基于CD4011 的声光控延时节能开关电路系统设计

基于CD4011 的声光控延时节能开关电路系统设计
发表时间：2014-12-25T16:19:25.810Z 来源：《价值工程》2014年第11月上旬供稿作者：王君莉[导读] 基于现代声学、光学、自动控制技术，设计出声光控自动节能开关，该开关由光控电路、声控电路、延时电路等组成。

王君莉WANG Jun-li（郑州华信学院机电工程学院，郑州451150）（School of Mechanical and Electrical Engineering，Zhengzhou Huaxin University，Zhengzhou 451150，China）
摘要院为缓解日益紧张的能源状况，实现社会的可持续发展要求，结合声学、光学和延时技术设计出声光控延时节能自动照明开关电路系统，该系统能够实现：在光控电路作用下，开关断开并自锁，照明灯不亮；在无光线或光照不足时，通过脚步或手拍等声音接通电路，照明灯开启，并延时一段时间后自动熄灭。

设计出的开关可广泛地应用于楼道、建筑走廊、厕所等场所，是一种理想、环保的照明开关。

Abstract院In order to alleviate the increasing energy crisis and realize the strategy of sustainable development owing to the limitedresources, the circuit system for acousto-optic control delay energy-saving switch was designed by optics, acoustics and delay technique.The circuit system was principally illustrated as follows: under the action of the light control circuit, the switch broke away and started theself-locking device. Then the circuit could make the light turn off. When received sound of walking or handclap at certain degree of dark,the circuit worked and turned on the lights. After a while, it turned off the lights automatically. As a new switch, which is ideal andenvironmental, it will be widely used in our daily life.关键词院集成电路；声光控；CD4011；电路设计Key words院integrated circuit；acousto-optic control；CD4011；circuit design中图分类号院TM564 文献标识码院A 文章编号院1006-4311（2014）31-0059-02
0 引言在日常生活中，某些场合不需要照明灯一直亮着，由于人的疏忽，经常出现忘记熄灯的情况。

这不仅不能起到很好的节能作用，还降低照明灯的使用寿命。

鉴于此，需要研究出一种新型的节能开关，白天自动关闭，夜间有人走动时，其脚步声或谈话声可使照明灯自动点亮，延迟一段时间，照明灯自动熄灭。

这种自动控制开关能够合理地控制照明灯的开启与关闭，极大地延长了开关的使用寿命，并且可以起到保护照明灯的作用[1]。

目前，广泛使用的声光双控延迟照明开关大部分是采用分立元件制作的，元器件离散性大，工作可靠性不高。

本文针对这一问题，对声光控延迟电路作了较深入的研究。

根据声光控延迟电路开关的实现要求，以集成电路作逻辑控制技术，设计了一种基于CD4011 集成块的新型声光控延时节能电路，该声光双控延迟开关具有结构简单、使用方便、可靠性高等优点。

1 开关总体方案设计1.1 开关系统原理设计声光控延时开关系统由感应模块、控制电路、延时电路、显示模块四部分组成。

其原理框图如图1 所示。

1.1.1 感应模块感应模块由光电传感元件光敏电阻及声电传感元件驻极体话筒构成。

光敏电阻的特点是有光照时低阻抗、无光照时高阻抗[2]。

驻极体话筒的特点是有声或高电压时，驻极体话筒输出高电阻[3]。

在白天光线较暗或夜间，感应模块可以接受外来声音触发电路系统自动控制照明灯的开与关。

1.1.2 控制电路控制电路主要由声控电路和光控电路组成。

控制电路中的桥式整流电路为整体电路提供直流电压，单向可控硅SCR 控制照明灯的熄灭和开启。

集成块CD4011 为CMOS 四输入与非门，来实现信号的逻辑转换。

1.1.3 延时电路当照明灯点亮后，不能使照明灯长时间亮，但也不应立即熄灭，应当再延长一段照明时间。

因此，控制电路应设置延时电路。

延时电路常用RC 电路，可将RC 充电时间子设置为灯亮延长时间[4]，就是说RC 的充电时间控制着灯的照明延长时间，逻辑门控制着RC 的放电。

1.2 声光控延时开关电路设计1.
2.1 声光控延时开关电路图声光控延时开关电路图如图2 所示。

1.2.2 电路原理分析声光控延时节能开关电路的原理首先是将市电220V/50Hz 交流电经过D1耀D4 组成的桥式整流电路变成200V左右的脉动直流电压，然后经过R1 降压，C1滤波，得到约5V 的直流电压，供控制电路VCC（CD4011）和MIC等工作使用。

照明灯的开启与关闭可以通过CD4011 模块对应的真值反映（如表1 所示）。

在有光—无声的状态下，驻极体话筒MIC 未受到声压作用故无音频信号输出，后面与MIC 相连的IC1（CD4011）的1 脚、C5 也无谐振信号输出，则通过R4 接地的IC1 的12 脚为低电平“0”保持不变；受光照的RL（MG45）阻值很小，其压降他很低，从而将低电平“0”供给
IC1 的13 脚，这样IC1 的12、13 脚均为低电平“0”，输出端11 脚为高电平“1”，高电平不能通过D5，与R5、C6 相连的IC1 的8、9 脚为高电平“1”仍保持不变，输出端10 脚为低电平“0”，低电平不能通过R7 触发单向可控硅SCR，单向可控硅SCR 阻断，灯H 不亮。

在有光—有声的状态下，驻极体话筒MIC 受到声压作用有音频信号输出，经C3 耦合，IC1 的3 脚输出、C5 有谐振信号输出，通过R4接地的IC1 的12 脚由低电平“0”变为高电平“1”；受光照射的RL 阻值仍很小，IC1 的13 脚仍为低电平“0”，这样IC1 的12、13 脚为“1、0”态，由与非门的逻辑功能得11 脚仍为“1”态，D5 截止，SCR 仍处于阻断状态，灯H 不亮。

在无光—无声的状态下，无声与上面的无声情况一样，即IC1 的12 脚为低电平“0”。

但无光照时RL 值极大，其压降很小，从而为IC1的13 脚提供高电平“1”，这样IC1的12、13 脚变成“0、1”态，11 脚还为“1”态，与上面情况相同，SCR 仍阻断，灯H 不亮。

在无光—有声的状态下，即IC1 的12 脚由低电平“0”变为高电平“1”；无光与上面无光情况一样，即IC1 的13脚为高电平“1”。

这样IC1 的12、13 脚为“1、1”态，13 脚为“0”态，此时D5 导通，与R5、C6 相连接的IC1 的8、9 脚由“1、1”态突变为“0、0”态，IC1 的输出端10 脚变为“1”态并通过R7 触发单向可控硅SCR 的控制极，SCR 导通，灯H点亮。

SCR 在阻断期间，控制电路的直流（脉冲）工作电压是通过R7 降压获取的，C1、C2 是滤波电容。

当SCR 由阻断突变导通[5]，通过R7 的电压降低，不能再为控制电路提供电源，所以此时C4 开始放电担当（临时）电源。

当声控信号瞬间过去以后，IC1 的3 脚为高电平“1”，这时C4 立刻停止放电转入充电。

在C4 转入充电时，IC1 的8、9 脚不能立刻突变为“1、1”态，有一段的延时，从而实现了采用声、光控制照明灯的亮、熄，并又能使照明灯延长一段照明时间[6-7]。

声光控延迟开关电路中的R5、R6、C6 是几个关键性元件，改变它们值的大小，将影响声控、光控的灵敏度和照明的延时。

即R5 阻值的大、小，表现出强声、弱声的奏效；R6 阻值的大、小，表现出强光、弱光的奏效；C6 容值的大、小，将会引起照明延长时间的长、短。

2 电路组装与调试由电路结构与元器件尺寸，设计印制电路板，印制电路板可采用环氧基质单面铜板制作。

一般该电路无需调整就能正常工作。

此延迟开关有两个显著的特点:一是电灯点亮时为软启动，点亮后为半波交流电,可以大大延长灯泡的使用寿命；二是点燃时间由C4 的时间常数决定，若感觉延迟时间短，则可增大C4 的容量。

自身灯光照射在RL 上不会发生自我关灯现象。

3 结束语基于现代声学、光学、自动控制技术，设计出声光控自动节能开关，该开关由光控电路、声控电路、延时电路等组成。

当晚间出现来人脚步或拍手等声响时，开关将接通电源，开启后延时一段时间自动关闭，从而实现了自动控制照明灯的开关。

而且还具有光控功能，白天电路自锁，节电率达90%。

虽然照明灯声光控延迟开关市面上有售，但集成电路技术设计的开关与之相比性能可靠，耐使用。

本设计当然也存在一些不足之处，比如在雷电交加时，其正常的作用可能会被影响，这种自然现象的影响是不可避免的，希望声光控制电路在将来的发展中趋之完善，使之更加人性化。

参考文献院[1]吴平.基于红外声光控制延时开关的设计[J].自动化技术与应用，2014，33（4）：110-111.[2]曾建唐.电工电子基础实践教程[M].北京：机械工业出版社，2004.[3]丁国骏.OHM 电子电气入门丛书—图解电子电路[M].北京：科学出版社，2000.[4]赵应艳.声光控延时开关的制作[J].电子制作，2013（02）：105-106.[5]门宏.声光控楼道灯[J].无线电，2001：57-59.[6]郭琼.声光控延时开关制作[J].考试周刊，2011（63）：167-168.[7]康华光.电子技术基础（模拟部分）[M].北京：高等教育出版社，1998.。