声光控路灯控制系统设计

课程设计说明书
课程设计名称：
模拟电路课程设计
课程设计题目：
声光控路灯控制系统设计
学 院 名 称：
信息工程学院
专业： 班级：
学号：
姓名：
评分：
教师：
20 11 年
月
日
摘要
在学校、机关、厂矿企业等单位的公共场所以及居民区的公共楼道，长明灯现 象十分普遍，这造成了能源的极大浪费。另外，由于频繁开关或者人为因素，墙壁 开关的损坏率很高，增大了维修量、浪费了资金。声光控路灯则无这种问题。
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第二章 系统组成及工作原理
2.1 总体设计思路
声光控路灯主要是依据光控原理和声控原理来设计的。利用光控电路可以根据 光线的亮暗条件控制灯的使用。光控电路是由光敏电阻和普通电阻组成。声控电路 是为完善光控路灯而设计。在不同时段、不同的地点使用灯的机率也不同，声控可 进一步节约能源。整个电路由电源电路，声控电路，光控电路及延时电路等部分组 成。电源由电网供电电压交流 220V(有效值)50Hz，经降压整流后输出电路所需电压。 光控电路对外界光亮程度进行检测，输出与光电程度相对应的电压信号。从而实现 白天灯泡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，从而要实现自动控制，延时电路声音消失后延长一段光照时 间。总体方框图如图 2.1 所示。
如图 2-4 用于对声音及光信号的综合处理，运用 74LS08D 的与门，实现对信号
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的筛选。从而对开关部分发出开启或关闭的信号。实现对光及声音信号的综合反映， 实现智能省电。
图 2-4 逻辑控制电路
2.2. 4 延时电路
延时电路的作用是在灯亮之后延时 20S 然后控制灯自动熄灭，从而达到节约电 能延长使用寿命的目的。如图 2.4 所示，由前一级电路输入激励，通过 RC 充放电 达到延时的目的。通过比较器输出的电压使三极管导通或截止，从而使继电器工作 控制灯泡开关。
图 2.5 电源电路
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第三章 系统中电源模块的设计 3.1 方案比较和确定
直流电源按原理分为线性电源和开关稳压电源两种，线性电源通过改变调整元 件控制信号的强弱来调节其等效阻值，从而稳定输出电压。其特点是：纹波系数小， 但效率低，一般适用于小功率的电子电路。开关型稳压电源通过改变开关管的导通 时间，得到稳定的电压输出，其特点是纹波系数大，电磁兼容性差，效率高，过载 能力强，一般适用于大功率或者要求效率高的场合。由于本实验只需要较小功率， 且对效率也无特殊要求，因此选择较为简单的线性电源。
图 3.1 串联型稳压电路图
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图 3.2 集成线性稳压电路图
3.2 设计思路
（1）电网供电电压交流 220V(有效值)50Hz，要获得低压直流输出，首先必须 采用电源变压器将电网电压降低获得所需要交流电压。
（2）降压后的交流电压，通过整流电路变成单向直流电，但其幅度变化大（即 脉动大）。
（3）脉动大的直流电压须经过滤波电路变成平滑，脉动小的直流电，即将交流 成份滤掉，保留其直流成份。
（4）稳压电路：稳压电路的功能是使输出的直流电压稳定，不随交流电网电压 和负载的变化而变化。
整流电路常采用二极管单相全波整流电路，电路如图 3.4 所示。在 u2 的正半周 内，二极管 D1、D2 导通，D3、D4 截止；u2 的负半周内，D3、D4 导通，D1、D2 截止。正负半周内部都有电流流过的负载电阻 RL，且方向是一致的。电路的输出波 形如图 3.5 所示。
图 3.6 稳压电路原理图 3.4 参数选择
（1）根据设计所要求的性能指标，选择集成三端稳压器。
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因为要求输出电压可调，所以选择三端可调式集成稳压器。可调式集成稳压器， 常见主要有 CW317、CW337、LM317、LM337。317 系列稳压器输出连续可调的正 电压，可调范围为 1.2V~37V，最大输出电流为 1.5A。稳压内部含有过流、过热保 护电路，具有安全可靠，性能优良、不易损坏、使用方便等优点。其电压调整率和 电流调整率均优于固定式集成稳压构成的可调电压稳压电源。LM317 系列管脚图和 典型电路如图 3.7.
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第一章 设计任务 1.1 设计任务及要求如下：
1. ①光照度强（白天）路灯不点亮，光照度暗（夜晚）路灯可由声音控制。 ②有声音是路灯点亮否则不点亮。
2．设计电路结构，选择电路元件，计算确定元件参数，画出实用原理电路图。 3．自拟实验方法、步骤及数据表格，提出测试所需仪器及元器件的规格、数
量，交指导教师审核。 4.批准后，进实验室进行组装、调试，并测试其主要性能参数。
此电路是通过对外界信号的选择而使灯泡亮的功能。利用自制直流稳压电源供 电，根据光敏电阻的阻值变化判断光线强弱，用话筒测声音信号，LM324 对信号进 行放大，和构成比较电路，继电器控制驱动灯泡。当有较强光时无论有无声音都不 会亮，无光或光很暗时有声音会亮，无声音则不亮，延时时间是 20 秒。该声光控路 灯初步评测使用还比较方便，应用也相对比较广泛。该电路可应用于商品房、公司 等走道上，能满足这些特定场合的需要，具有广泛的应用价值。
电源部分
光控部分 声控部分
综合 逻辑 控制 电路
开关 及 延时 部分
图 2.1 声光控路灯原理组成方框图
2.2 电路各模块设计简介
2.2.1 光控电路
图 2-2 光控电路为光信号采集电路，负责给逻辑电路提供环境中光的信息。利 用光敏电阻对光的强度程不同阻值特性，使电路输出与光电信号相对应的电压信号。 从而实现光控目的。
声光控路灯控制器可以自动实现人来灯亮，人走灯灭，既方便又实用。不仅节 约了电能，而且能延长灯泡的使用寿命。可广泛应用于楼梯，走廊，卫生间及生活 小区等公共场所的照明控制。词控制器经济实用，即使一般的脚步声也能使灯泡发 光照明。
关键字：声光控制 LM324 继电器 延时
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引言：
随着科学技术的发展以及人们对节能意识的增强，公共场所照明控制手段也将 逐步更新，除现在已有的声光控开关外，还有微波感应开关和热释远红外感应开关。 目前，微波感应开关的抗干扰性能尚不理想，红外感应开关在性能上较为理想，但 安装复杂，比较娇气，价格也偏高，比较适合在一些管理完善的场所如宾馆、大饭 店楼道及家庭走廊应用，在普通住宅楼、办公楼道等场所的照明控制考虑到价格、 管理及安装方便等因素，根据我国国情，可以预计在相当一段时期内，声光控路灯 将是首选的主流产品。
（4）滤波后的直流电压，再通过稳压电路稳压，便可得到基本不受外界影响的 稳定直流电压输出，供给负载 RL。
3.3 直流稳压电源原理
直流稳压电源是一种将 220V 工频交流电转换成稳压输出的直流电压的装置，它 需要变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成，见图 3.3。
T
整
滤
稳
负
流
波
压
载
工频交流
脉动直流
根据性能指标要求：Uomin=2V
Uomax=12V
又 ∵ Ui-Uomax≥(Ui-Uo)min （式 3.4.2）
Ui-Uoi≤(Ui-Uo)max
（式 3.4.3）
其中：（Ui-Uoin）min=3V，(Ui-Uo)max=40V
∴ 5V≤Ui≤42V
Uo1 根据 Uo1=(1.1～1.2)U2 （式 3.4.4） 可得变压的副边电压：12V
本次课题是声光控路灯控制系统设计，此控路灯系统的设计采用模块化结构， 主要有声控电路，光控电路，延时电路，电源电路及其他电路。在设计此控制系统 时，采用模块化的设计思想，使设计起来更加简单、容易、条理清晰。同时调试起 来也更容易：可以先将各个板块单独进行调试，再汇总。这样可以避免因为某个单 一板块做不出来而使整个系统的设计进程无法继续。
图 3.4 整流电路
2U 2
2
0
3 4
t
uo
2U 2
0 2 3 4
t
图 3.5 输出波形
在桥式整流电路中，每个二极管都只在半个周期内导电，所以流过每个二极管 的平均电流等于输出电流的平均值的一半。
在设计中，常利用电容器两端的电压不能突变和流过电感器的电流不能突变的 特点，将电容器和负载电容并联或电容器与负载电阻串联，以达到使输出波形基本 平滑的目的。稳压电路可选集成三端稳压器电路。总体原理电路见图 3.6。
本系统利用自制直流稳压电源供电，根据光敏电阻的阻值变化判断光线强弱， 用咪头测声音信号，LM324 对信号进行放大和构成比较电路。由 74LS08D 的与门， 实现对信号的筛选，从而对开关部分发出开启或关闭的信号。继电器控制驱动灯泡， 由 RC 充放电路进行延时。通过对外界信号的选择，声光控路灯实现自动控制灯亮。 仅当光线较暗并且有声响时，路灯才会自动点亮，并延时 20 秒左右熄灭。
图
图 3.7 LM317 管脚图与典型电路
输出电压表达式为：U o
1 .25 1
RP 1 R1
（式 3.4.1）
式 3.4.1 中，1.25 是集成稳压块输出端与调整端之间的固有参考电压，此电压加于给
定电阻 R1 两端，将产生一个恒定电流通过输出电压调节电位器 RP1，电阻 R1 常取
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图 2-2 光控电路
2.2.2 声控电路
如图 2-3 声控电路为声音信号采集电路，主要负责给逻辑电路提供环境中的声音信 号。光控的基础上，通过咪头对声音的检测，使电路输出与声音相对应的电压值。 通过逻辑电路，在夜晚有人经过时路灯点亮并在声音消失后一段时间后熄灭。
图 2-3 声控电路
2.2. 3 逻辑控制电路
因此可选 220V—12V 的变压器
（3）滤波电路中滤波电容的选择
滤波电容的大小可用式C

Iot U i
求得。
（式 3.4.5）
1）求ΔUi: 根据稳压电路的稳压系数的定义：
可设ΔUo≤15mV ，SV≤0.003