声光控制楼道灯设计项目报告

积大小分类，有普通型和微型两种。 驻极体话筒的内部结构和原理图:
驻极体话筒的工作原理：当驻极体膜片遇到声波振动时，就 会引起与金属极板间距离的变化，也就是驻极体振动膜片与金属 极板之间的电容随着声波变化，进而引起电容两端固有的电场发 生变化（U＝Q/C），从而产生随声波变化而变化的交变电压。由 于驻极体膜片与金属极板之间所形成的“电容”容量比较小（一般为 几十波法），因而它的输出阻抗值（XC=1/2πfC）很高，约在几十 兆欧以上。这样高的阻抗是不能直接与一般音频放大器的输入端 相匹配的，所以在话筒内接入了一只结型场效应晶体三极管来进 行阻抗变换。通过输入阻抗非常高的场效应管将“电容”两端的电压 取出来，并同时进行放大，就得到了和声波相对应的输出电压信 号。驻极体话筒内部的场效应管为低噪声专用管，它的栅极 G 和 源极 S 之间复合有二极管 VD，主要起“抗阻塞”作用。由于场效应 管必须工作在合适的外加直流电压下，所以驻极体话筒属于有源 器件，即在使用时必须给驻极体话筒加上合适的直流偏置电压，
用光照强弱来改
变电路中的电流。
常 见 的 有 2CU 、
2DU 等系列。
光敏二极管组成的光控电路
四个二极管组成的硅整流桥整流电路
晶闸管
可控硅也称作晶闸管，它是由 PNPN 四层半导体构成的元件， 有三个电极，阳极 a，阴极 k 和控制极 g 。可控硅在电路中能够实 现交流电的无触点控制，以小电流控制大电流，并且不象继电器 那样控制时有火花产生，而且动作快、寿命长、可靠性好。在调 速、调光、调压、调温以及其他各种控制电路中都有它的身影。 可控硅分为单向的和双向的，符号也不同。单向可控硅有三个 PN 结，由最外层的 P 极和 N 极引出两个电极，分别称为阳极和阴极， 由中间的 P 极引出一个控制极。单向可控硅有其独特的特性：当 阳极接反向电压，或者阳极接正向电压但控制极不加电压时，它 都不导通，而阳极和控制极同时接正向电压时，它就会变成导通 状态。一旦导通，控制电压便失去了对它的控制作用，不论有没 有控制电压，也不论控制电压的极性如何，将一直处于导通状态。
距很近的金属中间被某物质（固体、气体或液体）所隔开，就构 成了电容器。两片金属称为的极板，中间的物质叫做介质。电容 器也分为容量固定的与容量可变的。但常见的是固定容量的电容， 最多见的是电解电容和瓷片电容。 在电子线路中，电容用来通过 交流而阻隔直流，也用来存储和释放电荷以充当滤波器，平滑输 出脉动信号。电容器的选用涉及到很多问题。首先是耐压的问题。 加在一个电容器的两端的电压超过了它的额定电压，电容器就会 被击穿损坏。 电阻和电容组成的延时电路
当驻极体接收到声音信号后，经C4的滤波，送一个信号到5、 6脚，而4脚变为低电平，使得13脚变为低电平，11脚输出高电平， 单向可控硅控制极变成高电平，单向可控硅导通，灯泡点亮。
当驻极体没有接收到声音信号时， 11脚为低电平，灯泡不亮，
工作原理类同白天情况。
延时电路
由 C2、R7 组成，通过 C2 的充放电来维持灯泡的点亮状态， 延时的时间由 C2 的容量及 R7 的阻值来决定。
才能保证它正常工作，这是有别于一般普通动圈式、压电陶瓷式 话筒之处。
部分常用驻极体话筒的性能参数表
根据电路分析选择上表中的加黑框的型号。
声控电路
CD4011
CD4011 是 CMOS 电路，内部是四个与非门，14 个引脚，工 作电压 3~18V，频率约 5MHz，输入/输出为 CMOS 电平。
CD4011 引脚图
RES2
R2
24kΩ、 1 24kΩ AXIAL0.4
RES2
R3、R6 2MΩ、 2 2MΩ AXIAL0.4
RES2
R4
120kΩ、 1 120kΩ AXIAL0.4
RES2
R5
68kΩ、 1 68kΩ AXIAL0.4
RES2
R7
6.2MΩ、 1 6.2MΩ AXIAL0.4
RES2
R8
30kΩ、 1 30kΩ AXIAL0.4
南通航运职业技术学院机电系 模块化课程项目研究报告
课程名称： 项目名称： 班 级: 姓 名： 同组成员： 成 绩： 教师签名：
学号：
一、引言
目前公共场所和居民居住区的公共楼道灯的控制主要采用， 按钮式、触摸式和声光控制式。按钮式开关控制的楼道灯,由于各 种原因往往出现许多灯泡点亮长明的现象,故使灯泡寿命短,浪费 电量,为国家、单位、个人造成经济损失。另外，由于频繁开关或 其他人为因素，墙壁开关的损坏率很高，既增大了维修量、浪费 了资金，又容易造成事故隐患。触摸式的楼道灯开关，价格昂贵， 而且用在公共楼道触摸的人比较多，易损坏，不卫生。而声光控 制式开关采用集成电路，是一种电路新颖、安全节电、结构简单、 安装方便的声光双控楼道灯节能自动开关。它能自动控制公共楼 道灯白天开关、夜间闻声亮灯。具有灵敏、低耗、性能稳定、使 用寿命长、节能等特点。这里介绍声、光空自动节能开关，综合 了声、光控制、工作稳定、节电并可延长灯泡寿命。在白天火光 线较强的场合即使有较大的振动声响也能控制灯泡不亮；晚上或 光线较暗遇到声响、振动后灯光自动点亮。
所用的半导体材料，可分为锗二极管（Ge 管）和硅二极管（Si 管）。
根据其不同用途，可分为检波二极管、整流二极管、稳压二极管、
开关二极管等。
光敏二极管也叫光电二极管。光敏二极管与半导体二极管
在结构上是类似的,其管芯是一个具有光敏特征的 PN 结，具有
单向导电性，因此工作时需加上反向电压。无光照时,有很小
方案选择
由于方案一电路设计过于复杂，需要两个 555 计时器，并且 需要变压器实现低电压来执行各个电路，所需要的元器件多，不 易实现，可行性较差。方案二由于采用了继电器电路中存在机械 触点，易产生电弧，存在安全隐患。而方案三设计简单，易实现， 所用元器件少，可行性好。故选择三号方案。
三、器件说明
元件介绍及其在该电路中组成的单元电路 电阻
英文名 resistance，通常缩写为 r，它是导体的一种基本性质， 与导体的尺寸、材料、温度有关。电阻的基本单位是欧姆，用希 腊字母“Ω”表示，表示电阻阻值的常用单位还有千欧（kΩ）， 兆欧（mΩ）。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。
电容
电容器是“储存电荷的容器”,简称电容，用字母 C 表示。尽 管电容器品种繁多，但它们的基本结构和原理是相同的。两片相
元件清单
Lib Ref （元件名）
BRIDGE1
DIODE RES2
Designator （元件序
号）
规格
数 Part Type Footprint
（元件标 （元件封
量
注）
装）
D1
4007 整流 桥
1
VD1~VD4
D-37
VD5
4148 二极 管
1
DIODE DIODE0.4
R1
180kΩ、 1 180kΩ AXIAL0.4
二、方案的论证
方案 1 主要由 555 集成块组成的声光延时电路，系统框
图如下图：
主要包含四部份电路，分别为：电源电路、光控电路、声控延时 电路、晶闸管开关电路。电源部分主要为控制电路提供工作电压， 通过降压、整流、滤波、稳压，使电路输出 12V 直流电压供给控 制电路。光控电路是根据光线的强弱爱优先决定电灯的亮灭。该 电路可以对声控延时电路进行控制，光线较强时，光控电路输出 低电平将声控电路封锁；光线较暗时，光控电路输出高电平，则 声控功能打开。采用光敏电阻和其他电阻组成的分压电路来控制 555 定时器的触发输入端 2 脚，并且将 555 定时器的 2 脚和 6 脚连 接在一起，通过一电容接地，555 定时器的输出控制声控电路的 555 定时器的复位端。声控延时电路在白天，该电路在光控电路的 控制作用下，处于关闭状态，，对任何声音信号都不响应；在晚上， 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 作出相应的响应。经放大处理后的声音信号控制处于单稳工作模 式的 555 定时器来实现声控及延时功能。晶闸管开关电路 该电路 受声控电路 555 定时器输出端的控制。当其输出低电平时，晶闸 管截止，由于照明灯与晶闸管串联，所以灯熄灭；当其输出高电 平时，晶闸管导通，照明灯点亮。
白天，由于光敏电阻R5阻值低，其两端电压低，CD4011的 一脚为低电平， 3脚即变成高电平，导致11脚为低电平，即单向 可控硅控制极G为低电平，单向可控硅截止，灯泡不亮。
夜晚，由于光敏电阻没有受到阳光照射，其阻值很高，两端 电压较高，即1脚变成高电平，此时3脚的状态受1、2脚控制，若2 脚为高电平，则3脚为低电平，若2脚为低电平，则3脚位高电平。
方案3 主要由四与非门CD4011集成块构成，电路由直流供
电电路、控制电路、延时电路三部分组成。控制电路采用基本数 字逻辑单元进行设计。
声控灯原理框图
直流供电电路
直流供电电路由D1-D4组成桥式整流电路。交流220V电压经 桥式整流桥后变成脉动的直流电，供后续电路工作。
控制电路
控制电路由四与非门CD4011、驻极体话筒BM、光敏电阻R5、 三极管9014、单向可控硅SCR等元器件组成。
POT2 ELECTRO1
R9
100~50 滑 动变阻器
1
100~50
VR1
C1
100uF/25V 1 100uF/25V RB.2/.4
ELECTRO1
C2
10uF/25V 1 10uF/25V RB.2/.4
方案 2 主要由三极管和继电器构成，主要由三部分电路
组成：放大电路、单稳态电路、继电器电路。下面对其电路的工
作原理作简单的分析。
放大 电路
MIC
单稳 态电 路
继电 器电 路
MIC 将声音信号转变成电信号，所转换的电信号很微弱，只有 通过三极管 VT1 放大电路把微弱的信号进行放大后，才能去触发 单稳态电路。放大后信号中的负脉冲作用在三极管 VT2 的基极上 时，可以使单稳态电路翻转。电路中的电容 C3 是电源退耦滤波电 容器。在电路的稳态过程下，单稳态电路中的三极管 VT2 导通， 三极管 VT3 截至。三极管 VT3 的集电极为高电平，接在它上面的 三极管 VT4 是 PNP 型三极管，所以三极管 VT4 没有导通，继电器 不工作。一旦有外界的声音来触发电路，单稳态电路中三极管 VT2 的基极受到负脉冲的作用而截至，单稳态电路处在了暂态的过程 中。这时三极管 VT3 导通，他的集电极电压下降，导致与它连接 的三极管 VT4 也导通，继电器吸合。由于单稳态电路的暂态时间 是由电阻 R3 与电容器 C2 的参数决定的，所以十秒后单稳态电路 会自动恢复到稳态过程下，继电器停止工作。
要想关断，只有把阳极电压降低到某一临界值或者反向。 普通晶闸管的阳极与阴极之间具有单向导电的性能，其内部可以
等效为由一只 PNP 晶闸管和一只 NPN 晶闸管组成的组合管。
晶闸管控制电路
声控元件
本电路中采用驻极体话筒，驻极体话筒也称驻极体传声器， 它是利用驻极体材料制成的一种特殊电容式“声—电”转换器件。其 主要特点是体积小、结构简单、频响宽、灵敏度高、耐震动、价 格便宜。驻极体话筒是目前最常用的传声器之一，在各种传声、 声控和通信设备（如无线话筒、盒式录音机、声控电灯开关、电 话机、手机、多媒体电脑等）中应用非常普遍。常见的机装型驻 极体话筒形状多为圆柱形，其直径有φ6mm、φ9.7mm、φ10mm、 φ10.5mm、φ11.5mm、φ12mm、φ13mm……多种规格；引脚电极数 分两端式和三端式两种，引脚形式有可直接在电路板上插焊的直 插式、带软屏蔽电线的引线式和不带引线的焊脚式 3 种。如按体
的饱和反向漏电流,即暗电流，此时光敏二极管截止。当受到
光照时,饱和反向漏电流大大增加，形成光电流,它随入射光强
度的变化而变化。当光线照射 PN 结时，可以使 PN 结中产生
电 子 一 空 穴 对 ，使
少数载流子的密
度 增 加 。这 些 载 流
子在反向电压下
漂 移 ，使 反 向 电 流
增 加 。因 此 可 以 利
C2、R8 组成的延时电路
ห้องสมุดไป่ตู้ 二极管
半导体是一种具有特殊性质的物质，它不像导体一样能够
完全导电，又不像绝缘体那样不能导电，它介于两者之间，所以
称为半导体。半导体最重要的两种元素是硅和锗。二极管最明显
的性质就是它的单向导电特性，就是说电流只能从一边过去，却
不能从另一边过来（从正极流向负极）。二极管种类有很多，按照