聲光控路燈的設計

1、摘 要 關于路燈的自動控制電路，基本原理都是相同的，即利用自動控制理論如何實現(xiàn)自動控制。路燈控制電路實現(xiàn)的方式、種類繁多，在滿足性能指標要求的情況下，應盡量以強宜的性價比基于分立元件實現(xiàn)的模擬電路，根據(jù)具體環(huán)境使用的差異在電路選擇上有所側重。本電路使用廣泛，功能完善，成本低廉，而且設計電路簡單，采用常用的電子元器件構成，使用非常方便，而且此電路具有延時時間可調的功能，照明裝置采用低耗能高亮度 LED,具有節(jié)能降耗的功能，并具有光控、聲控的雙重功能，可廣泛用于多個場合。聲控路燈需要具有在白天不能工作，而在晚上正常工作的功能，因此需要一個光電開關來控制聲控路燈在白天和晚上的工作狀態(tài)。主要實現(xiàn)利用聲

2、控電路、光控電路同時控制路燈，以實現(xiàn)照明的目的。關鍵詞： 聲控電路、光控電路、電路、設計I目 錄摘摘 要要.I I1 1 前前 言言.1 12 2 聲光控路燈的設計方案聲光控路燈的設計方案 .2 22.1 設計思路 .22.2 總體方框圖 .22.3 總的設計原理分析 .33 3 硬件電路的設計硬件電路的設計 .5 531 聲控電路 .53.2 光控電路 .63.3 其他電路 .74 4 軟件軟件部部分的設計分的設計.12124.1 軟件介紹.124.2 軟件流程.125 5 設計中遇到的問題及解決方案設計中遇到的問題及解決方案.14146 6 總結及心得總結及心得.15157 7 參考文獻參

3、考文獻.16168 8 致致 謝謝.171701 1 前前 言言控制路燈常見的控制方式有光控、聲控、以及聲光結合的控制,當然還可以利用單片機,DSP 等微控制器來實現(xiàn)。在保證足夠可靠性的基礎上為了盡量節(jié)約成本,利用簡易的分立元件來實現(xiàn),顯得既經(jīng)濟又實用,在提倡構建節(jié)約型社會的今天無疑值得推廣。在信息技術不斷發(fā)展，人類文明不斷進步的時代，越來越多的電子產(chǎn)品開始占據(jù)人們的日常生活和工作，在很多公共場所，只要短時間照明的場所，就需要安裝一些電子器件，即能夠自動控制開關，在有人的時候亮，人走之后，能持續(xù)一段時間，路燈控制器是一種聲光控制器件，能實現(xiàn)這種功能，即在白天光線比較亮不需要照明的時侯，能夠使電

4、路工作，自動控制燈打開，能夠在聲音消失后，延時照明一段時間，以實現(xiàn)照明的目的。聲光控節(jié)能路燈具有許多實際意義：一是省電，燈泡不會很長時間亮著，所以節(jié)電效率很高，達 80%左右。二是便利，不需要接觸，全自動智能控制；另外接線簡略，安裝便利，是公共場所照明的首要選擇。再者，隨著科技的發(fā)展，公共場所照明控制手段也將慢慢更新，除此刻已有的聲光控開關外，另外有微波感應開關以及熱釋遠紅外感應開關。今朝，微波感應開關的抗干擾性能尚不完善，紅外感應開關在性能上較為穩(wěn)定，但安裝復雜，比較嬌氣，價格也偏高，比較適合在一些管理完善的場所如賓館、大飯店樓道及居家走廊應用。在普通住宅樓，辦公樓道等場所的照明控制考慮到價

5、格、管理及安裝便利等因素，按照我國國情，可以估計在相當長一段時間內，聲光控路燈將是首選的產(chǎn)品。所以對這一課題的研究是必要的。世界的發(fā)展離不開能量物質，聲光控開關能較好的為解決世界能量危機供給一點幫忙，有助于我國實現(xiàn)可連續(xù)發(fā)展，構建節(jié)約型社會。12 2 聲光控路燈的設計方案聲光控路燈的設計方案2.1 設計思路此次設計的電路是聲光控制路燈電路，在此電路中希望達到的目的是，使電路能根據(jù)聲音和光線的作用自動發(fā)光，并且自動熄滅。在白天強光照射時，電路中燈泡不發(fā)光；而晚上無燈光或被遮光，并且有聲響時燈泡發(fā)光，且延續(xù)30 秒后熄滅。此電路圖的設計主要是基于用聲光控延時開關代替住宅小區(qū)的樓道上的開關，只有在天

6、黑以后，當有人走過樓梯通道，發(fā)出腳步聲或其它聲音時，樓道會自動點亮，提供照明，當人們進入家門或走出公寓，樓道燈延時幾分鐘后會自動熄滅。在白天，即使有聲音，樓道燈也不會亮，可以達到節(jié)能的目的。聲光控延時開關不僅使用于與住宅區(qū)的樓道，而且也適用于工廠、辦公樓，教學等公共場所，用途非常廣泛。2.2 總體方框圖整個電路由電源電路，聲控電路，光控電路及延時電路等部分組成。電源由直流穩(wěn)壓電源提供。光控電路對外界光亮程度進行檢測，輸出與光亮程度相對應的電壓信號，從而實現(xiàn)白天燈泡不亮晚上遇到聲響時，通過聲控電路使燈泡自動點亮。聲控電路主要將聲音信號轉變?yōu)殡娦盘枺瑥亩鴮崿F(xiàn)自動控制。延時電路使得聲音消失后燈泡延長

7、一段光照時間。必要時可加一個手動開關，以增強電路的實用性?？傮w方框圖如圖 2-1 所示。 2聲控電路光控電路延時電路開關電路電源電路圖 2-1 總體方框圖2.3 總的設計原理分析在此次電路設計中，對電路元器件的要求也極為高，必須保證其各項參數(shù)的精確，穩(wěn)定。故在選擇這類元器件時一定要選擇高靈敏度工作穩(wěn)定可靠的元件，當然電路工作的穩(wěn)定與否？功能能否實現(xiàn)？并不僅僅只和電路元器件有關，外加電源也是不可忽視的，因此最好給電路加上一個穩(wěn)壓電路以確保電路能正常工作。希望能實現(xiàn)無安全隱患、節(jié)電、結構安裝簡單、維護量少、性能穩(wěn)定、抗干擾強、成本低等功能【1】。本次電路主要由聲控電路，光控電路，延時電路，開關電路

8、，電源電路組成。首先電路收到聲音信號經(jīng)駐極體話筒三極管放大后變成電信號，如果沒有聲音放大電路則收不到信號，三極管不工作。然后光控電路利用光敏電阻的特性收到光源信號，經(jīng)三極管放大與聲音信號組成與非門電路，經(jīng)與非門電路后送到穩(wěn)壓電路。這是加上一個開關電路，開關電路主要由輸入（控制）電路，驅動電路和輸出（負載）電路三部分組成。延時部分，當兩個條件都同時滿足燈亮后，可以改變 R、C 元件值控制延時時間的定時。最后經(jīng)橋式整流經(jīng)信號輸出。以上可以用簡單示意圖示意。如圖 2-2:3聲音信號光源信號聲控電路光控電路經(jīng)三極管放大與非門穩(wěn)壓、橋式整流輸出信號延時開關電路控制圖 2-2 原理分析示意圖43 3 硬件

9、電路的設計硬件電路的設計3 31 1 聲控電路聲控電路 圖 3-1 聲控電路該電路結構如上圖 3-1 所示，主要由駐極體話筒連接電路及放大電路組成。話筒將聲音信號轉換成電信號，但話筒傳輸?shù)碾娦盘柤捌湮⑷酰敵鲎杩箻O高。因此不能直接接放大電路，我們在這里用 R1，C1 組成話筒的連接電路，實現(xiàn)阻抗的變換及放大電路的輸入變換，使得放大電路是對信號的電壓進行放大。當沒有聲音時，放大電路無輸入信號，三極管處于靜態(tài)工作狀態(tài)。此時聲控電路的輸出為高電平，經(jīng) 74LS00 的 1、2 腳反相后 3 腳輸出為低電平，即74LS00 的 12 腳為低電平。此時即使是夜晚狀態(tài)，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器也不會被觸發(fā)，繼電器任工

10、作于關斷狀態(tài)，燈泡也不會亮。每個聲音信號轉換來的電壓信號，我們將其看作無數(shù)個正弦信號，有正負半周之分。聲音信號到來，三極管處于放大狀態(tài)。當信號處于正半周時，放大后的電壓與靜態(tài)工作狀態(tài)下的電壓相疊5加，電路任輸出為高電平；當信號處于負半周時，放大后的電壓與靜態(tài)工作下的電壓疊加后呈低電平，經(jīng) 74LS00 的 1、2 腳反相后 3 腳輸出高電平。如此時為夜晚狀態(tài)，74LS00 的 13 腳也為高電平，74LS00 的 11 腳輸出為低電平觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，繼電器被導通，燈泡被點亮。我們選擇的駐極體話筒工作電壓為 5V，測得話筒工作時的電阻為 20K，電源電壓為 10V，故 R1 選擇阻值為 20

11、K 的電阻。為達到信號向正弦電壓的轉換，選擇 0.1uF 的無極性電容。轉換來的電壓很微弱，為使電路輸出變化明顯，我們將三極管的放大倍數(shù)設置為 9013 三極管的最大值 144 倍。并為得到較大的靈敏度，我們選擇的基極電阻及集電極電阻分別為 4.8 兆、33K 歐姆【3】。3.2 光控電路光控照明電路的制作主要是利用半導體光電器件光敏電阻的特性制作而成的。它利用光線的強弱來控制照明開關的動作，動作點可根據(jù)實際光線的強弱調節(jié)。運行時無須人員操作、避免了人工操作開關不及時等不利因素。因而有效地節(jié)約了電能。 圖 3-2 光控電路光控電路結構如上圖 3-2 所示3，由光敏電阻 GR，電阻 R4、R1

12、以及三極管 Q1 組成。白天或光照強時，GR 的電阻很小，Q1 的基極呈現(xiàn)高電位，Q1 導通。光控電路輸出為低電平，即與其相連接的 74LS00 的 13 腳輸入為低電平。此時6即使有聲音，固態(tài)繼電器也不會被導通，燈泡不會亮。夜晚或光線較暗時，GR的電阻達到 1 兆左右，Q1 基極電位低，Q1 截止。此時，電路的輸出為高電平，與其相連接的 74LSOO 的 13 腳呈高電平。如此時遇到聲音觸發(fā)，74LS00 的 12腳呈高電平，11 腳輸出低電平觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出高電平，固態(tài)繼電器迅速被激發(fā)導通，燈泡被點亮。我們測得 GR 的亮電阻為 20K，暗電阻為 1 兆。欲使 Q1 導通

13、，Q1 基極電壓需達到 0.7V。通過分壓公式，計算得 R4 取 1.5K 歐姆合適。為保證夜晚時三極管截止時，光控電路的輸出為高電平，我們在回路中阻值為 10K 的上拉電阻R2。光控電路的特點： 1）功耗低，在亮環(huán)境下幾乎不通電，白天整個電路理論消耗的最大功率為 0.73W。2）抗干擾能力強。3）設計了穩(wěn)壓電路，適用于各照明電路。4）極小的體積。3.3 其他電路3.3.1 穩(wěn)壓電路利用電路的調整作用使輸出電壓的穩(wěn)定過程稱為穩(wěn)壓。穩(wěn)壓器，顧名思義，就是使輸出電壓穩(wěn)定的設備。所有的穩(wěn)壓器，都利用了相同的技術實現(xiàn)輸出電壓的穩(wěn)定輸出電壓通過連接到誤差放大器反相輸入端的分壓電阻采樣，誤差放大器的同相輸

14、入端連接到一個參考電壓。參考電壓由 IC 內部的帶隙參考源產(chǎn)生。誤差放大器總是試圖迫使其兩端輸入相等。為此，它提供負載電流以保證輸出電壓穩(wěn)定。 該穩(wěn)壓電路由一個三端集成穩(wěn)壓器及電容 C4。電路結構如圖 3-3 所示。因為 74LS00 集成塊正常工作時需要的工作電壓為 5V，而 1 腳處得輸入電壓約為10V。 7圖 3-3 穩(wěn)壓電路3.3.2 延時、觸發(fā)電路如圖 3-4 所示，該延時電路是由 555 定時器組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，它具有一個穩(wěn)態(tài)和一個暫穩(wěn)態(tài)，其電路構成如圖所示： 圖 3-4 設計中的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路在此計的電路中，該延時、觸發(fā)電路如圖所示當沒有觸發(fā)信號時，Vi（2 腳）處于高電平（V

15、iVCC/3） ，如果接通電圓鋸后 Q=0，V0(3 腳)=0，T 導通，電容通過放電三極管 T 放電，使 Vc=0,V0 保持低電平不變。如果接通電源后Q=1，放電三極管 T 就會截止，電源通過電阻 R 向 C 充電，當 Vc 上升到 2VCC/3時，由于 Vc1=0,Vc2=1 時，鎖存器置 0，V0 為低電平。此時放電三極管 T 導通，8電容 C 放電，V0 保持低電平不變。因此，電路通電后在沒有觸發(fā)信號時，電路只有一種穩(wěn)定狀態(tài) V0=0。若觸發(fā)輸入端施加觸發(fā)信號（Vi2VCC/3;且考慮在調試時能夠容易判斷出電路設計的正確性，所以在設計中我們要求延時較短，為 2s，即TW=2s=1.1

16、RC;而通常 R 的阻值在幾百歐至幾百兆歐之間，電容取值為幾百皮法到幾百微法。所以我們的參數(shù)選擇為 R6=2K,C5=100uF。3.3.3 開關電路該電路主要由固態(tài)繼電器組成。固態(tài)繼電器時一種無觸點電子開關，由分立元器件、膜固定電阻網(wǎng)絡和芯片，采用混合工藝組裝來實現(xiàn)控制回路（輸入電路）與負載回路（輸出電路）的電阻隔離及信號耦合，由固態(tài)器件實現(xiàn)負載9的通斷切換功能，內部無任何可動部件。主要由輸入（控制）電路，驅動電路和輸出（負載）電路三部分組成。其內部電路圖 8 所示 1、2 為輸入端，3、4為輸出端。R0 為限流電阻，光耦合器將輸入與輸出電路在電氣上隔離開，V1 構成反相器，R4、R5、V2

17、 和晶閘管 V3 組成過零檢測電路，UR 為雙向整流橋，由V3 和 UR 用以獲得使雙向晶閘管 V4 開啟的雙向觸發(fā)脈沖，R3、R7 為分流電阻，分別用來保護 V3 和 V4，R8 和 C 組成浪涌吸收網(wǎng)絡，以吸收電源中帶有的尖峰電壓或浪涌電流，防止對開關電路產(chǎn)生沖擊或干擾。 圖 3-6 開關電路如上圖 3-6 所示，當輸入末端加電壓信號時，光耦合器的光敏晶體管因未接受光而截至，V1 飽和，V3 和 V4 因無觸發(fā)電壓而截止，此時 SSR 關閉。當加入輸入信號時，光耦合器中發(fā)光二極管發(fā)光，光敏晶體管飽和，使 V1 截止。此時若 V3 兩端電壓在適當內時，只要適當選擇分壓電阻 R4 和 R5，就

18、可以使 V2截止，這樣使 V3 觸發(fā)導通，從而使 V4 的控制極上得到從 R6URV3URR7或反方向的觸發(fā)脈沖，從而使 V4 導通，使負載接通交流電源。考慮到固態(tài)繼電器的過流、過壓保護措施，我們選用規(guī)格為 400 伏、5 安的繼電器。3.3.4 電源電路 10圖 3-7 電源電路該部分是由一個輸出為 9V 的變壓器和整流濾波組成。電路結構如上圖 3-7所示。220V 的交流信號經(jīng)過變壓器，變壓為 9V 的交流信號 1N，而橋式整流電路將交流電 IN 變換成脈動的直流電壓。再經(jīng)過由電容 C7 構成的濾波電路濾除紋波，輸出直流電壓 U1 約為 10V。為確保電路直流電源的穩(wěn)定，我們用到了穩(wěn)壓二極

19、管 D1。經(jīng)橋式整流來的電壓按公式計算應為 10.8V。為保護 D1 的完好，我們選擇了阻值為 100 歐姆的限流電阻。因為聲光控電路部分需要 10V 的直流電壓供電，因此在設計中選擇了輸出為 9V 的變壓器，輸入為 9V 橋式整流器；為了確保供給聲光控電路部分的電壓為 10V，因此我們用到 10V 的穩(wěn)壓二極管D1。114 4 軟件部分的設計軟件部分的設計4.1 軟件介紹本次課程設計是建立在 51 單片機的基礎上，51 單片機時對目前所有兼容Intcl8031 指令系統(tǒng)的單片機的統(tǒng)稱【4】。該系列單片機的的始祖是 Inter 的8031 單片機。后來隨著 Flash Rom 技術的發(fā)展，80

20、31 單片機取得了長足的進步，發(fā)展成為目前應用最廣泛的 8 位單片機之一，其代表型號是 ATMEL 公司的 AT89系列。它廣泛應用于工業(yè)測控系統(tǒng)之中。在目前乃至今后很長的一段時間內將占有大量市場。51 單片機即是基礎入門的一個單片機，還是應用最廣泛的一種。4.24.2 軟件流程軟件流程是否達到既定的光亮程度光控部分導通燈不亮是否有聲控信號輸入燈不亮觸發(fā) 555 輸入高電平晶閘管導通是否強制切斷燈亮延時燈滅燈不亮開始12圖 4-1 軟件流程圖 首先按下開始按鈕，進行系統(tǒng)初始化，利用光敏電阻接收到光源信號，根據(jù)光源信號的強弱來控制開關動作。當光線信號達到一定強度時，光控部分導通，燈泡被點亮。如圖

21、 4-2 所示：開始系統(tǒng)初始化光源信號光控部分導通圖 4-2 光控示意圖接著接收聲控信號，利用駐極體話筒將聲音信號轉化成電信號，利用放大電路將微弱的電信號進行電壓放大。此時三極管處于放大狀態(tài)，輸出高電平，燈泡被點亮。如圖 4-3 所示：是否有聲控信號輸入觸發(fā)555 輸入高電平晶閘管導通燈泡點亮圖 4-3 聲控示意圖然后加一個開關電路控制延時電路，開關電路由固態(tài)繼電器組成，接收到輸入信號經(jīng)橋式整流輸出信號，延時一段時間后，燈泡熄滅。如圖 4-4 所示：開關電路延時電路橋式整流輸出信號圖 4-4 延時示意圖135 5 設計中遇到的問題及解決方案設計中遇到的問題及解決方案這是我第一次做課程設計，在電路的原理選取、分析、參數(shù)計算過程中出現(xiàn)了一些問題，由于參數(shù)選擇不當，不能使三極管處于放大狀態(tài)，也是我們對學過的知識不熟悉的一種表現(xiàn)。在電路的調試和故障排除過程中，遇到了很大困難，比如：因受到灌電流的影響，不管是白天還是黑夜，光敏電阻兩端分得的電壓始終為高電平，所以觸發(fā)電路不能按要求正常工作，而在設計中我沒有考慮到這一點，致使此設計不能達到設計的目的。另外只考慮到延時時間而忽略單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的翻轉條件，選擇的 R6 過大使得單穩(wěn)態(tài)一被觸發(fā)便不能再使輸出為低電平，燈泡不再熄滅。不過在老師的指導和幫助下，我改變方案重新設計了現(xiàn)在的光控電路，并改變了 R6 的阻值，