声光触摸三控照明灯开关的设计 结题论文

电子产品创作设计课程项目设计论文题目：声光触三控照明延时电路

院系: 电子工程学院

班级:

作者：

西安电子科技大学

244323766.doc

摘要

声光触摸控制照明灯开关，能自动控制白天开关、夜晚亮灯、人走灯灭。具有灵敏、低耗、性能稳定等特点。设计声光触摸控制延时开关,综合了声、光、触摸和延时控制。本文阐述了简单的声光触摸控制照明灯开关的制作。采用CD4011四二与非门芯片，驻极体传声器、光敏电阻、电容等作为基本元件。光敏电阻,驻极体传声器和触摸片三种传感器形成了声控、光控和触摸三种控制的电路。利用protel99se软件完成电路原理图的制作和PCB 电路板的制作。开关制作完成后，测试结果实现了所要求的控制。

【关键词】声光触摸控制；延时控制；光敏电阻；

Abstract

Sound and light touch control lighting switches, automatic control can be switched during the day, night lighting, and eliminate people of lights. It’s feature is ensitive, low consumption, stable performance, ect. Design acousto-optic touch control delay switch which combine sound and light, touch and delay control. This paper expounds how to make a simple sound and light touch control lighting switch (DIY). It’s basic device is CD4011 42 sr chip, microphone, photoresistance, capacity, etc. photoconductive resistance, microphones and touch tablet three sensor formed sonic, ligh-activated and touch three control circuit. Use protel99se software circuit principle diagram production and PCB production. When switch production is completed , test results to the requirements of control.

Key Words: Sound, light and touch control ；delay control ；photoresistance；

目录

摘要 (1)

Abstract (2)

0绪论 (4)

1延时灯的电路 (5)

1.1电路的工作原理 (6)

2元器件的选择 (6)

3利用multisim软件制作仿真电路 (7)

3.1 protel99se制作原理图及PCB板 (7)

3.2 电路板的制作…………………………………………………………９

4 测试电路板的工作状态.........................................................９4.1结论 (9)

致谢 (10)

参考文献 (11)

附件 (11)

0绪论

公共场所和居民居住区的公共楼道普遍使用机械手动开关,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。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。因此，设计研制一种电路新颖、安全节电、结构简单、安装方便的声光触摸三控节能自动开关显得相当有必要。这样就可使公共场所和居民居住区的公共楼道灯在白天时不亮，晚上闻声自亮，或者是用手触摸一下电极片电灯也会亮，待人走后，几十秒后自动关闭，既方便，又省电。声光触摸三控开关应用的是模拟电子技术进行设计，安全可靠，成本低廉。其电路由电源电路、声控电路、光控电路、触摸控制电路和延时电路组成。本文介绍一种采用模拟电子技术的方法，设计声光触摸三控照明灯开关。

随着电子技术的发展，尤其是数字技术的发展，用数字电路技术实现灯的自动发亮、节能节电、延长灯的寿命变得越来越重要，而且贴近我们的实际生活。声光控电路已成为人们日常生活中必不可少的必需品，它不需要开关，当有人经过时会自动的亮；广泛应用于走廊、楼道招待所等公共场所，给人们的生活、带来极大的方便。因此，得到了广泛的应用。声光控电路是声音和光控制电路工作的电子开关。它将声音（如击掌声）和光转化为电信号，经放大、整形，输出一个开关信号去控制各种电器的工作，在自动控制工业电器和家用电器方面有着广泛的用途。由于，本电路广泛应用于人们的日常生活中，所以，有很大的重用作用。该电路在设计时应用了仿真软件，来进行仿真然后才确定下来的，虽然用的仅仅是EWB 软件，但是在论文中也是比较有特色。能够使人们在不知不觉中感受方便。

1.课题研究的目的和意义

研究目的：通过这次的课题研究我们希望在理清它的发展脉络上进一步了解它的发明原理，将平时所学习的知识运用到实验探索上，这对提高我们的动手能力，创新意识，及锻炼思维活动无疑是一个莫大的帮助。同

时我们也希望这次的研究能让同学进一步地了解照明灯，而不是仅局限与课本知识以内。从小的突破点入手，掌握又一项科技知识，从而实现课堂外的又一次提高,为现代教育科学尽一份力量！

研究意义：用声光控延时开关代替住宅小区的楼道上的开关，只有在天黑以后，当有人走过楼梯通道，发出脚步声或其它声音时，楼道灯会自动点亮，提供照明，当人们进入家门或走出公寓，楼道灯延时几分钟后会自动熄灭。在白天，即使有声音，楼道灯也不会亮，可以达到节能的目的。声光控延时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，它具有体积小、外形美观、制作容易、工作可靠等优点，适合于各种楼房走廊的照明设备。降低能耗、节约能源、注重环保是当今世界的主潮流，高能耗且会加剧温室效应的白炽灯越来越不受欢迎。继公布“欧盟后年封杀白炽灯”的时间表后，世界各地陆续抛弃白炽灯已成定局，环保型节能荧光灯是白炽灯的替代者。

节能荧光灯VS白炽灯，胜券在握已无悬念，但楼道照明却限制了荧光灯的使用，因为楼道照明是非持续性的，有人经过才需要光亮，而不断的开关通断会影响荧光灯的使用寿命，所以声光控白炽灯在楼道照明领域得到广泛应用。

2.国内外概况

由于近年来我国的照明器材行业的迅速崛起，中国已经成为电光源产品的主要输出国之一。照明器材行业属一般性竞争行业，是我国轻工业对外开放较早的行业之一。WTO后，国际上一些知名品牌大企业相继进入国内产销领域，使得国内竞争国际化。努力增加节能光源和不同档次、花样、不同用途的照明器具的开发，加快绿色、节能光源产品的开发推广和应用是我国目前照明器材行业结构调整的重点。我国照明器材行业将面临着前所未有的机遇和挑战，而由此带来的巨大商业利益也成为一些企业瞩目的焦点。

随着全球经济一体化，发达国家产业调整的步伐进一步加快，一般照明电器产品生产大量向发展中国家转移，而中国又是一个比较适合的国家，

一是中国具备生产这些产品的条件，二是劳动力成本比较低，从而使中国逐步成为照明电器产品出口大国。展望未来的国内市场，需求仍会呈逐年增长趋势，以下强力因素都预示着我国照明市场仍有很大的潜力可挖。基础设施建设方面：机场、铁路、港口、城市轨道交通等讯速发展，每一项工程均需要照明。城市亮化工程方面：城市广场、绿地、道路、建筑物泛光照明，已从大城市发展到中小城市。

根据国内外市场需求预测，我国照明电器行业的高速增长期还将继续，对未来的预测如何更加科学化是我们面临的问题。进一步提高照明产品的质量和档次进一步提高照明产品的质量和档次，这既是当前摆在我们面前的课题，同时也是全行业共同努力的长期目标。就国内市场需求而言，人们生活水平逐步提高，对生存环境质量的要求也越来越高，对照明电器产品提出更高的要求。新的建筑照明标准已完成制订工作，即将批准执行，新标准基本与国际接轨，对不同场合的照明提高了要求，也需要我们生产企业适应新标准的要求，为各类照明场所提供相应的产品。从国际市场分析，虽然我们的出口逐年大幅度增长，但我国大部分产品在国际市场仍属中低档水平，去过法兰克福的人都有体会，我们的产品与国际先进水平相比还存在较大差距。另外，如果大量劣质低价产品出口，还会遭遇反倾销诉讼，从而影响全行业出口，因此我们仍要大声疾呼，质量是企业的生命。我国目前已成为世界照明电器产品生产大国，我们的目标是要成为照明电器产品生产强国，我们与发达国家在照明电器产品的质量、档次、生产工艺、设备、材料以及新产品开发能力等方面均存在明显差距。

1延时灯的电路

设计声光触摸三控照明灯开关所采用的电路如下图所示。

设计要求：当没有光照射到光敏电阻RL时，同时有声响传到驻极传声器B，灯Ｅ点亮并延时一段时间后自动熄灭。有光照射到光敏电阻，无论有无声响时灯都不点亮。手触摸导电片M时，灯即可点亮，延时一段时间后自动熄灭。调节R5电阻的大小可以控制灯点亮的时间长短。

电路原理：

电源电路由照明灯E、整流二极管VD2~VD5、电阻R6、稳压二极管VS和滤波电容器C4组成。

声控电路由传声器BM、电阻R1~R3组成、电容器C1和C2、与非门I（集成电路IC（CD44011）内部）。

光控电路由电阻R4、光敏电阻RL、二极管VD1和IC内部的与非门II组成。

触摸控制电路由触摸电极M、电阻R8、R9、与非门IV和二极管VD6组成。

延时控制电路由延时电容器C3、电阻R5、R7、与非门III和晶闸管VT组成。

1.1电路的工作原理

交流电220V电压经灯泡E限流降压、VD2~VD5整流、R6降压、VS稳压及C4滤波后，为IC提供6V直流电压。

白天，RL无光照谢呈低阻状态，为低电平，II门输出为高电平，III 门输出为低电平，VT处于截止的状态，E不亮，声控电路不起作用。

夜晚，RL无光照而变成高阻状态，为高电平，此时若有声响发出，则声音信号经B变换成电信号后，再经I门整形后使II门输出低电平，VD1导通，C3充电，变成低电平，III输出高电平，使VT受触发导通，E灯点亮。声音信号消失后，II门输出为高电平，VD1截止，C3通过R5放电，是电压逐渐升高，当C3放电结束后，III门输出为低电平，VT截止，E熄灭。

用手触摸电极片M时，人体感应的杂波信号经R9加至IV门的输入端，使IV输出低电平，VD6导通，C3充电，III门输出高电平，VT导通，E 点亮。

改变R1的阻值，可以调节声控的灵敏度。

改变R4的阻值，可调节光控的灵敏度。

改变R8的阻值，可调节触摸的灵敏度。

2元器件的选择

电阻R1~R5和R9~R7选用1/4W的金属膜电阻（R1、R4、R5选用电阻器）或碳膜电阻；R6选用2W的金属膜电阻器。

C1和C2均选用独石电容器；C3和C4选用耐压值为16V的铝电解电容。VD1和VD6选用1N4148型硅开关二极管；VD2~VD5选用1N4007型硅整流二极管。

VT选用1W、6V的硅稳压二极管，例如1N4735等型号。

4与非门集成电路采用CD4011或MC140011型。

B采用驻极体传声电器。

M使用铜膜片制作。

3利用multisim软件制作仿真电路

在制作实物前用multisim软件对电路进行了仿真，由于仿真软件中有些元器件难以找到，因此仿真结果并不理想。在对电路图进行分析后，认为设计的电路是可以实现所要求的控制。

3.1 protel99se制作原理图及PCB板

用protel99se绘制的原理图如下图所示

3.2电路板的制作

在声光触摸照明开关的实物制作过程中，受元器件和其他条件的影响，为了使制作取得成功，我对一些器件进行了一些改动。R1，R4，R8直接用1/4W的电阻代替，并没有使用电阻器。单相可控硅采用的是CR—3AM，整流桥采用的是RB-156型整流桥。元件清单如下：0.01u C2 ，0.1u C1，100K R5(1/4W)，100K R3(1/4W)，100K R10(1/4W)，100K R7(1/4W)，100K R6(2W)，100u C4(16V)，10K R1(1/4W)，10u C3(16V)，1M R8(1/4W)，1M R4(1/4W)，200K R9(1/4W)，200K R2(1/4W)，6V 1N4735，CD4011 , 1N4148 D1,1N4148 D2,CR3AM Q1,光敏电阻。

4测试电路板的工作状态

电路板制作完成后，检查电路无误，测试了一下其工作状态。刚开始通电时，灯一直处于点亮状态，不受声，光，触摸的控制。当时假设是单

相晶闸管的问题，于是从新更换新的晶闸管，通电后等闪一下后又灭了，同样不受控制。于是又检查了一下电路板，没有问题。考虑到，晶闸管不受控制，应该是门极擎住电流太小，改正R7的电阻大小为556Ω。通电测试，触摸时，可以控制灯点亮，一段时间后灯自动熄灭。黑暗情况下，声控不受控制，通电表现为闪灭交替，有光照射到光敏电阻时，灯熄灭。由此判断电路板的声控处有问题，目前为止还没有找到好的处理方案。

4.1总结

用CD4011芯片制作的声光触摸三控开关，原理简单，所需的元器件较少，制作成本低廉。从目前的测试结果看，开关的可靠性较高，灯点亮控制得较好。本次设计也遇到了不少的问题，例如芯片的引脚功能，单相可控硅的导通和关断问题（擎住电流和维持电流），光敏电阻在有光照和黑暗坏境下的电阻值大小等等，这些问题直接关系到开关的制作成败。总之本次设计所采用的是相对简单的模拟电子技术，采用的电路也较为简单的，内容涉及到电气工程及其自动化专业所学的大部分内容。

致谢

本次毕业设计是在王顺基老师的悉心指导下完成的，在此衷心感谢王顺基老师的耐心教导和栽培。设计中遇到的问题，老师细心详细的解答，让我重新学到了本专业不少的知识同时也让我受益匪浅。当然也要感谢在这次毕业设计中给予我帮助的老师和同学，感谢王忠老师提供的帮助，在此要特别感谢张玉富，邵龙等同学在实物制作过程中给予的帮忙和协助。正是有了老师们的教导和同学们的无私帮助，才使我顺利的完成了声光触摸三控开关的设计，并且完成实物的制作。谢谢大家！

参考文献

[1] 全新实用电路集粹丛书编辑委员会编著. 《灯光控制应用电路集粹》. 机械工业出版社,2005.77-80.

[2] 康华光,陈大钦,张林.《电子技术基础模拟部分（第五版）》. 高等教育出版社,2005.12-84.

[3] 冷曾祥,徐以荣,. 《电力电子技术基础（修订版）》. 东南大学出版社,2006.35-9.

[4] 翁绍捷主编. 《电子电路CAD技术protel99se的应用》. 华南热带农业大学工学院,2005.1-65.

附件：CR3AM及CD4011芯片部分资料（datasheet）、实物图片。