声控灯课程设计论文

第一章绪论

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。

本课题研究的容是楼道照明灯控制电路设计。通过对声光延时控制电路的电路组成、电路原理、单元电路设计、电路调试与选择以及数据与分析等几方面的研究，实现了声光延时楼道照明灯在白天不工作，而夜晚收到突发声响信号时自动开灯，并延时5s后自动熄灭的控制要求。减小了无效电能的损耗，达到了节能的效果。

第二章声控灯系统总体方案设计

2.1 设计要求：

要求电路在无光照情况下有声音信号时。使灯（用LED发光管模拟）点亮：无声时延迟5秒后熄灭，声音间隔小于5秒则LED持续点亮，在有光照情况下有声无声均不点亮；电路如果在照明灯点亮期间又有新的声源出现，照明灯应重新开启。

2.2 电路原理及参数计算

（1）电路原理图

图2-1 声控部分原理图

图2-2 总原理图

（2）电路原理

声音进入话筒转变为电信号与R1分压，经过C2（10uf ）电容进行信号筛

选，由电源提供5V 直流电压，经过R3（4.7K Ω）电阻与接地的R4（4.7K Ω）电阻产生静态工作点Q （2.5V ）直流信号从3引脚进入集成块LM358中。

在LM358部，由3引脚进入运算放大器的信号产生的输出信号进入负反馈

网络，C1（10uf ）的作用是当信号为直流信号时反馈为1，即静态工作点不变。

对于LM358的比较器，当有光照的时候，光敏电阻的阻值降低，光敏电阻

两端的电压也随之降低，进入LM358的5引脚的电压小于2.5V ，比较器无输出进入NE555，此时不工作；黑天无光时，电阻增大，两端电压增大，大于2.5V ，使比较器的输出为1，NE555正常工作。

当反馈电路输出的电压U 小于1/3VCC ，即U 小于1.67V 时，NE555输出的

上升沿信号到74HC123的A1（1引脚）和A2（2引脚）后变为下降沿，灯亮；当反馈电路输出的电压U 大于2/3VCC ，即U 大于3.33V 时，NE555输出的下降沿信号到74HC123的A1（1引脚）和A2（2引脚）后变为上升沿，灯灭。

（3）电路参数计算

当光线充足时，光敏电阻阻值很小，LM358的3脚分压小，电压比较器输

出1脚为低电平。NE555电路4引脚为低电平有效，此时不管2脚和6脚输入为高或低，OUT 输出端直接复位为0。74HC123的1脚和2脚也为低，其Q 端输出也为低，Q ’端为高电平，发光二极管负端为高，灯不会亮；当光线不充足时，光敏电阻阻值很大，LM358的3脚分压大，故电压比较器反相输入，输出为高电平，NE555的直接复位端4脚无效。这时若有声音信号通过驻极体话筒输入，通过电容滤波后输入LM358声控放大电路，经放大后输入NE555的2脚和6脚，正弦波形被施密特变换为反相矩形波。NE555的2脚和6脚输入大于cc V 2

1的电压，3脚输出OUT 由低变为高，74HC123的1脚和2脚接收到一个上升沿脉冲，输入到74HC123单稳态触发器后再次经波形变换，Q 端产生一个上升沿脉冲。由于LED 接入74HC123的Q ’引脚，故其在Q ’引脚是一个下降沿脉冲，此时发光二极管负端为低，灯会亮，亮时延迟时间为脉冲宽度s t w 5=。声音信号消失，Q 端上升沿维持5s 后灯会自动熄灭。

要使LM358的声控放大电路的放大倍数为30～50，011V R R R V f

I +=

即1

f 1R R A v +=,可选用1R =4.7K Ω、f R =150Ωκ，此时算得9.32≈v A 。 V V cc 5=，要使LM358的2脚和5脚的电压为V V cc 5.22

1=，必须选用两对阻值一样的电阻，这里在5引脚选用4.7K Ω，在2引脚选用1K Ω。

要使延时时间为5s ，即使2ln ext ext w C R t ==5s ，选用150Ωκ的电阻和47uF 的电容，即在14脚和15脚间接入47uF 的电容，在15脚和cc V 间接入150Ωκ电阻。

2.3 元器件的介绍及其功能

此次课程设计主要有LM358、NE555和74HC123 三个集成器件，发光二极

管，光敏电阻，驻极体话筒以及电阻和电容等基本电路元器件。

（1）LM358

LM358部包括有两个独立的、高增益、部频率补偿的双运算放大器， 适合

于电源电压围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，它的使用围包括传感放大器、直流增益模组,音频放大器、工业控制、DC 增益部件和其他所有可用单电源的运算放大器的场合。

LM358其部电路及管脚排布如图2-3所示：

图2-3 LM358部电路及管脚排布 （2）NE555

555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。555 定时器

的电源电压围宽，可在4.5V 到16V 工作，输出驱动电流约为200mA ，因而其输出可与 TTL 、CMOS 或者模拟电平兼容。 555定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。

NE555是一种应用特别广泛作用很大的集成电路，在很多电子产品中都有

应用。NE55的作用是用部的定时器来构成时基电路，给其他的电路提供时序

脉冲。

NE555部结构及引脚排如下列图2-4所示：

图2-4 NE555的部结构及引脚排列

（3）74HC123

74HC123是一款高速CMOS器件，74HC123引脚兼容低功耗肖特基TTL （LSTTL）系列。74HC123遵循JEDEC标准no.7A。

74HC123是双路可再触发单稳多谐振荡器，可通过多达3种方式实现输出脉宽控制。74HC123的nA和nB输入带施密特触发功能，使得电路对缓慢的输入上升和下降具备更高的容差性。 74HC123 参数 74HC123 基本参数电

压 2.0～6.0V 驱动电流 +/-5.2 mA 传输延迟 26 ns5V 74HC123 其他特性逻辑电平 CMOS 功耗考量低功耗或电池供电应用 74HC123 封装与引脚 SO16, SSOP16, DIP16, TSSOP16

74HC123 特性： DC通过高有效或低有效输入触发可再触发，以适应超长脉冲，最高可达100%占空比可直接复位，终止输出脉冲除了复位输入，所有输入带有施密特触发功能 ESD保护HBM EIA/JESD22-A114-C超过2000 V MM EIA/JESD22-A115-A超过200 V 。温度围：-40～+85 ℃、 -40～+125 ℃。器件中单稳触发器作用是不管触发信号持续多长时间，只固定维持外围阻容给定的一段时间就恢复触发前状态，外围电阻电容决定单稳时间，因为触发是由边缘触发，上升或下降沿。可再触发单稳不同之处是前次触发后的单稳没有恢复触发前状态而又有触发信号时，可再触发单稳将在触发边缘开始继续维持阻容给定的单稳时间，而单稳是不理会在翻转后的触发信号的。此芯片也可做多谐振荡器用。

74HC123的引脚排列、部结构及功能表如图2-5，2-6及表2-1所示：