电力电子技术声光双控延时照明灯课程设计

电力电子技术课程设计说明书题目：声光双控延时照明灯
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2016年12月3日
目录
一课程设计的内容和要求 (1)
二方案论证 (1)
三设计论述 (3)
3.1整流电路 (3)
3.2限流降压电路 (3)
3.3滤波电路 (4)
3.4延时电路 (4)
3.5声光控及显示电路 (4)
3.6总原理图 (5)
四焊接及调试 (5)
五结论分析 (6)
六总结 (6)
一课程设计的内容和要求
设计制作一个路灯声光控制的电路，当日照光亮到一定程度时使灯自动熄灭，而日照光暗到一定程度时可以点亮灯泡，给声音可以控制照明灯的亮灭，并且具有一段时间亮灯延时。

（1）选用一个60w的白炽灯泡作为负载；
（2）设计光控电路，实现日照光亮对路灯的亮灭控制；
（3）设计声控电路，实现声音对路灯的控制。

二方案论证
方案一
电路采用声光控放大照明电路，对于光强的监测是利用MIC的特性，即当其受到足够的光强时，在其中会产生一个脉冲波，从而把声音信号变为电信号，通过声强信号的处理可得一个电平信号，为控制电路准备延时功能控制通过NE555定时器构成的可重复触发的单稳态电路来实现，光信号的感应通光敏电阻阻值不同控制与非门的高低电平转换实现，将光控电路的输出作为NE555定时器的复位端输入，从而可以实现在光线强的情况下，即使有足够的声音信号，明灯电路也不工作，在光线弱的情况下可以控制声音信号使灯照明。

图1方案一原理方框图
图2 方案一原理图
方案二
本电路设计工作电压为市电220V，用于控制5-60W以内的白炽灯通断电。

实际应用时，改变R4的阻值可以改变本电路的工作电压，电压范围控制在5-250V的交流电为宜，可控制带有钨丝不同电压下的小灯泡（如汽车灯泡），220V时R4阻值为150K，22V时为15K，其它电压按比例增减。

220V交流电通过灯泡流向D2、D3、D4、D5，整流，R4限流降压，LED稳压（兼待机指示），C1滤波后输出约1.8V左右的直流电给电路供电。

由于LED采用发光二极管，一方面利用其正向压降稳压，同时又利用其发光特性兼作待机指示。

控制电路由R1、驻极体话筒MIC、C2、R2、R3、Q1、R5组成。

在周围有其它光线的时候光敏电阻的阻值约为10K-20kΩ左右，Q1的集电极电压始终处于低电位，就算此时拍手，电路也无反应。

到夜间时，光敏电阻的阻值上升到1MΩ左右，对Q1解除了钳位作用，此时Q1处于放大状态，如果无声响，那么Q1的集电极仍为低电位，晶闸管因无触发电压而关断。

当拍手时声音信号被MIC接收转换成电信号，通过C2耦合到Q1的基极，音频信号的正半周加到Q1基极时，Q1由放大状态进入饱和状态，相当于将晶闸管的控制极接地，电路无反应。

而音频信号的负半周加到Q1基极时，迫使其由放大状态变为截止状态，集电极上升为高电位，输出电压触发晶闸管导通，使主电路有电流流过，等效于开关闭合，而串联在其回路的灯泡得电工作。

此时C2的正极为高电位，负极为低电位，电流通过R2缓慢地给C2充电（实为C2放电），当C2两端电压达到平衡时，Q1重新处于放大状态，晶闸管关断，电灯熄灭，改变C2大小可以改变电灯熄灭时间。

图3方案二原理方框图
图4 方案二原理图
鉴于方案二结构比较简单，成本较低。

而且对于我们刚接触电力电子技术的学生来说，容易上手操作。

所以最终选择方案二作为课设方案。

三设计论述
3.1整流电路
整流电路由四个1N4007串并联形成，GBJ整流桥部分采用了一体式的整流桥，整流桥的作用就是能够通过二极管的单向导通的特性将电平在零点上下浮动的交流电转换为单向的直流电，通常电源中采用的整流桥除了这种单颗集成式的还有采用四颗二极管实现的，它们的原理完全相同作用就是整流，把交流电变为直流电。

图5 GBJ整流电路
3.2限流降压电路
限流降压电路是通过一个电阻来分流降压，本电路设计工作电压为市电220V，用于控制5-60W以内的白炽灯通断电。

实际应用时，改变R4的阻值可以改变本电路的工作电压，电压范围控制在5-250V 的交流电为宜，可控制带有钨丝不同电压下的小灯泡（如汽车灯泡），220V时R4阻值为150K，22V 时为15K，其它电压按比例增减。

R4限流降压，LED稳压（兼待机指示）
图6 电阻限流降压电路
3.3滤波电路
滤波电容的作用简单讲是使滤波后输出的电压为稳定的直流电压，其工作原理是整流电压高于电容电压时电容充电，当整流电压低于电容电压时电容放电，在充放电的过程中，使输出电压基本稳定。

滤波电容容量大，因此一般采用电解电容，在接线时要注意电解电容的正、负极。

电容滤波电路利用电容的充、放电作用，使输出电压趋于平滑。

C1滤波后输出约1.8V左右的直流电给电路供电。

图7 电容滤波电路
3.4延时电路
C2的正极为高电位，负极为低电位，电流通过R2缓慢地给C2充电（实为C2放电），当C2两端电压达到平衡时，Q1重新处于放大状态，晶闸管关断，电灯熄灭，改变C2大小可以改变电灯熄灭时间。

图8 延时电路
3.5声光控及显示电路
控制电路由R1、驻极体话筒MIC、C2、R2、R3、Q1、R5组成。

在周围有其它光线的时候光敏电阻的阻值约为10K-20kΩ左右，Q1的集电极电压始终处于低电位，就算此时拍手，电路也无反应。

到夜间时，光敏电阻的阻值上升到1MΩ左右，对Q1解除了钳位作用，此时Q1处于放大状态，如果无声响，那么Q1的集电极仍为低电位，晶闸管因无触发电压而关断。

当拍手时声音信号被MIC接收转换成电信号，通过C2耦合到Q1的基极，音频信号的正半周加到Q1基极时，Q1由放大状态进入饱和
状态，相当于将晶闸管的控制极接地，电路无反应。

而音频信号的负半周加到Q1基极时，迫使其由放大状态变为截止状态，集电极上升为高电位，输出电压触发晶闸管导通，使主电路有电流流过，等效于开关闭合，而串联在其回路的灯泡得电工作。

此时C2的正极为高电位，负极为低电位，电流通过R2缓慢地给C2充电（实为C2放电），当C2两端电压达到平衡时，Q1重新处于放大状态，晶闸管关断，电灯熄灭，改变C2大小可以改变电灯熄灭时间。

图9 声光控及显示电路
当电路处于充电状态时，三极管导通且工作于放大区，此时指示灯亮，表示正在充电，即处于工作状态。

当充电结束时电池阳极电压接近4.2V，由于电势差不足所以三极管截止，所以指示灯就会灭，表示充电已完成。

这就是显示电路的基本原理。

3.6总原理图
图10总原理图
四焊接及调试
1.焊接：
选用4cm×6cm的电路板，将器件在电路板上合理分配每个器件位置，将器件按照从低到高的顺序依次焊接在电路板上。

焊接好之后认真对比电路图，确认焊接没有问题之后再上电调试。

2.调试及问题
延迟时间不对，无光控功能，灯一直亮等问题。

首先检查原理图有没接错，再检查电路板线有没接好，短路，接错的情况。

看电阻，电容参数选择是否合理，不合理接要改一下。

五结论分析
这次课程设计结合之前电力电子技术学习的实际应用，运用所学的知识应用到实践中去。

通过翻阅资料以及和同学探索设计了这次设计的总体电路。

这次设计思路简单，所用元器件都是常用的，达到了设计任务中的要求实现了声光控灯的设计。

在只有满足声光控两个条件时灯才会亮，在点亮后大概一分钟后会自动熄灭，这样节省了电能，适合用于家庭照明和楼梯走廊等场所。

六总结
本次的声光控制开关的设计实践将我们学到的知识应用到了实践，学习了二年多的理论知识和实践操作，我不仅仅得到的是课本上的东西，更重要的是我通过自己的独立动手，让我学会了分析电路、设计电路的步骤等。

在此设计中利用到了三极管的放大、光敏效应，加深了对元气件的使用更加深刻。

设计一开始不知如何下手，经过到处查阅资料,上网找图，还有同学的帮助。

我自知这次的设计有很多的不足，做得比较辛苦效果也许不是很好，很多东西平时学得也不透彻，我觉得做一次课程设计从每一个细节都在锻炼着我们。

我希望我们都能从中收获良多，加深对本专业本课程的学习，提高个人能力。

参考文献
【1】《模拟电子技术基础》第五版高等教育出版社2009年12月
【2】《电路电子技术试验与电子实训》电子工业出版社2009年1月
【3】周克宁.《电力电子技术》北京：机械工业出版社，2004
【4】黄家善.《电力电子技术》北京：机械工业出版社
【5】王兆安、黄俊.《电力电子技术》第四版。

北京：机械工业出版社，2000
【6】李宏.《电力电子设备用器件与集成电路应用指南》（1～4册）北京：机械工业出版社，2001 【7】王维平.现代电力电子技术及应用。

南京：东南大学出版社，1999
元件清单。