基于传感器的电路设计报告

基于声音传感器的电路设计方案

一、前言

1、功能与用途

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。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，所以有很大的作用。随着现代科技的高速发展，照明灯的需求也在不断地发展，人们有意识地采用各种方法改进它。

2、发展现状：

由于近年来我国的照明器材行业迅速崛起，中国已经成为电光源产品的主要输出国之一。照明器材行业属于一般性竞争行业，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消领域，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。

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在继续，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，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，人们的生活水平逐步提高，对生存环境质量的要求也越来越高，对照明电器产品的提出更高的要求。新的建筑照明标准已经完成制定工作，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事业新标准的要求，为各类照明场所提供相应的产品。

二、模块方案论证与比较

2.1方案设计

根据设计要求，提出以下两种设计方案：

1：采用LM324运算放大起制作而成的声光控延迟照明开关，采用二线制接法，可以直接取代普通照明开关，而不是更改室内原有布线。图中，接成四只电压比较器的运放A1-A4可采用一块单电源四运放集成电路LM324，其他元件如图所示，无特殊要求，电路图如图1所示。

图1

2：使用了数字集成电路CD4011，其内部含有4个独立的与非门VD1-VD4，使电路结构简单，工作可靠性高。电路图如图2所示。

图2

在这几个方案中，由于我们在学校学了数字电路和门电路，而且这个方法比较简单，有实用，能充分体现出我们在校期间对所学知识掌握的程度，所以我们选择了第二种方案。

2.2电路工作原理

声光控延时电路的电路原理图见图2所示。顾名思义，声光控延时开关就是用声音来控制开关的“开启”，若干分钟后延时开关“自动关闭”。因此，整个电路的功能就是将声音信号处理后，变为电子开关的动作。明确了电路的信号流程方向后，即可依据主要元器件将电路划分若干单元，由此可画出图3所示的方框图。

图3

结合图3来分析图2。声音信号由驻极体话筒BM 接受并转换成电信号，经C1到VT 的基极进行电压放大，放大的信号送到与非门（VD1）的2脚，R4、R7是VT 的偏置电阻，C2是电源滤波电容。

为了使声光控开关在白天开关断开，几灯不亮，有光敏电阻Rg 等元件组成光控电路，R5和Rg 组成串联分压电路，夜间环境无光时，光敏电阻的阻值很大，Rg 两端的电压高，即为高电平间382C R t π=,改变R8或C3的值，可改变延时时间，满足不同的目的。VD3和VD4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VD3、VD4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VD3、VD4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将交流220V 进行桥式整流，变为脉冲直流电，又经R1降压，C2滤波后即为电路的直流电源，为BM 、VT 、IC 等供电。

三、单元电路设计，器件选择

3.1单元电路设计

3.1.1：电源电路设计

电源电路的主要作用是为路灯控制器的负载提供电源，同时为其中的控制电路提供电源，其由220V的交流电源经过整流作用，再经R1，R2分压，C1滤波，使电压稳定在10V左右，为数字集成电路TC4011BP和其他负载电路提供稳定直流电压。

3.1.2：延时电路

延时电路的作用主要是完成保持晶阀持续导通一段时间，维持发光二极管持续发光一段时间，持续时间的长短由延时电容的放电时间来决定，延时电容的放电时间即为照明的持续时间。当充电电容通过电阻放电，从开始放电到放电结束的这一段时间，只要改变电阻值或电容值，即可改变充放电的时间。

3.1.3：传声器电路

控制电路的主要作用是完成对声控和光控电路的控制。即照明电路的亮与不亮都由控制电路来完成控制。声控部分主要是通过话筒等声音手机电路来把声音信号转化为电信号。三极管1在没有声音时处于饱和状态。当有声音时，声音信号通过电容的耦合，短时间内拉低V1基极的点位，使三极管V1瞬间截止，V1的集电极上产生一个瞬间的高电平送人控制电路，经过处理，从而达到声控的目的。

3.1.4：开关电路

开关电路由一个开关管和一个电阻组成，由开关管的开关作用来控制发光管的亮与灭。当TC4011BP的11脚输出高电平时经过R7降压后供给MCR控制级2V左右的开关信号，使开关管导通，灯泡发光。当为低电平时，开关管断开，灯泡熄灭。

3.1.5：照明电路

考虑到节能，采用满足照明需求的低功耗灯泡。

3.2器件选择

四、总结

时间总是过得很快，经过这一段时间的设计，我们已经能够自己制作一个简易的声光延时开关电路图，这其中的兴奋是无法用语言表达的。

为了粤嵌杯电子设计竞赛，我们在网上搜索了有关传感器的相关内容，经过不断比较与讨论，根据我们现有的能力最终敲定了设计声光控延时照明灯的电路原理图。

尽管现在只是初步学会了声光控延时照明灯电路设计，但这段自我学习的日子令我们受益匪浅，不仅因为它的发生在特别的时间，更重要的是我们又掌握了一门新的技术，付出的过程中我们已经收获了很多快乐!

回顾这段时间真是受益匪浅。以前对知识的了解仅限于理论知识，而且是有的能够理会，有的只是停留在似懂非懂的状态。对于器件就不知道什么用途，也就更加难以理会。但这一段时间过后，我们对传感器有了更深的理解，知道了自己的不足，同时也明白了所学知识的重要性，培养了自己对电路设计的兴趣。同时相信我们在后期的实物制作的过程中会取得更大的收获。