声光控制照明灯课程设计

楼道声光控制照明灯设计

学生姓名：刘力

指导教师：金琳

专业：电子信息工程

班级：D-09432

学号： 1 8

目录

第一章:前言 (2)

第二章：系统整体设计 (4)

2．1工作原理 (4)

2．2 设计方案论证 (4)

第三章:过程论述 (6)

3.1、电路原理图 (7)

3.2、电路原理 (8)

3.3、部分元器件及功能 (8)

1.电阻部分 (9)

2.电容部分 (9)

3.SN74LS112N资料如下 (10)

4.NE555内部框图 (11)

5.LM358内部结结 (12)

6.驻极体话筒及光敏电阻 (13)

第四章: 结果分析 (15)

第五章: 结论或总结 (16)

第六章: 设计体会及意见和建议 (17)

参考文献资料 (18)

第一章前言

声音是我们最为熟知的。人与人需要用声音去交流，机器运转发出声音，动物会发出声音等等。然而发此宝贵的资源却被我们忽视了很长时间，如今留给我们的就是怎样合理高效的利用这一资源。以前人们在设计电路时只求一个‘用’字，只要能用就万事大吉了，所以我们常见的电路都有很多开关如照明电路要让它工作我们必须机械地去控制它，这对于当今社会各种各样的智能化建筑如智能办公楼，智能化公寓等是非常不实用的；在这种情况下声音就派上了用场，声控作为智能化电路的一部分是一可缺少的；然而要实现声控也不是一件容易的事，因为声音是一模拟量且非电信号无法在数字电路中使用，所以我们在设计声控电路时就面临怎样把模拟量转化为数字量，把声音信号转化为电信号的问题。要解决这个问题我们可以设计一个类似于‘窃听器’的接收设备专门用来接听声音信号并将声音信号转化为电信号转送到下一级电路。但是作为声控电路对声音信号的要求既不能太强也不能太弱，太强声控难以实现；而太弱电路结构复杂也难以实现，所以最好是能接收到如人的讲话声，脚踏地板声。当这类信号转化为电信号时，电信号一般较弱，必须对其进行放大对此可选择功放电路，运放电路，差分电路等，根据电路对信号的要求一般选择运放电路较好，提高信号输出电压。经过这一步实现了声音信号到电信号的转换。有了电信号实现声控就容易了，我们可以让产生的电信号去触发触发器使电路导通。对于这样的电路设计对外加电源的要求必须稳定，不断电，故最好再为其设计一个稳压电路这样才能使电路稳定工作。而对元器件的要求也较高，特别是半导体器件必须保证灵敏度高，各电参数精确稳定，这样电路才能高效地工作。如今对于这样的电路设计我们以不必为其烦恼，因为有了声音传感器，可以直接将声音信号转换为电信号，大简化了电路结构，使声控电路的设计显得更加容易。下面就运用

声音传感器设计的声控照明电路加以分析：

声控照明电路的主要原理是利用了声学和电子学的原理即用声音传感器将声音信号转换成电信号从而推动触发器触发使电路导通工作。

作为一个智能化声控照明电路应具有以下功能：①能在声音的控制下实现电路的导通与截止。②声音的发出应是多方面的如脚步声，物体打击声等。

③响应时间应越短越好。为此在选择电路元器件时应选择灵敏度较高的声音传感器组成声控照明电路控制电路的前端，同时我们还要为该传感器设置传感条件如声音响度必须在20dB以上才能响应等。中间端采用触发器构成，利用触发器不触不发，一触即发的特点去推动照明电路工作，触发器的选择也应选择灵敏度高，响应时间短的触发器如D触发器，JK触发器等。

该声控灯的设计指导思想是：我门可以通过一个变压器和整流电路等第把日常所用的220伏的交流电整理成我们所需要的12伏电压。我们通过一个微型麦克风作为该电路系统的声敏器件，即把声音信号转换成电信号。当有声音的时候，它可以产生一段振荡电流，以使紧跟其后的三极管（以一个起着隔直通交作用的电容隔开）导通；若无声音，则麦克风不会给其后的三极管提供振荡电流，三极管仍然保持截止。为了使响应时间有效的缩短，我们可以引进反馈电路。在此三极管后，我们可以布置由相关参数的电阻和电容以组成积分电路，这样可以通过电容放电的过程实现电信号在一定时间内的有效保持，由此向后续电路部分提供高电平。此高电平用来使第二个三极管导通。当第二个三极管导通时，可以使接在其集电极上的继电器内通以电流，最终达到控制电灯的亮和熄灭。这就是我们的指导思想。

第二章系统整体设计

2.1 工作原理

可控硅的导通和阻断是受自然光的亮度（或人为亮度）的大小所控制的。适合作为街道、宿舍走廊或其它公共场所照明灯，起到白天熄灭晚上照的控制作用，以节约用电。

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。变为电子开关的开关动作。明确了电路的信号流向后，即可依据主要元器件将电路划分为若干个单元。

本实验就是依据NE555组成的施密特触发器电路74LS122组成的单稳态触发器的电路而设计的，原理由施密特触发器的原理和单稳态触发器的原理即可得到本实验的电路原理。其中光敏电阻的阻值随光照的变强而减小。

2.2设计方案论证

日常所用的220伏特的交流电不能直接为后续电路所用，所以我们通过一定规格的变压器把它降为12伏特的交流电。此时，我们再用一个整流电路把交流电转变成只有正性的电流，但此时电流仍不是我们所需要的直流电。我们再用稳压电路把电流处理成我们所需的直流电流。此后，我们通过微型麦克风把声音信号转变成电信号，为后面的三极管提供振荡电流以使三极管导通。若无声音时，三极管保持截止并呈现出一个大电阻，集电极中便无电流通过，由于集电极上电阻相对于集电极电阻来说很小，所以此时的集电极此时向后续电路提供一个高电平。这会使后面电路中的电容两侧均保持低电平，故，电容不会充电。而电容又向后面的电路提供低电平，最终使第二个三极管保持截止状态。当有声音信号发生时，麦克风就会把声音信号转换成

振荡电流，通过隔直通交的电容以使其后的三极管导通并向后续电路表现为一个小电阻，由于该电阻相对于集电极上的电阻来说很小，所以此时的集电极向后续电路提供一个低电平。并通过一个非门使后面的电容左侧为高电平，而电容因为右侧只通过一个二极管接地，所以为低电平：这就为电容的充电提供了条件。当电容很快地充电完成并且声音信号消失后，由于电容的电荷还存在，所以电容仍然会向后续电路提供一个高电平，并且会持续一定时间（具体时间由积分电路的参数确定）的放电过程。当电容两端电压低于某一水平后，高电平变成低电平。高电平可以使第二个三极管导通，低电平使其截止。当第二个三极管导通时，其中的电流可使继电器工作和打开控制电灯的开关，声控的过程便得以实现。

该声控灯的设计方案主要是运用的模电知识，也有部分数电的知识。其电路结构非常简明，原理清楚易懂，大多是我们在学习的过程中了解过的知识。并且，所运用的器件相对较少，在焊接和生产的过程中可有效地降低难度和成本。最重要的是我们可以很简单地通过调整其中个别电气元器件达到调整电灯点亮时间以符合我们实际生活和生产的要求。基于以上等原因，我们认为这个设计方案比较优秀。

第三章过程论述：

3.1 电路原理图

1．楼道声光控制照明灯电路图

3.2.电路原理：

整个电路由三部分组成：LM358 NE555 74LS112

第一部分：由驻极体话筒和LM358构成声控原理，由光敏电阻和LM358抽成光控原理。

第二部分：由声控单元和光控单元共同控制555定时器的触发输入端，实现了声光两信号的逻辑“与”，即声光双控功能。

第三部分：由NE555出来与74LS112相连，实现了延时5秒的效果利用一块时基电路及少数外围元件可能组成声光双控节电灯。装置省去了能耗大、笨重、极易产生热量的电源变压器，具有结构简单、自耗电轻微、性能稳定、灵敏度高、通用性强的特点。驻极体话筒对猝发声响有极为敏感的特性，用它作为该电路由声电转换元件，及电信号放大部分、NE555施密特触发器整形部分，单稳态延时部分和光控部分组成。

LM358的其中一个运放接为比较器，由光敏电阻所在支路和基准电压进行比较，给出高低电平接到NE555的复位端。当有光时，光敏电阻的阻值下降，比较器输出低电平，NE555复位，故此电路在有光时LED不亮，为光控电路。另一运放将声信号转成的电信号放大，通过施密特触发器整形为方波，此支路为声控电路。将整形后的波形给单稳态触发器74LS122，通过外围电路的参数选取确定触发时间。

3.3 部分元器件及功能

1.光敏电阻

图3-1 光敏电阻

工作原理是基于内光电效应。在半导体光敏材料两端装上电极引线，将其封装在带有透明窗的管壳里就构成光敏电阻如图所示。为了增加灵敏度，两电极常做成梳状。构成光敏电阻的材料有金属的硫化物、硒化物、碲化物等半导体。

半导体的导电能力取决于半导体导带内载流子数目的多少。当光敏电阻受

到光照时，价带中的电子吸收光子能量后跃迁到导带，成为自由电子，同时产生空穴，电子—空穴对的出现使电阻率变小。光照愈强，光生电子—空穴对就越多，阻值就愈低。当光敏电阻两端加上电压后，流过光敏电阻的电流随光照增大而增大。入射光消失。

2.驻极体话筒

图3-2 驻极体话筒

话筒的基本结构由一片单面涂有金属的驻极体薄膜与一个上面有若干小孔的金属电极（背称为背电极）构成。驻极体面与背电极相对，中间有一个极小的空气隙，形成一个以空气隙和驻极体作绝缘介质，以背电极和驻极体上的金属层作为两个电极构成一个平板电容器。电容的两极之间有输出电极。由于驻极体薄膜上分布有自由电荷。当声波引起驻极体薄膜振动而产生位移时；改变了电容两极版之间的距离，从而引起电容的容量发生变化，由于驻极体上的电荷数始终保持恒定，根据公式：Q =CU 所以当C变化时必然引起电容器两端电压U的变化，从而输出电信号，实现声—电的变换。

3.LM35内部引脚图

是常用的双运放,这里我们介绍一下他的一些资料以及简单电路应用。

LM358里面包括有两个高增益、独立的、内部频率补偿的双运放，适用于电压范围很宽的单电源，而且也适用于双电源工作方式，它的应用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运放的地方使用。

4.NE555内部框图，工作原理

（1）6脚TH：高电平触发端，当TH电平大于2/3VCC，输出端OUT呈低电平，DIS端通。

（2）2脚TR：低电平触发端，当TR电平小于1/3VCC，输出端OUT呈高电平，DIS端关断。

（3）5脚CV：控制电压端，CV若接不同的电压值可以改变TR低电平、TH的触发电平值。

（4）7脚DIS：为放电端，其内部三极管的导通或关断，能为外部RC回路提充放电通路。

（5）4脚R：为复位端，若R=0，OUT输出低电平。

（6）3脚OUT：为输出端。

（7）8脚VCC：电源。

（8）1脚GND：地。

NE555定时器由3个阻值为5kΩ的电阻组成的分压器、两个电压比较器C1和C2、基本RS触发器、放电三极管TD和缓冲反相器G4组成。虚线边沿标注的数字为管脚号。其中，1脚为接地端；2脚为低电平触发端，由此输入低电平触发脉冲；6脚为高电平触发端，由此输入高电平触发脉冲；4脚为复位端，输入负脉冲（或使其电压低于0.7V）可使NE555定时器直接复位；5脚为电压控制端，在此端外加电压可以改变比较器的参考电压，不用时，经0.01uF的电容接地，以防止引入干扰；7脚为放电端，NE555定时器输出低电平时，放电晶体管TD导通，外接电容元件通过TD放电；3脚为输出端，输出高电压约低于电源电压1V—3V，输出电流可达200mA，因此可直接驱动继电器、发光二极管、指示灯等；8脚为电源端，可在5V—18V范围内使用。

5.发光二极管

图3-3 发光二极管

发光二极管简称为LED。由镓（Ga）与砷（AS）、磷（P）的化合物制成的二极管，当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管，在电路及仪器中作为指示灯，或者组成文字或数字显示。磷砷化镓二极管发红光，磷化镓二极管发绿光，碳化硅二极管发黄光。它是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能；常简写为LED。发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成，也具有单向导电性。当给发光二极管加上正向电压后，从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子，在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同，释放出的能量越多，则发出的光的波长越短。常用的是发红光、绿光或黄光的二极管。

6.电容器

就是两片不相连的金属板.电容器在电子线路中的作用一般概括为：通交流、阻直流。

电容器通常起滤波、旁路、耦合、去耦、转相等电气作用，是电子线路必不可少的组成部分。

在集成电路、超大规模集成电路已经大行其道的今天，电容器作为一种分立式无源元件仍然大量使用于各种功能的电路中，其在电路中所起的重要作用可见

一斑。

作贮能元件也是电容器的一个重要应用领域，同电池等储能元件相比，电容器可以瞬时充放电，并且充放电电流基本上不受限制，可以为熔焊机、闪光灯等设备提供大功率的瞬时脉冲电流。

电容器还常常被用以改善电路的品质因子，如节能灯用电容器。

隔直流：作用是阻止直流通过而让交流通过。

旁路（去耦）：为交流电路中某些并联的元件提供低阻抗通路。

耦合：作为两个电路之间的连接，允许交流信号通过并传输到下一级电路滤波：将整流以后的锯齿波变为平滑的脉动波，接近于直流。

温度补偿：针对其它元件对温度的适应性不够带来的影响，而进行补偿，改善电路的稳定性。

计时：电容器与电阻器配合使用，确定电路的时间常数。

调谐：对与频率相关的电路进行系统调谐，比如手机、收音机、电

视机。

整流：在预定的时间开或者关半闭导体开关元件。

储能：储存电能，用于必须要的时候释放。例如相机闪光灯，加热设备等等。如今某些电容的储能水平已经接近锂电池的水准，一个电容储存的电能可以供一个手机使用一天。

判断电容器的好坏可用万用表的驱姆档,看其充放电的能力.如果刚开始电阻小然后慢慢变大的是好的.表示充电正常,如果电阻一直小或者大就是坏的

SN74LS122N内部原理图

图3-4 电路原理图

3、电路中各个元件的参数如下：

3.1 电阻部分：

R1=10K R2=150M R3=4.7K

R4=4.7K R5=1M R6=4.7M

R7=150K R8=1K R9=4.7K

R10=330K

3.2 电容部分：

C1=10μF C2=10μF C3=47μF

3.3 SN74LS112N 资料如下：

第四章结果分析

现在对研究过程中所获得的主要数据、现象进行定性分析：

当外界无噪音时，第一个三极管的集电极为高电平；与非门引脚4上为低电平；与非门引脚10上为高电平；与非门引脚3上为低电平；VT2的集电极上为高电平；无电流通过继电器，电灯不亮；

当外界有一定强度的噪音时，VT1的集电极上为低电平；与非门D1的引脚4上为高电平；与非门D2的引脚10上为低电平；与非门D3的引脚3上为高电平；三极管VT2的集电极上为低电平；有电流通过继电器；电灯变亮。

根据以上定性分析，我们得出结论：

当外界无噪音时，电灯保持熄灭状态；当外界有噪音时，电灯变亮并持续一定时间。

第五章结论或总结

设计工作刚开始时没有思路，但是当有思路时，发现课程设计并没有像想象中的那么困难，反而其中有很多乐趣；不过，其中有很多细节问题需要注意，否则，在调试的过程中就会遇到一些没有预料到的问题。整个课程设计最花时间的其实并不是构思大致思路，而是，对其中容易出错的地方进行错误排除和优化细节问题。

在焊接的过程中，我们应该细心地，认真地按照我们在实训时所学的方法去焊接，这一点是我们深刻体会到的。我们在后续的调试过程中发现，基本的科学知识其实并没有出错，而问题大多集中在设计的工艺上：或是那个点焊接得不牢固，或是两个本不应该短路的点被焊接在了一起，或是元器件参数给混淆了等等。这类的错误在焊接过程中容易出现，并且让人在当时不能立即发现问题。这也为以后的实践工作中打下了基础。

通过这次课程设计活动，使我也深刻地理解了一些元器件的电气特性。以前，只是从书中读到过，或听老师说过，虽然我记住了，但是在现在看来，我并没有深刻地理解这些看似很平常的知识。我也深刻地理解到，要想在这个行业内有所创新，首先必须把最基本的知识牢固地掌握住，这样才能在以后的设计过程中达到得心应手，手到拿来的熟练程度。

在整个过程中，我也学到了做事应该有详细的计划和执行力，这样才最省时间。

第六章设计心得体会及今后的改进意见设计，给人以创作的冲动。在画家眼里，设计是一幅清明上河图或是一幅向日葵；在建筑师眼中，设计是昔日鎏金般的圆明园或是今日一塑自由女神像；在电子工程师心中，设计是贝尔实验室的电话机或是华为的程控交换机。凡此种种，但凡涉及设计都是一件良好的事情，因为她能给人以美的幻想，因为她能给人以金般财富，因为她能给人以成就之感，更为现实的是她能给人以成长以及成长所需的营养，而这种营养更是一种福祉，一辈子消受不竭享用不尽。我就是以此心态对待此次《电子技术》课程设计的.

这个声控灯能够基本满足人们生活的需要，但是，它确实还有待改进的地方。这个声控灯的声敏传感器是一个薄弱环节，因为它并不是这次设计的主体部分。所以，我们可以在这部分电路上做出很大的改进。首先，它不能区分各种不同的声音。假设是自然界发出的声音，比如打雷等等，也会使该灯变亮，势必会浪费电力资源。其次，一旦成品出来以后，其时间常数便不再很容易修改了。所以，我们应该使它首先能够辨别人的声音，比如一段有意义的语音信息：”芝麻开门”等等，这样就不会浪费电力资源了。另外，我们还应该在成品上做出一个旋钮之类的东西，使人们能够根据不同场合的实际需求进行调节，以满足社会多样化的需求。总之,此次设计给人印象极为深刻,令人回味.

通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。

这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多专业知识问题，最后在老师的辛勤帮助下，终于迎刃而解。同时，在老师的身上我学也到很多实用的知识，在此我表示感谢！同时，对给过我帮助的所有同学和各位指导老师再次表示忠心的感谢！

参考文献

1.作者：阎石《数字电子技术基础》第五版. 高等教育出版社. 2004年

2.作者：康华光《电子技术基础(模拟部分)》第五版.高等教育出版社.2008年

3.作者：王鸿明《电工技术与电子技术》第五版. 清华大学出版社. 2001年

4. 作者：沈嗣昌《数字系统设计基础》第五版. 航空工业出版社1996年