路的飞速发展到今天技术已越来越成熟。自从电子计数器的出 现之后各式各样，功能万千的定时/ 计数器层出不穷。然而正是电子计数器的出现才使得电 子技术的发展上了一个新的台阶。定时/ 计数这一功能在电子电路中的应用，使智能化电路 的设计更加名副其实。我们常见的交通红绿灯，公园里的娃娃车等都是采用了定时计数技

9、术的典型示例。我们大家都看过智力竞赛，都有知道抢答器，然而抢答器更是电子定时/ 计 数器的典型应用。虽然我们可以花几元钱就可以从街上买一个不错的抢答器，但要让我们 自己动手做一个出来就不是一件容易的事的，它不仅只是我们所看到的结果能够抢答更为 重要的是其功能的实现是集成了很多技术。如定时，锁存，显示等等，由此可见定时/ 计数 器的应用不仅广泛，而且意义深远。现就延时电路作如下分析： 电路原理：利用电子计数器的原理实现定时功能。 延时电路其构成方案一般有三种： 硬件构成； 软件构成； 软硬相结合构成； 对于由硬件构成的定时器，一般是用改变R、C元件值控制定时的，其效率较高，但灵 活性，通用性较差

10、如555 定时器；而由软件构成的定时器是用执行一段程序来实现定时 的，其灵活性通用性较高，但效率较差；故现在设计定时器一般都是采用软硬相结合的方 法集两者之长通过编程设定不同的延时常数，而由硬件控制定时过程，其效率和灵活性都 得到了较大的提高。如大规模集成电路可编程计数器8253，51 单片机通过编程构成计数器 等。在一个实际的电路中延时不是主要目的，而主要目的是为了完善电路功能。故作为一 4 / 11 个延时电路，在整个电路中其应在延时结束后能发出一个结束信号，控制电路是否继续工 作下去。 所以前述声控，光控电路尽管也能实现控制电路的功能，但其功能是不完善的，为此 应对其进行改进有三种方案可

11、行：声控延时；光控延时；声光联控延时；此三种方 案可用于不同的场合，现就第三种方案加以事例进行分析。 四 电路主要组成 一声音传感器 MIC 把声音信号转化为电信号.当这类信号转化为电信号时，电信号一般较弱，可对其进 行放大对此可选择功放电路，经过这一步实现了声音信号到电信号的转换。有了电信号实 现声控就容易了，我们可以让产生的电信号去触发触发器使电路导通。 二光控部分 光敏电阻器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 H L 导通 H 不变不变 H H 截止 图 4 单稳态

12、触发器 图 5 555 定时器内部结构 四降压整流部分 D1，D2，C5，MC78L05CP 构成整流电路，为元件提供工作所需直流电压。如图6。 7 / 11 图 6 整流电路 五 电路总体框架图 图 7 声控照明节电开关电路原理方框 该图是该声控照明节电开关电路原理方框，由话筒、电压比较器、光控、电子开关、 延时和交流开关等部分电路组成。 声光联控延时照明电路的主要原理就是利用光控部件控制电路白天不工作，而夜晚则 由声控部件控制其工作，再由延时部件控制其工作时间。 在白天由光控部件控制电路，无论外界有无声音发出电路都不会工作，而到了夜晚光 控部件就不在起作用由声控部件控制电路，只要在一定范围

13、内有声音发出且达到一定响度 电路就会导通工作，又由延时部件控制其工作时间；由该事例可知声、光、延时三部分是 8 / 11 相互联系的没有光控电路智能化实现不完善，没有声控电路也谈不上延时，而没有延时电 路也谈不上智能。该电路的设计较完备，在电能节约方面处理的较好，但该电路也存在一 定的缺陷如要使灯常亮则该电路无法实现；要对电路进行维护在白天需要灯亮则该电路也 无法实现；为此要对该电路进行升级，所谓升级就是对电路的功能进行进一步完善。我们 可以为其添加一些硬件使在不影响电路正常智能化实现的前提下，电路能受人为所控制以 至更好的为人们服务。 六 主要元件清单 序号名称型号规格位号数量 1 声电转换

14、器MIC 1 2 整流器D2 1 3 光敏电阻RL 1 4 电压放大器LM3900 1 5 555定时器1 6 电容0 1uf C1， C2 2个 7 电容100uf C3,C5 2个 8 电阻22K，1M ， 2.2K,91K,10K R1,R2,R3,R4,R5 各一个 七 电路工作原理 9 / 11 MIC 为声电转换器 电路中 LM3900 构成电压比较放大器。 非门和与非门构成信号逻辑分析电路。 555定时器为定时开关。 继电器为照明电路接通开关。 D1，D2，C5，MC78L05CP 和降压器构成降压整流电路。 当白天时，光敏电阻RL 成低阻状态，与非门输出高电平，555 定时器3

15、 脚则保持低电 10 / 11 平，继电器开关K 保持断开状态，照明电路断开。 当夜晚时，光敏电阻RL 成高阻状态。阻值远远大于R6，输出高电平。 220V 交流电通过H 及整流全桥后，变成直流脉动电压，作为正向偏压，加在可控硅 VS 及 R 支路上。白天，亮度大于一定程度时，光敏二极管D 呈现底阻状态 1K ，使三极 管 V 截止，其发射极无电流输出，单向可控硅VS 因无触发电流而阻断。此时流过灯泡L 的电流 2.2mA, 灯泡L 不能发光。电阻R1 和稳压二极管DW 使三极管V 偏压不超过 6.8V ，对三极管起保护作用。夜晚，亮度小于一定程度时，光敏二极管D 呈现高阻状态 100K ，使

16、三极管V 正向导通，发射极约有0.8V 的电压，使可控硅VS 触发导通，灯泡 L 发光。 RP 是清晨或傍晚实现开关转换的亮度选择元件。由音频放大器、选频电路、延时 开启电路和可控硅电路组成。它提供了一种操作简便、灵活、抗干扰能力强，控制灵敏的 声控灯，它采用人嘴发出约1 秒的控制信号“ 嘶” 声，即可方便及时地打开和关闭声控照明 装置，并有防误触发而具有的自动延时关闭功能，并设有手动开关，使其应用更加方便。 声控灯由话筒、音频放大器、选频电路、倍压整流电路、鉴幅电路、恒压源电路、延时开 启电路、可控延时开关电路、可控硅电路组成 当话筒未接收到声音时，LM3900 的 4 脚输出为高电平，电容

17、C2 右端为高电平，信号 通过逻辑门电路后变为高电平，输入到555 定时器 2 脚， 555 定时器 3脚则保持低电平，继 电器开关K 保持断开状态，照明电路断开。 当话筒接收到声音时，LM3900的 4 脚输出为低电平。由于电容两端电压不能突变， 电容 C2 右端为低电平，信号通过逻辑门电路后变为低电平。输入到555 定时器2 脚，当 555 定时器 2 脚接收到一个低电平时，555 定时器 3 脚则输出一定时间的高电平，使三极管 T 导通，继电器开始工作，继电器开关K 闭和，照明电路接通。照明持续一段时间后，555 定时器 3 脚变为低电平，继电器开关K 关断，照明电路断开。 总结 通过此

18、次电工电子的课程设计锻炼了我的思考能力，用所学知识设计生活中实用的电 子产品，加深了对模拟电路和数字电路的了解和利用。 在设计过程中，总是遇到这样或那样的问题。有时发现一个问题的时候，需要做大量 的工作，花大量的时间才能解决。自然而然，我的耐心便在其中建立起来了。为以后的工 作积累了经验，增强了信心。 人的一生有许许多多、各种各样的经历。每种经历都会给人留下许多许多，都会给人 11 / 11 一种独特的感受。你所经历的，你所感受的，都会给你将来的生活的前进起到推波助澜的 作用。课程设计让我感受到了在平时生活中所不能感受到的许多东西，他不能用学到什么 来形容，应该是留给我什么，留给我一种感觉，平静、高兴、激动等等。 参考文献 1 康华光主编。电子技术基础数字部分 第四版）。 2电路 第四版）邱关源主编高等教育出版社1999 3电子线路基础教程王成华主编科学出版社2000 4模拟电子技术基础童诗白 主编 高等教育出版社 2001 5 李义府主编。电工电子实习教程。