声光双控节能灯项目设计方案

声光双控节能灯项目设计方案1.1课题研究的目的和意义研究的目的：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够进一步地了解照明灯，而不是仅局限与课本知识以。

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！研究的意义：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。

1.2国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。

自从我国加入WTO后，国际上一些知名品牌大企业相继进入国产销领域，使得国竞争国际化。

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。

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。

看到我们取得成绩的同时，也能清醒地认识我们存在的差距，才能不断地进步。

据中国照明学会调查资料表示：中国目前使用节能灯的家庭有一亿户，使用节能灯的酒店及公共场所更是多得难以统计；全国每年单节能灯市场的总额在120亿以上，同时每年城市化的进程在以6%的速度增长。

据国家电光源质量监督检验中心介绍，我国已成为世界最大的节能灯生产国和出口国，生产的节能灯质量逐年稳步提高。

2005年以来节能灯质量抽查产量合格率达到80％以上。

消费者使用节能灯既节能又省钱。

美国、法国、荷兰、英国、意大利等国家从上世纪90年代起，纷纷制订出相关的扶持政策，用于推广节能灯等节能产品。

仅美国环保局从1991年开始实施绿色照明计划以来，就投资了10多亿美元用于推广高效照明产品。

美国能源部研究认为，节能灯的新科技也能令公司雇员提供生产效率，这是因为雇员能把光效调校至他们觉得舒服的等级。

研究指出，节能灯能减少雇员眼部疲劳和头疼的发生率。

这也构成商业机构乐于更新换代照明系统的另一个原因。

可见节能灯在国外都有着重大的发展和重要的作用。

1.3 设计思路及优缺点本次毕业设计中我所设计的题目是“声光双控节能灯的设计”。

这是一种声音和光照双控照明灯，它可以广泛用于楼梯、过道、库房的场合。

本设计是一种基于数字集成电路的声光双控灯的设计，电路主要由电源电路、信号放大整形电路、延时处理电路单稳态电路组成。

白天光照好，不管过路者发出多大声音，都不会是灯泡发亮。

夜晚光暗，电路的拾音器只要检测到有猝发声响，就会自动亮为行人照明，过几分钟后又自动熄灭，节能节电。

声光双控节能灯具有体积小、外形美观、制作容易、工作可靠等优点。

该设计的缺陷是电路稍显复杂，并且该设计在接入节能灯后，因为节能灯不能频繁启动，容易造成节能灯寿命减少。

节能灯适合接入采用继电器作为输出器件的声光控开关。

2设计方案论证2.1题目分析本电路系统对220V交流电压进行整流，输出DC9V电压提供给声控、光控及延时电路，由这三部分电路控制灯泡自动亮灭。

如图2-1所示：图2-1 本设计系统框图2.2设计方案方案一：电路图如图2-2所示：图2-2 方案一原理图原理分析：当有声音信号时，驻极体话筒MIC将声音信号接收后经VT1放大，再经整流电路转变为电压信号。

当有光照照在光敏电阻RGM上时，其阻值变小，对直流控制电压衰减很大，导致VT2、VT3和R7、VD3组成的电子开关截止。

而C4中无电荷，使单向可控硅MCR处于截止状态，灯泡不亮。

→[结论1]有声音有光时，灯泡不亮。

同理：当有声音信号传入而又无光照射在光敏电阻RGM 时，RGM阻值很大，对直流控制电压衰减很小。

VT2、VT3和R7、VD3组成的电子开关导通，使C4充电。

由于充满电时间很迅速，C4充满电荷后通过R8 把直流触发电压加到MCR控制端，MCR导通，灯泡点亮。

当C4中电荷放至零时，MCR回复截止状态，灯熄灭。

→[结论2]有声音无光时，灯泡亮。

当灯泡点亮过程中有新的声源出现时，C4会重新充电后重新放电，即重新计算点亮时间。

如果需要改变灯亮时长，只需更改C4或者R8的参数即可。

方案二：电路图如图2-3所示：图2-3 方案二原理图原理分析：声光控延时开关的电路原理图如图2-3所示。

电路中的主要元器件是使用了数字集成电路CD4011，其部含有4个独立的与非门D1～D4，使电路结构简单，工作可靠性高。

当声音信号(脚步声、掌声等)由驻极体话筒BM接收并转换成电信号，经C1耦合到V T的基极进行电压放大，放大的信号送到CD4011中的与非门D2的2脚，R、R7是V T的偏置电阻，C2是电源滤波电容。

4为了使声光控开关在白天开关断开，即灯不亮，由光敏电阻R G等元件组成光控电路，R5和R G组成串联分压电路，夜晚环境无光时，光敏电阻的阻值很大，R两端的电压高，即为高电平期间t=2πR8C3，改变R8或C3的值，可改变延时时G间，满足不同目的。

CD4011中的D3和D4构成两级整形电路，将方波信号进行整形。

当C3充电到一定电平时，信号经与非门D3、D4后输出为高电平，使单向可控硅导通，电子开关闭合；C3充满电后只向R8放电，当放电到一定电平时，经与非门D3、D4输出为低电平，使单向可控硅截止，电子开关断开，完成一次完整的电子开关由开到关的过程。

二极管VD1～VD4将220V交流进行桥式整流，变成脉动直流电，又经R1降压，C滤波后即为电路的直流电源，为BM、V T、IC芯片等供电。

22.3方案比较方案一和方案二的原理基本相同，但方案二具有较高的灵敏性，且所用的元件少易于制作，我觉得方案二比较适合。

3声光双控节能灯设计3.1方案二电路原理框图图3-1 方案二原理框图该图是声光双控节能灯开关电路原理方框，在设计过程中我们可以分析设计部分电路。

3.2声控电路当BM获取到声音信号后，其会转换成电信号，如图2-3所示声控电路由传声器BM，电阻器R2、R4，晶体管V T、电容C1和CD4011中的D1组成。

此部分电路图如图3-2所示：图3-2 声控部分电路图工作原理：话筒将声音信号转化为负极性的电信号，但接收到的微弱信号经C 2滤波，通过由三极管V T 组成的放大器把微弱的信号进行放大，其集电极输出正极性的电信号送到CD4011的2脚。

并通过R 4给基极提供导通电压。

3.3整流电路整流电路把交流电能转换为直流电能的电路。

大多数整流电路由变压器、整流主电路和滤波器等组成。

本次所用为单向桥式整流电路，是由电源变压器T ，4只整流二极管VD 1～VD 4等组成。

此部分电路图如图3-3所示：图3-3 整流部分电路图工作原理：利用4个二极管接成电桥使在U l 的正负半周的电压经过两只二极管交替导通，即在负载上形成了单方向的全波脉冲电压。

其中单向桥式整流电路对电压的利用率高。

在桥式整流电路中，交流电在一个周期有两个半波电流以相同方向通过负载所以该整流电路输出的直流电压比半波整流电路增加一倍，即29.0U U L3.4光控电路光控电路的核心元件为光敏电阻，光敏电阻器又叫光感电阻，是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。

光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化）。

在光线较暗时，光敏电阻呈高阻态；在光线较亮时，光敏电阻呈低阻态，光敏电阻通常都工作于直流或低频状态下。

光控电路由光敏电阻器R G，电阻器R5和CD4011中的D1组成。

此部分电路图如图3-4所示：图3-4 光控部分电路图工作原理：在黑暗状态下光敏电阻R G呈高阻态，电路通过R5在光敏电阻R G 形成高电平。

当同时有声音信号时，经过CD4011的一个与非门D1使后级电路工作。

当有足够的光通量照射在光敏电阻上时，其电阻值突然降得很低，既光敏电阻两边就的电压就很小，即不能形成高电平，使其后级电路不能工作。

3.5延时电子开关电路延时电子开关电路它是用电路中送入的信号进行控制电路的设备。

其作用是用送进来的信号去控制电路，使电路达到延时的效果。

声光双控电路是声、光控开关的组合。

它是利用驻极体话筒是否采集到声音信号，光敏电阻感应光线的明暗来改变信号的高低电平，以达到控制电路输出高低电平的目的，再利用稳压管高电平导通的原理来控制灯泡的亮灭。

如图2-3所示延时电子开关电路由二极管VD、电容C3、电阻R8、晶闸管V T和集成芯片CD4011组成。

此部分电路图如图53-5所示：图3-5 延时部分电路图工作原理：延时电路的设计主要由C3和R8组成。

当夜晚有响声（如脚步声、说话声等），驻极话筒会接收到信号并通过三极管V T对其进行放大之后送到CD4011的1脚，同时光敏电阻这时也呈高阻态并送入CD4011的2脚，经与非关系后3脚输出低电平，（集成芯片引脚的连接方式如图4-3所示）芯片4脚输出高电平使二极管VD5导通对C3充电。

最终芯片11脚输出高电平去控制晶闸管导通点亮灯泡L。

在此期间同时通过VD5对C3快速充电，充电电流大，充电时间很短，快速将C3上电压充满，C3上所得的电压经R8对晶闸管V T的T、K级慢慢放电，此时就算没有响声灯泡仍然点亮，直到C3上的电放完，可控硅截止灯泡熄灭等待下一次触发。