聲光雙控延遲節(jié)能燈

1、電力電子技術(shù)課程設(shè)計題 目： 聲光雙控延時照明燈院 系 電氣與信息工程系 專 業(yè) 電氣工程及其自動化 班 級 14電氣本5 學(xué) 號 04991405010 學(xué)生姓名 林博陽 指導(dǎo)教師 劉蘭波 目錄目 錄摘要IAbstractII1引言31.1課程設(shè)計的目的31.2課程設(shè)計的內(nèi)容31.3課程設(shè)計方案的選擇32設(shè)計過程42.1系統(tǒng)總體方案42.2電源整流、濾波與穩(wěn)壓電路設(shè)計42.3三端集成穩(wěn)壓器W7812的選用52.4非門74LS04與二輸入與非門74LS00的選用62.5光控電路的設(shè)計72.6聲控電路中三極管的選用72.7聲控電路的設(shè)計82.8555定時器的選用92.9延遲照明電路的設(shè)計103系

2、統(tǒng)仿真及調(diào)試113.1仿真軟件的選擇及仿真圖的繪制113.1.1仿真軟件113.1.2系統(tǒng)仿真元器件選擇113.2總體電路仿真圖113.2.1部分模擬仿真調(diào)試123.3仿真結(jié)果144結(jié)束語144.1實驗總結(jié)144.2展望144.3設(shè)計心得14參考文獻(xiàn)15附 錄16摘要摘要在學(xué)校，公寓等單位的公共場所以及居民區(qū)的公共樓道，長明燈現(xiàn)象十分普遍，這造成了能源的極大浪費。另外，由于頻繁開關(guān)或者人為因素，墻壁開關(guān)的損壞率很高，增大了維修量、浪費了資金。本設(shè)計電路主要由四部分電路組成分別為：電源電路、光控電路、聲控電路、延時照明電路。電源電路中變壓器的常規(guī)鐵心變壓器，其作用是將市電進(jìn)行降壓處理變成整流橋所

3、需要的交流電壓；整流電路采用二極管橋式整流電路，將變壓器的輸出電壓進(jìn)行全波整流；C1、C2和C3完成濾波功能，用來濾除整流橋輸出電壓中的紋波；穩(wěn)壓電路采用三端穩(wěn)壓集成電路7812來實現(xiàn)。光控電路部分主要由U2非門、U4與非門、光敏三極管和電阻R6組成。光敏三級管和電阻R6串聯(lián)分壓：實現(xiàn)通過感受光強(qiáng)的強(qiáng)弱來改變?nèi)龢O管的導(dǎo)通與關(guān)斷，進(jìn)而完成輸出電平高低的變化，聲音信號控制照明燈的開關(guān)。光控控制電路對整體電路起總控制作用。聲控電路由低壓音頻集成功率放大器LM386構(gòu)成，當(dāng)光線較弱，有聲音時，照明燈就會亮起。同時用信號發(fā)生器代替聲音信號，音頻功率放大器將脈沖信號放大，輸出較大電壓的信號。延時電路的核心

4、部分是555定時器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路，來實現(xiàn)當(dāng)光線較弱且有聲音時，照明燈點亮，一段時間后，照明燈自動熄滅；但當(dāng)照明燈點亮?xí)r有新的聲音出現(xiàn)，照明燈會重新通電同樣的時間。 關(guān)鍵詞：自動控制；節(jié)能；聲控電路；光控電路；延時電路20ABSTRACTABSTRACTIn schools, apartments and other units of the public places and residential areas public corridor, lighting lamp is a common phenomenon, this has created a tremendous wast

5、e of energy. In addition, due to the frequent switch or human factors, wall switch and the failure rate is very high, increased maintenance, waste of money. Circuit consists of four main parts of the design circuit as follows: power circuit, control circuit, voice-activated, delay lighting circuit.

6、Conventional cores in transformer transformer in power supply circuit, its function is to buck into the mains rectifier AC voltage required; rectifier circuit with diode bridge rectifier circuit, the full-wave rectification output voltage of the transformer; C1, C2 and C3 complete filter used to fil

7、ter in rectifier output voltage ripple; three-terminal regulator IC regulator used 7812lai implementation. Light control circuit consists of U2 gate, U4 gate, photo-transistor and resistor R6. Triode and photosensitive resistor R6 series pressure: achieved by light intensity to change in transistor

8、breakover and shut off, then complete the output level the level of change, the voice signal control light switch. Light control circuit on the total control the whole circuit. Voice control circuit consists of low-voltage power amplifier LM386 audio integration, when the light is low, when there is

9、 a sound, lights will light up. Simultaneously with the signal generator instead of a sound signal, audio power amplifiers for pulse signal amplification, larger output voltage signal. Delay circuit is the core part of MONOSTABLE trigger consisting of 555 timer circuit to achieve when the light is l

10、ow and there is a sound, lighting, lights, after a period of time, light automatically goes out; but when the lamp lights up a new sound, lighting Lantern re-apply the same amount of time.KEYWORDS: Power circuit Voice circuit Light control circuit Delay control circuit黑龍江工業(yè)學(xué)院電力電子技術(shù)課程設(shè)計聲光雙控延遲節(jié)能燈1 引言電

11、路采用聲光兩級控制照明電路。照明燈開關(guān)對光線強(qiáng)弱的感應(yīng)控制照明燈的第一級開關(guān)，對聲強(qiáng)的感應(yīng)控制第二級開關(guān)。光信號的感應(yīng)通過光敏三極管來實現(xiàn)，使得光控電路在光強(qiáng)時輸出低電位，光弱時輸出高電位。對于聲強(qiáng)信號的處理市利用音頻集成功率放大器，把聲信號變?yōu)殡娦盘?，通過對聲強(qiáng)信號的處理可得一個電平信號，為控制電路準(zhǔn)備。延時控制功能通過555定時器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路來實現(xiàn)。將光控電路的輸出作為555定時器的復(fù)位端輸入。將聲控輸出端作為延時電路的輸入，從而可以實現(xiàn)在光線強(qiáng)的情況下，即使有足夠強(qiáng)的聲信號，照明燈電路也不工作。而在光線弱的情況下，可以通過聲信號來控制照明。1.1 課程設(shè)計的目的加強(qiáng)我們對模擬電子

12、技術(shù)合數(shù)字電子技術(shù)的理解合鞏固，我的設(shè)計的課題是聲光雙控制延時照明燈的設(shè)計，我設(shè)計了一種電路新穎、安全節(jié)電、結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、使用壽命長的聲光雙控照明燈。白天光照好，不管發(fā)出多大聲音，聲光控路燈控制器都不會使LED燈發(fā)光。夜晚光暗，電路只要檢測到有聲響，就會自動亮，過幾秒后又自動熄滅，節(jié)能節(jié)電。1.2 課程設(shè)計的內(nèi)容工作組成：電源電路+光控電路+聲控延時電路工作目標(biāo)：將電網(wǎng)電流濾波后接入電路供電，通過聲光和延時電路后完成聲控?zé)舻脑O(shè)計。1.3 課程設(shè)計方案的選擇（延時電路的選擇）1.方案一：RC電路延時：由一個電阻和一個電容并聯(lián)組成的RC延時電路。但輸入電壓為高時，電容充電，但輸入電壓為低時電

13、容放電。達(dá)到延時目的。2.方案二：555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器：電路個穩(wěn)定狀態(tài)和一個暫穩(wěn)狀態(tài)。在觸發(fā)信號作用下，電路將由穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)，暫穩(wěn)態(tài)是一個不能長久保持的狀態(tài)，由于電路中RC延時環(huán)節(jié)的作用，經(jīng)過一段時間后，電路會自動返回到穩(wěn)態(tài)。3.方案選擇：由RC并聯(lián)的電路延時不穩(wěn)定，延時時間不精確。而且各次延時時間不盡相同，輸出電壓幅度較大。555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器延時時間比較精確，各次延時時間基本一致，輸出電壓穩(wěn)定。因此選擇555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。2 設(shè)計過程2.1 系統(tǒng)總體方案采用分塊的設(shè)計方法，為滿足設(shè)計的目的，有如下系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2.1 圖2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2.2 電源整流、濾波與穩(wěn)壓電路設(shè)計電源電路主要為控制電

14、路提供工作電壓，直接從電網(wǎng)得到的220V交流電壓，通過變壓器電路、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路將該交流電轉(zhuǎn)化為+12V的直流電壓。電路中變壓器的常規(guī)鐵心變壓器，其作用是將市電進(jìn)行降壓處理變成整流橋所需要的交流電壓；整流電路采用二極管橋式整流電路，將變壓器的輸出電壓進(jìn)行全波整流；C1、C2和C3完成濾波功能，用來濾除整流橋輸出電壓中的紋波；穩(wěn)壓電路采用三端穩(wěn)壓集成電路7812來實現(xiàn)。圖2.2.1 電源電路仿真圖2.3 三端集成穩(wěn)壓器W7812的選用型號為W7812系列的三端穩(wěn)壓器為固定式穩(wěn)壓電路，其輸出電壓有5V，6V,9V,12V,15V,18VHE 24V七個擋次，型號后面的兩個數(shù)字表示輸出

15、的電壓值。本次設(shè)計中，采用型號為W7812的三端集成穩(wěn)壓器為輸出電壓12V。三端集成穩(wěn)壓器W7812的電路原理圖、管腳圖和功能表如下圖所示。 圖2.3.1三端集成穩(wěn)壓器W7812外形及管腳圖 圖2.3.2三端集成穩(wěn)壓器W7812電路原理圖正常輸出直流電壓（V）輸出電壓變化范圍（V）輸入電壓允許范圍（V）輸出電流（A）電壓調(diào)整率最小最大12.011.512.515.017.00.10.510mV/V 表2.3.3三端集成穩(wěn)壓器W7812功能表2.4 非門74LS04與二輸入與非門74LS00的選用74LS系列門電路是最大使用的數(shù)字集成電路芯片：74LS04是非門，又稱為反相器，是實現(xiàn)邏輯非運算的

16、邏輯電路。74LS00是與非門，其可實現(xiàn)與門和非門的復(fù)合運算。非門和與非門的邏輯符號、管腳圖和功能表如下圖所示。 輸 入 輸 出 A Y 0 1 1 0圖2.4.1 74LS04管腳圖 表2.4.2非門功能表 輸 入 輸 出 A B Y 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0圖2.4.3 74LS00管腳圖 表2.4.4與非門功能表圖2.4.5 74LS00與非門的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖2.5 光控電路的設(shè)計光控電路部分主要由U2非門、U4與非門、光敏三極管和電阻R6組成。光敏三級管和電阻R6串聯(lián)分壓：當(dāng)有強(qiáng)光照射時，光敏三極管處于導(dǎo)通狀態(tài)，節(jié)點31輸出電壓較低，為低電平；當(dāng)無光照或者光線較弱時，

17、光敏三極管處于截止?fàn)顟B(tài)，節(jié)點31輸出電壓較高，為高電平。放大信號從U2輸入，光控信號從U4輸出：當(dāng)節(jié)點31輸出低電平時，U4門關(guān)閉，放大信號無法輸入，照明燈不受聲音信號控制；當(dāng)節(jié)點31輸出高點平時，U4門打開放大信號可以輸入，聲音信號控制照明燈的開關(guān)。光控控制電路對整體電路起總控制作用。放大信號輸入光控信號輸出圖2.5.1 光控電路仿真圖2.6 聲控電路中三極管的選用2N3906 電流增益帶寬積250MHZ 放大倍數(shù) 100-400圖2.6.1 2N3906引腳表2.6.2 2N3906參數(shù) 2N2222 電流增益帶寬積(ft) 最小250MHZ 放大倍數(shù) 100-300圖2.6.3 2N22

18、22引腳表2.6.4 2N3906參數(shù)2.7 聲控電路的設(shè)計聲控電路由低壓音頻集成功率放大器LM386構(gòu)成，當(dāng)光線較弱，有聲音時，照明燈就會亮起。同時用信號發(fā)生器代替聲音信號，音頻功率放大器將脈沖信號放大，輸出較大電壓的信號。該音頻集成放大器是一個三級放大電路：第一級為差分放大電路，Q1、和Q3、Q2和Q4分別構(gòu)成復(fù)合管，作為差分放大電路的方大管；Q5和Q6組成鏡像電流源，作為Q1和Q2的有源負(fù)載；信號從Q3和Q4管的基極輸入，從Q2的集電極輸出，為雙端輸入單端輸出差分電路。使用鏡像電流源作為差分放大電路的有源負(fù)載，可使單端輸出電路增益近似等于雙端輸出電路的增益。第二級為共射放大電路，Q7為放

19、大管，恒流源作為有源負(fù)載，以增大放大倍數(shù)。第三級中Q8和Q9管復(fù)合成PNP型管，與NPN型管Q10構(gòu)成準(zhǔn)互補輸出級。二級管D2和D3為輸出級提供合適的偏置電壓，可以消除交越失真。圖2.7.1聲控電路仿真圖信號發(fā)生器輸入信號、示波器顯示輸入信號與輸出信號波形圖為：圖2.7.2輸入與輸出信號波形圖2.8 555定時器的選用555定時器是一種多功能集成電路，只要在外部接上幾個電阻和電容，即可構(gòu)成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器。本次設(shè)計中，采用定時器555組成的延時電路為單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路。定時器555的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖、邏輯符號圖和邏輯功能表如下圖所示。圖2.8.1定時器555的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖圖2.8

20、.2定時器555的邏輯符號圖閥值輸入THR觸發(fā)輸入TRIG復(fù)位端輸出端Q放電管DIS任意值任意值00導(dǎo)通<(2/3)Vcc<(1/3)Vcc11截止>(2/3)Vcc>(1/3)Vcc10導(dǎo)通<(2/3)Vcc>(1/3)Vcc1不變不變表2.8.3定時器555的邏輯功能表由其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖可知，它由比較器1、比較器2、非門G1與G2組成的SR鎖存器和放電三極管Q1組成。由其功能表和管腳圖可知，集成電路共有8個引腳，引腳1 接地，引腳8為電源端，引腳5為控制電平端，引腳6為閥什輸入端，引腳7為放電端，引腳2為觸發(fā)電平端，引腳3為輸出端，引腳4為清零端。從功能表

21、中可以看出：555集成 電路 通過改變THR和TRIG端的電壓值，來影響輸出端和放電端的狀態(tài)，同時它還具有儲存信號功能。需要注意的是控制電平端CV01T，當(dāng)它接入任意電壓時，THR和TRIG端的變化分界點就不再是（1/3)VCC和(2/3)VCC，而是（1/2）VCC01t和VCC01t。555集成電路構(gòu)成的可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)電路處于穩(wěn)態(tài)時，Vthr<（2/3）VCC, Vthr>（1/3）VCC，Q=0，放電管導(dǎo)通。當(dāng)Vtring=VCC=0.3V時，電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)，此時Q=1,放電管截止。同時直流電源通電阻R對電容C進(jìn)行充電，使得Vthr的什漸漸上升，當(dāng)Vthr和什大于（2/3

22、）VCC時，電路重新進(jìn)入穩(wěn)態(tài)，Q=0，放電管導(dǎo)通。電路暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時間， C的充電時間取決于電阻R數(shù)值，其脈沖寬度計算公式為tw=R*C。2.9 延遲照明電路的設(shè)計延時電路的核心部分是555定時器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路，來實現(xiàn)當(dāng)光線較弱且有聲音時，照明燈點亮，一段時間后，照明燈自動熄滅；但當(dāng)照明燈點亮?xí)r有新的聲音出現(xiàn)，照明燈會重新通電同樣的時間。由555定時器構(gòu)成的此單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路，為保證該電路上電后，引腳3輸出低電平，增加了R21和C13組成的上電復(fù)位電路。復(fù)位電路可保證上電后，復(fù)位引腳4為低電平，引腳3輸出為低電平，LED燈沒有電流通過，不會被點亮。當(dāng)節(jié)點8輸入脈沖下降沿（即555定時器的引

23、腳2有脈沖下降沿）時，觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)，引腳3輸出高電平，使LED燈有電流通過，而被電亮。當(dāng)定時器555內(nèi)部放電管截止，電源通過電位器R20、電阻R23向電容C11充電，當(dāng)引腳6的電壓超過2/3Vcc時，引腳3輸出為低電平，LED燈中不再有電流通過，此時燈熄滅，555定時器返回上電后的初始狀態(tài)，等待再一次脈沖下降沿的到來。圖2.9.1延時照明仿真圖3 系統(tǒng)仿真及調(diào)試3.1 仿真軟件的選擇及仿真圖的繪制3.1.1 仿真軟件系統(tǒng)仿真采用Interactive Image Technologies公司推出的Windows環(huán)境下的電路仿真軟件multisim10.此軟件最適合于模電數(shù)電仿真，不

24、僅可以完成電路瞬態(tài)分析和穩(wěn)態(tài)分析、時域和頻域分析、噪聲分析和直流分析等基本功能，而且還提供了離散傅里葉分析、電路零極點分析、交直流靈敏度分析和電路容差分析等電路分析方法，并具有故障模擬和數(shù)據(jù)儲存等功能。3.1.2 系統(tǒng)仿真元器件選擇MIC 用用函數(shù)信號發(fā)生器來代替，當(dāng)沒有人說話的時候，將其頻率調(diào)到最大，反之增大頻率，RG用一般滑動電位器代替。3.2 總體電路仿真圖圖3.2 總體電路圖仿真圖3.2.1 部分模擬仿真調(diào)試1.無聲有光情況將連接好的電路原理圖對照設(shè)計的電路圖認(rèn)真核對一遍,若無錯誤（阻值的大小，導(dǎo)線連接短路等）現(xiàn)象，將光敏電阻阻值調(diào)小和mic及函數(shù)信號頻率調(diào)到最低，打開又上腳

25、的run開關(guān)，發(fā)現(xiàn)燈泡并不亮，如圖3.2.1所示：圖3.2.12.無光（光線暗）無聲即Y=A&B(Y=1&0=0),此時燈泡應(yīng)該不亮，（Y為滿足條件，A代表光線，B代表聲音，“1”表示滿足條件“0”則反之）當(dāng)光線暗與上有聲時才為真（1），調(diào)節(jié)滑動電位器R7，將其阻值逐漸增大，MIC(即函數(shù)信號發(fā)生器)頻率信號最低，此時發(fā)現(xiàn)燈泡不亮。如圖3.2.2所示：圖3.2.23.有光（光線強(qiáng)）有聲即Y=A&B(Y=0&1=0),此時燈泡應(yīng)該不亮，將滑動電位器調(diào)到最小，函數(shù)信號的頻率逐漸增大（50HZ以上），此時只有聲音信號放大了，而光控則最低。如圖3.2.3所示： 圖3.2

26、.34.無光有聲即Y=A&B(Y=1&1=1),此時燈泡應(yīng)該亮，調(diào)節(jié)滑動電位器，將其阻值增大（至少為50%），再將函數(shù)信號的頻率增大（50HZ以上）。如圖3.2.4所示： 圖3.2.43.3 仿真結(jié)果只有在光線弱且有聲音時，LED燈才亮。4 結(jié)束語44.1 實驗總結(jié)電源電路中從電網(wǎng)中輸出的220V交流電源，經(jīng)過降壓、整流、濾波和穩(wěn)壓輸出+12V電壓，提供電路中的直流電源。聲控電路中用信號發(fā)生器代替聲音信號，當(dāng)有聲響時，信號經(jīng)過音頻放大器得到穩(wěn)定放大的電壓信號，連接到一個單刀雙擲開關(guān)，連接到非門的輸入端，和光控信號共同作用。光控電路中用光敏三極管控制電路，當(dāng)光線較強(qiáng)時，光敏三極管處于導(dǎo)通狀態(tài)，與非門輸入高電平，放大的聲音信號不起作用；當(dāng)光線較弱或無光照時，光敏三極管處于截止?fàn)顟B(tài)，與非門輸入低電平，放大的聲音信號作用，與非門輸出從高電平變?yōu)榈碗娖?，?gòu)成一個脈沖下降沿。光控電路的輸出端連接延時電路。延時電路當(dāng)有脈沖下降沿時，觸發(fā)該部分電路，電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)，使LED燈被點亮。經(jīng)過t時間后，555定時器恢復(fù)到初始狀態(tài)，LED燈滅，等待下一次信號的來臨。4.2 展望隨著電子技術(shù)的發(fā)展，尤其是數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，用數(shù)字電路技術(shù)實現(xiàn)燈的自動發(fā)亮、節(jié)能節(jié)電、延長燈的壽命變得越來越重要，而且貼近我們的實