声光双控路灯设计报告

声光双控路灯设计报告

1. 设计要求

1、设计题目

利用时基集成电路NE555设计一个声光双控延时照明电路。

2、设计要求

（1）基本要求：

①白天在有声音的环境中，照明电路不工作；

②晚上在有声音的环境中，照明电路工作。当声音强度达到一定时，使电灯点亮，并延时一定时间后自动熄灭；

③延时时间：30~60秒可调；

④光强控制可调；

⑤模拟系统增益：大于40dB；

⑥负载功率及交流电压：60W/220V。

（2）提高要求：

①为减少或消除外界干扰，设置必要的滤波器，以提高电路对特定声音的灵敏度。

1. 方案选择及电路的工作原理

1. 方案一：电路如图

1

2. 原理阐述：

3. 当有声音信号时，驻极体话筒MIC将声音信号接收后经C1耦合后

再经运算放大器放大，然后经C3耦合到555定时器。当有光照照在光敏电阻RGM上时，其阻值变小，导致通过R6上的电流减小从而促使灯泡熄灭，反之亦然。这里以及后面都用发光二极管代替灯泡，但为了叙述方便还叙述为灯泡。

[结论1]有声音有光时，灯泡不亮。

图1：方案一原理图

同理：当有声音信号传入而又有光照射在光敏电阻（利用两个电阻代替）RGM 时，RGM阻值很小，导致555定时器得4口处于零状态从而使灯泡不亮

[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，新的信号将促使2口处于高电平状态从而

使灯泡发亮。

2、方案二：

原理阐述：此方案和上方案一原理基本相同就放大方式不同。

当有声音信号时，驻极体话筒MIC将声音信号接收后经C1耦合后再经Q1,Q2放大，然后经C3耦合到555定时器。当有光照照在光敏电阻RGM上时，其阻值变小，导致通过R6上的电流减小从而促使灯泡熄灭，反之亦然。

[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有光照射在光敏电阻RGM 时，RGM阻值很小，导致555定时器得4口处于复位状态从而使灯泡不亮

[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，新的信号将促使2口处于高电平状态从而

使灯泡发亮。

3、两种方案的比较与选择：通过上面两种声光双控路灯的设计，我们可以看出方案一和方案二的原理基本上相同，但是方案一存在一个不足就是信号放大采用两个三极管放大这样的放大方式会使在设计中对放大倍数的调试比较麻烦还有救是在板子上的自组装没有第二种方案方便。方案一中的信号很容易出现失真。所以综合以上一些观点在设计这个声光双控路灯的设计中我们采用第二种方案。

1. 单元电路设计计算与元器件的选择

此此次设计采用方案二，并且采用基于555定时器的开关延时电路。单元电路主

要由三部分组成：

（1）声控部分

（2）光控部分

（3）延时电路部分。下面做详细介绍。

声控部分：

这一部分主要是实现声音信号的检测以及放大。声音的物理本质是一种振动波，电路无法直接进行识别和处理，因而必须先转化为电信号。另外，即使转化为了电信号，由于信号特别微弱，依然无法进行控制，于是还必须进行放大，达到与后续电路匹配的触发能力。声音信号的检测采用驻极体麦克风，放大采用三极管放大。

光控部分：

光控信号的产生有多种，由于本设计用的是555定时器的开关延时电路，并且采用方案二，所以光控信号可用来决定555定时器是否工作，555定时器的4号管脚是复位端，因而声控信号只需在不同的光照下产生不同的电平控制信号，就可以很简单地达到控制的要求。光信号的变化可以选用光敏电阻来转换成电阻的变化，不同的关照下电阻改变，可以产生不同的分压。

延时部分：

由于要求灯可以自动熄灭，而触发控制信号产生后可能很快消失，所以必须有延时电路，从而保证触发一次响应能够持续一段时间，然后等待第二次触发。

这部分主要采用555定时器来实现。555定时器的作用范围很广，但一般多应用于单稳态多谐振荡器及无稳态多谐振荡器，这里使用555定时器的单稳态触发功能以及延时功能。555定时器在要求不是很精确的延时时间的前提下，可以很容易实现延时，延时时间是由与之连接的电阻R电容C的大小来决定的延时t=RC。

设计的具体实现

系统概述

该系统为声光双控路灯电路，它由声控电路、光控电路、以及延时电路组成。方案采用方案二所示电路图，由此图我们可知，一个系统电路是有很多简单的单元电路组成。这个电路经过我们在实验室利用函数信号发生器以及示波器等验证是可行的并且是完全可以工作的。该电路的光控电路主要控制光对电路的作用，在白天时不管怎么都不会亮，在夜晚由于光敏电阻增大促使555定时器的4管脚从新归零，只要声控电路检测到声音就会促发定时器使路灯发亮，在有限的时间后也即延时结束路灯熄灭。

1. 单元电路设计、仿真与分析

2.1声控单元电路的选择与设计：

图3：声控单元电路图图4：运算放大器输出端信号波形

驻极体麦克风检测声音信号（如拍手声）比较小，大概是10mv，进行放大时采用三极管，由于只是要求一定大小的触发信号，因而对于信号放大的失真没有

很大的要求。

参数计算：

采用VCC=5V直流电源供电。R1为麦克风提供偏置电压可选用5.1K。R2为平衡电阻选用10K。R6,R5是反馈放大支路，放大倍数==101倍。C1，C2都是滤波电

容，C1=1UF,C2=1UF 。

运算放大器输如及输出信号波形如图4所示：

2.2光控单元电路设计：

给定一个光敏电阻，利用数字万用表很容易得到它的电阻，当白天正常光照下，得到亮电阻RL=2.5K左右,不让其接受光照，得到暗电阻Rd=16K左右。光控电路

结构简单，原理如图3。

参数计算：

由于R4与光敏电阻串联，为555定时器4号脚提空分压，R4与光敏电阻差值越大，4号脚电位就越低。在VCC=5V情况下，可以容易的侧得4号脚在0.5V 一下是低电平，定时器复位，而高于0.5V时正常工作。在白天，要求定时器不工作，必须使4号脚低于0.5V，为此R4>6/0.5*3K=36K 在晚上，为了保证工作

使其高于1V，R4<6/1*16K=96K

2.3 定时器555延时单元电路设计：