声光控制楼道开关设计大学毕设论文

榆林职业技术学院神木校区 2012级毕业设计（论文）

题目声光控制楼道开关设计

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摘要 (4)

第1章绪论 (5)

1.1 声光控灯的历史与现状 (5)

1.2 声光控制灯的设计方案 (5)

1.3 声光控制开关的主要原理 (5)

1.3.1 声光控制开关电路功能 (5)

2.1 电源电路设计 (6)

2.2 延时处理电路设计 (7)

2.2.1 定时器 (7)

2.2.2 定时器构成的单稳态电路 (8)

2.3 声控电路设计 (9)

2.4 继电器控制电路设计 (10)

2.5 光控制电路设计 (11)

第3 章整机电路 (13)

第4 章电路方针 (15)

第5章实物设计的调试 (16)

5.1 常用电子元器件的安装 (16)

5.1.1 IC插座的安装 (16)

5.1.2 晶体管的安装 (16)

5.1.3 电阻的安装 (16)

5.1.4 电容的安装 (16)

5.2 焊接 (17)

5.2.1 焊接准备 (17)

5.2.2焊接过称 (17)

5.3 调试 (18)

5.3.1 动态调试 (18)

5.3.2 动态调试 (18)

总结 (19)

致谢 (20)

参考文献 (21)

榆林职业技术学院神木校区毕业设计（论文）任务书

指导教师签名：

摘要

声光控制楼道开关，能自动控制白天开关，夜晚亮灯，人走灯灭。这里介绍声光控制自动延时开关，综合了声光和延时，工作稳定，节电并延长灯泡寿命。整个电路由声控电路，延时电路，光控电路，电源电路组成。220V供交流电压供电，光控电路对外界光亮程度进行检测，输出与亮度程度相对的电压信号。从而实现白天灯不亮，晚上遇到声响时，通过声控电路使灯泡自动点亮，声控电路主要将声音信号转变为电信号，从而实现自动控制，延时电路当声音失后延长一段光照时间。在白天或光线较强的场合，即使有较大振动声响也能控制灯泡不亮；晚上或光线较暗时遇到声响，振动后自动点亮，并延长一段时间。声光控制楼道灯开关不仅适用于住宅区的楼道，而且也适用于工厂，办公楼，教学楼等公共场所，它具有灵敏，低耗，使用寿命长，节能，体积小，外形美观，制作容易，工作可靠等优点。

关键词声控；延时；光控；光照强度；节能

第1章绪论

1.1 声光控灯的历史与现状

科技的进步使电灯的样式，种类以及对灯的控制方式千变万化，随着社会的发展，资源的大量开采，能源在不断的减少，所以我们要建立起节约能源的意识，电能的节约首当其冲，而电灯的使用最为普遍，所以设计一种自动控制灯开关的电路是非常必要的，可行的，声光控制灯开关就是其中的一种。

1.2 声光控制灯的设计方案

设计声光控制开关，最起码要考虑三方面的问题，其一是灯泡的开关控制,这是由220V市电供电。其二是光控制，使其在有光时，即使有声音也不能亮。其三就是声音控制，在晚上或光线不足时，只要有人经过，发出声音，灯泡就会点亮并延时。

电路由定时电路，声光控电路，电源电路组成。白天光线较强时，光控部分将开关自动断开，声控部分不工作。夜晚光线较暗时，光控部分将开关自动接通，负载电路的通断受控于声控部分，电路是否接通，取决于声音信号强度。当声音信号强度达到一定程度时，电路自动接通，点亮电灯泡，灯泡开始延时，延时时间到开关自动断开，以此循环动作。

1.3 声光控制开关的主要原理

声光控制楼道开关主要利用光学，声学和电子学的原理，即用光敏电阻和声

音传感器将光亮程度和信号转换成电信号，从而推动NE555的Q端输出高电平继

电器吸合使电路正常。

1.3.1 声光控制开关电路功能

1.白天不亮；

2.晚上有响声时灯亮，延时几十秒（设成30s）后熄灭；

3.灯泡任意功率。

第2章单元电路设计

2.1 电源电路设计

电源电路由变压，整流，滤波，稳压四部分组成，电源电路框图如图2-1 所示。

降压过称是将220V单相交流电压直接输入有一定匝数比的变压器，得到降压后的电压。然后将变压器副边的交流电压通过单相桥式整流电路，得到脉动系数较大的直流电压。为了减小电压的脉动，将经过整流桥整流后的直流电压通入由滤波电容构成的滤波电路。稳压电路有电阻个稳压二极管构成，利用二极管的稳压特性，使得到不受电网电压波动和负载电阻变化影响的稳定性较高的直流电压。

2.2 延时处理电路设计

2.2.1 定时器

定时器的内部电路封装和引脚图组成如图2-3所示。

定时器的内部主要包括两个运放构成的集成电路电压比较器，一个R-S触发器，一个晶体管和几个电阻。下面介绍定时器各引脚的连接及功能：

1 脚为接地端，也是芯片的公共端；

8 脚为电源端Vcc；

3 脚为电路的输出端；

7脚为放电端，相当于一个开关；

4脚为电路的复位端，其接地时，输出为低电平，且保持不变，一般将4脚接地在电源的正极上，电路能正常工作；只要在此输入低电平，输出端立即被置为低电平，不受其他输入状态影响。正常工作时接高电平可直接接到电源上。

5 脚为比较电压控制端，如果Vcc端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，则在这种情况下，该端可通过电容

（0.01uf）接地，防干扰信号窜入。如果该端接入外电压Vco时，因此Vco可改变参考电压值Vr。

2，6脚为两个电压比较器的输入端，一个为反相输入端，一个为同相输入端，他们输入的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。同时它们和7脚在电路中的接法决定了工作状态.

R为置0输入端，当R=0时，定时器的输出OUT为0；当R=1时，定时器具有以下功能:

1. 当高触发端TH>2/3 Vcc，且低触发端TR>1/3 Vcc 时，比较器C1输出为低电平；C1输出的低电平将RS触发器置为0状态，即Q=0,使得定时器的输出OUT为0，同时放电管VT导通。

2. 当地触发端TR<1/3 Vcc，且高出发端TH<2//3 Vcc时，比较器C2 输出为低电平；C2输出的低电平将RS触发器置为1状态，即Q=1，使得定时器的输出OUT为1，同时放电管VT截止。

3.当TH <2/3 Vcc，TR>1/3 Vcc时，定时期的输出OUT和放电管VT的状态保存不变。根据分析，可以得出定时器的功能表，如表2-1所示。

2.2.2 定时器构成的单稳态电路

将抵触发端TR作为触发信号u1的输入端，再将高触发端TH和放电管输出端D接在一起，并与定时元件R，C连接，则可以构成一个单稳态触发器。具体电路及工作波形。当触发脉冲u1下降沿到来时，由于TR<1/3 Vcc，而TH=Uc=0，从定时器的功能表不难看出，输出端OUT为高电平，电路进入暂稳态，此时放电管VT截止。由于VT截止，Vcc 则通过R对C充电，当=Uc≥2/3 Vcc时，输出端OUT跳变为低电平，电路自动返回稳态，此时放电管VT导通，电路返回稳态后，C通过导通的放电管VT放电，使电路迅速恢复到初始状态。

可以算出，输出脉冲的宽度Tw=1.1RC。

所谓光控制就是利用光敏三极管对不同光照呈现的阻抗不同，从而对NE定

时器的进行高低电平控制，使定时器等待触发状态或处于强制复位状态。

白天，亮度较强时，当有足够的光通量照射在光敏电阻上时，其电阻值突然降得很低，既光敏电阻两边的电压就变小，Q6基极电流大于集电极电流，从而工作于饱和导通状态，集电极与发射极短路，定时器呈低电平，使定时器强制复位状态，Q 端不输出高电平，继电器不吸合电灯不亮。

夜晚，亮度较暗时，在黑暗状态下光敏电阻RV1呈高阻态，阻值≥100KΩ，电路通过光敏电阻RV1形成低电平，不能使Q6饱和导通，Q6工作于截止状态，集电极与发射极断路，定时器呈高电平，定时器触发处于单稳态触发状态。电灯点亮的时间即单稳态电路触发后高电平持续的时间，它取决于单稳态电路的时间常数，其大小为：

Tw ≈ 1.1 × 470k × 47uf ≈ 30s

经计算，电路的的单稳态时间为30s，即电灯点亮后30s熄灭。

2.3 声控电路设计

驻极体话筒属于电容式话筒的一种，它是在电容器金属极板之间加上一层驻

极体薄膜，作为电介质。当薄膜受声波作用而振动时，就引起电容量的变化，

并在机板间产生电荷。如果施以直流电源电压，即可输出音频信号，实现声一电

转换。

本电路的信号放大部分主要采用由多级三极管组成的谐振放大电路，其电路原理图

拾音器采用电压蜂鸣器HTD35-14，当有音响作用到压点陶瓷片上时，声震导致的绕曲变形就会产生相应的点效应。当话筒感应到声音时，就马上把声音信

号转换成电信号，电信号直接经过C1耦合，再由Q1，Q2构成的直藕式音频放大

器进行放大。电信号此时从Q2的集电极出来经过二极管D1导通流向Q3基极。

此时，Q3工作于饱和导通状态，集电极输出低电平去触发单稳态电路。

2.4 继电器控制电路设计

继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统和被控制系统，通常应用于自

动控制电路中，它实际上是用较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自

动调节，安全保护，转换电路等作用。

电磁继电器的工作原理和特性：

电磁式继电器一般由铁芯，线圈，衔铁，触电簧片等组成的。只要在线圈两端加

上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电

磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触

点吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返

回原来的位置，使动触点与原来的静触点吸合。这样吸合，释放，从而达到了在

电路中的导通，切断的目的。对于继电器的“常开，常闭”触电，可以这样来区分：继电器线圈未通电时处于状态的静触点，称为“常开触电”;处于接通状态

的静触点称为“常闭触电”。

Q端输出高电平，继电器吸合，L2发光；Q端出低电平，继电器断开，L2 不发光。继电器控制电路如图

2.5 光控制电路设计

在光线较暗时，光敏电阻呈高阻态；在光线较亮时，光敏电阻呈低阻态；光

敏电阻通常都工作于直流或低频状态下。光控电路由光敏电阻器RV1，电阻R8，

R9和Q6组成。如图2-9所示。

在黑暗状态下光敏电阻RV1呈高阻态，电路通过光敏电阻RV1形成低电平，不能使Q6饱和导通。当时时有声音信号时，经过声音信号转换为电信号后放大使后级电路工作。在白天，有足够的光照射在光敏电阻上时，其电阻值突然降得很低，既光敏电阻两边的电压就很低，Q6基极电流大于集电极电流，从而工作于饱和导通状态，集

电极与发射极短路，4脚呈低电平，使处于强制复位状态，Q端不输出高电平，继电器不吸合电灯不亮。

第3 章整机电路

通过对电源电路，延时电路，声音信号处理电路，继电器控制电路以及控制电路的设计与分析。整机电路原理图如图

D3,D4,D5,D6四个二极管构成桥式整流电路，它利用二极管的单向导电特性将

220V的交流电转换成脉动的直流电；C8，C9为电容滤波，它将整流后的脉动成

分滤掉，使之变成比较平滑的直流电：U2，C3，C4组成的三端固定式稳压器，

稳压后输出稳定的+5V直流电压，当话筒感应到声音时，就马上把声音信号转换

成电信号，电信号直接经过C1耦合，再由Q1，Q2构成的直藕式音频放大器

放大。电信号此时从Q2的集电极出来经过二极管D1导通流向Q3基极。此时，

Q3工作于饱和导通状态，集电极输出低电平去触发单稳态电路。

白天，亮度较强时，当有足够的光通量照射在光敏电阻上时，其电阻值突然

降得很低，既光敏电阻两边的电压就变小，Q6基极电流大于集电极电流，从工

作于饱和导通状态，集电极与发射级短路，NE555的4脚呈低电平，使5555处

于强制复位状态，Q端不输出高电平，继电器不吸合电灯不亮。

夜晚，亮度较暗时，在黑暗状态下光敏电阻RV1呈高阻态，阻值≥100KΩ，

电路通过光敏电阻RV1形成低电平，不能使Q6工作于截止状态，集电极与发

射极断路，NE555的4脚呈高电平，NE555触发器处于单稳态触发状态。此时当话筒感应到声音时，就马上把声音信号转换成电信号，电信号直接经过C1耦合，再由Q1,Q2构成的直藕式音频放大器进行放大。电信号此时从Q2的集电

极出来经过二极管D1，Q2构成的直藕式音频放大器进行放大。电信号此时从

Q2的集电极出来经过二极管D1导通流向Q3基极。Q3工作于饱和导通状态，以触发定时器的2脚。2脚接受到触发信号而使定时器翻转置位，3脚输出高电平，继电器线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，街铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动街铁的动触点与静触点吸合。灯泡L2发光。图片电路的单稳态延时时间为30s，即电灯点亮30s就熄灭，等待下一次信号的触发。

第4 章电路方针

一个应用系统，要完成各项功能，首先必须有较完善的硬件作保证。同时还必须得到相应设计合理软件的支持，本设计方针软件对硬件部分进行仿真。首先绘制仿真图。

经过仿真测试，本设计成功实现了任务需求。仿真的目的是测试灯开关在不同光照强度及有无声音状态下的工作情况，测试结果如表4-1

表4-1 仿真测试结果