声光控制照明电路

控电路在城市路灯或楼道照明中有着至关重要的作用,采用光控电路,可以根据光线的强弱来自动开启与关闭照明灯,做到无人自动控制,可以减轻工人的劳动强度,有效的节约能源。但光控电路有其缺陷,就就是夜晚无光线的时候,照明灯将一直工作着,这样会造成资源的浪费,也会缩短照明灯的寿命。

这时若在光控电路的基础上添加一个声控电路,使得照明电路在无光线的时候,只受声音的控制,当有脚步声或其它较强声响的时候,照明电路自动工作。当声音消失的时候,照明灯自动熄灭,这就需要在光控电路与声控电路联合工作的条件下添加一个延时电路,使照明灯点亮后,延时一定时间后自动熄灭。

本文设计的声光控制照明灯,该电路夜间有声音信号时,照明灯(用LED发光管模拟)点亮;无声时延迟5秒后熄灭;如声音间隔小于5秒,则LED持续点亮。白天有声无声均不点亮。这款小巧美观又实用节能,可以用蚊钉固定在自家门口也可以安装在走廊上,还可以用在厂房,建筑工地。

使用这种照明电路,人们就不必在黑暗中摸索开关,也不必再担心点长明灯费电与损坏灯泡了。夜间只要有脚步声或其它较强的声响时,灯便自动点亮,延时一定时间后自动熄灭。特别适用自动控制路灯照明以及走廊与楼道等处的短时照明。

二、楼道声控灯电路设计

2、1楼道声控灯的基本原理

该电路由声控电路、光控电路及放大电路、单稳态延时电路组成,下面对其功能进行逐一分析并确定电路结构。

光控电路就是根据光线的强弱来优先决定电灯的亮灭。声音信号由驻极体话筒BM接收,经过反比放大,放大的信号送到NE555定时器的2,6脚。该电路可以对声控延时电路进行控制,在白天光线较强时,该电路在光控电路的作用下,处于关闭状态,对任何声音信号都不响应,在晚上光线较弱时,光控电路将该电路的功能打开,使得该电路能根据外界声音信号做出相应的响应。NE555定时器的输出去控制74HC123声控延时电路。该电路主要在光线较弱时起作用。这主要就是通过光控电路的输出来控制的。

图1 楼道声控灯电路图

2、2元器件的介绍

器件清单

表1 器件清单

74HC123一块NE555一个LM358一个驻极体话筒

一个

电阻:330Ω2;1K/4;4、

7K/5;10K/2;150K/2

电位器单圈

蓝色方形一个22K

Ω

电容:16V

47uF一个;16V

10uF两个;

光敏电阻;发

光二极管LED一

个;

2、2、1 电阻器

电阻器的种类有很多,通常分为三大类:固定电阻、可变电阻、特种电阻。

光敏电阻就是一种电阻值随外界光照强弱(明暗)变化而变化的原件,光越强阻值越小,光越弱阻值越大。光敏电阻器又叫光敏电阻,就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,一般用于光的测量、光的控制与光电转换(将光的变化转化为电的变化)。

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)内就激发出电子一空穴对,参与导电,使电路中电流增强。

2、2、2 驻极体话筒BM

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。由于输入与输出阻抗很高,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。构造与原理驻极体话筒由声电转换与阻抗变换两部分组成。

声电转换的关键元件就是驻极体振动膜。它就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。这样高的阻抗就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。场效应管的特点就是输入阻抗极高、噪声系数低。普通场效应管有源极(S)、栅极(G)与漏极(D)三个极。这里使用的就是在内部源极与栅极间再复合一只二极管的专用场效应管。接二极管的目的就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,一般用红色塑料线与连接金属外壳的编织屏蔽线。

图2 驻极体话筒

2、3、驻极体话筒工作原理

驻极体话筒体积小,结构简单,电声性能好,价格低廉,应用非常广泛。

高分子极化膜上生产时就注入了一定的永久电荷(Q),由于没有放电回路,这个电荷量就是不变的,在声波的作用下,极化膜随着声音震动,因此与背极的距离也跟着变化,也就就是锁极化膜与背极间的电容就是随声波变化。

我们知道电容上电荷的公式就是Q＝C×V,反之V＝Q/C也就是成立的。驻极体总的电荷量就是不变,当极板在声波压力下后退时,电容量减小,电容两极间的电压就会成反比的升高,反之电容量增加时电容两极间的电压就会成反比的降低。最后再通过阻抗非常高的场效应将电容两端的电压取出来,同时进行放大,我们就可以得到与声音对应的电压了。由于场效应管时有源器件,需要一定的偏置与电流才可以工作在放大状态,因此,驻极体话筒都要加一个直流偏置才能工作。

2、4、驻极体话筒选配注意

驻极体话筒价格很低,损坏后做更换处理,关于驻极体话筒选配要注意以下几点:

(1)两根与三根引脚的驻极体话筒之间不能直接替代,一般情况下也不做改动电路的代替。

(2)这种话筒没有型号之分,相同引脚数的话筒可以代替,只就是存在性能上的差别。

2、5 555定时器电路

集成定时器555电路,就是一种数字、模拟混合型的中规模集成电路,应用十分广泛。它就是一种产生时间延迟与多种脉冲信号的电路,由于内部电压

标准使用了三个5K电阻,故取名555电路。其电路类型有双极型与CMOS型两大类,二者的结构与工作原理类似。二者的逻辑功能与引脚排列完全相同,易于互换。

555电路构成单稳态触发器,如图3所示。

图3 单稳态触发器

555定时器内部电路见图4所示。