聲光控開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)與制作

聲光控開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)與制作【背景】：越來(lái)越智能化的社會(huì)，許多服務(wù)于人類的電器、電子產(chǎn)品等等不再人為的去操控，而是自動(dòng)的滿足人類的需要。其中聲光控開(kāi)關(guān)就是這樣的產(chǎn)品。當(dāng)聲光控開(kāi)關(guān)出現(xiàn)以后，人們就避免了因通過(guò)樓道或者一些街道時(shí)去尋找燈控開(kāi)關(guān)的煩惱。甚至在漆黑的夜晚中尋找燈控開(kāi)關(guān)出現(xiàn)碰傷。聲光控開(kāi)關(guān)的出現(xiàn)就避免了這些問(wèn)題。只要是環(huán)境的亮度達(dá)到某個(gè)值，人們的腳步聲就能打開(kāi)聲光控開(kāi)關(guān)。聲光控開(kāi)關(guān)必須具備兩個(gè)條件聲光的作用才能開(kāi)啟。一是環(huán)境的亮度達(dá)到某個(gè)值，二是具有聲響效果。聲光控開(kāi)關(guān)又具有節(jié)能、使用方便的優(yōu)點(diǎn)，深受廣大用戶的喜愛(ài)。一、原理1.1傳感器的概念傳感器（英文名稱：transducer/sensor是一種將生活中常見(jiàn)的的力、熱、光、電、濕度、溫度等非電量轉(zhuǎn)換成一種可測(cè)量的電量的中間媒介口。它是一種檢測(cè)裝置，能夠檢測(cè)到被測(cè)量物的一些信息，并將該信息按一定的規(guī)律轉(zhuǎn)化成電信號(hào)或者其他所需的某種信號(hào)輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)和顯示等。傳感器是進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。傳感器一般由敏感元件、基本轉(zhuǎn)換電路、轉(zhuǎn)換元件三部分組成，組成圖1人們要想從外界獲取信息，必須借助于人體感覺(jué)器官。但是僅靠人們自身的感覺(jué)器官，在研究一些自然現(xiàn)象和規(guī)律以及生產(chǎn)生活活動(dòng)中人體感覺(jué)器官的功能已經(jīng)滿足不了人們的需求了。為改變這種情況，就需要傳感器裝置。新信息時(shí)代的到來(lái)，世界開(kāi)始進(jìn)入大容量信息時(shí)代。在利用信息的過(guò)程中，最主要的就是要解決如何獲取準(zhǔn)確可靠的信息，而傳感器就是獲取自然界中信息的主要途徑與手段。1.2傳感器的作用?現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)尤其是在自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中，就要用到各種傳感器來(lái)檢測(cè)和控制生產(chǎn)過(guò)程中的各個(gè)參數(shù)，使設(shè)備在正常狀態(tài)或者最佳狀態(tài)工作，并能生產(chǎn)出最好質(zhì)量的產(chǎn)品。可以說(shuō)，如果沒(méi)有傳感器，現(xiàn)代的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)也就失去了支柱。?在一些基礎(chǔ)學(xué)科領(lǐng)域中，傳感器更具有重要的地位。隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，已經(jīng)進(jìn)入了許多新領(lǐng)域：比如在宏觀上要觀察上千光年的茫茫宇宙，微觀上要觀察小到mm的粒子世界，縱向上要觀察長(zhǎng)達(dá)數(shù)十萬(wàn)年的天體演化，短到s的瞬間反應(yīng)。另外，隨著對(duì)深化物質(zhì)的認(rèn)識(shí)、開(kāi)拓新的能源、新的材料等各種極端技術(shù)的研究，像超高溫、超低溫、超高壓、超高真空、超強(qiáng)磁場(chǎng)、超弱磁場(chǎng)等等。顯然，要獲取像這樣大量人類感官無(wú)法直接獲取的信息，沒(méi)有一定的傳感器是不可能實(shí)現(xiàn)的。1.3傳感器的分類

根據(jù)輸入物理量可分為：壓力傳感器、位移傳感器、速度傳感器、溫度傳感器等。根據(jù)其工作原理可分為：電容式、電阻式、電感式、及電勢(shì)式。根據(jù)輸出信號(hào)的性質(zhì)可分為：數(shù)字式傳感器和模擬式傳感器。即數(shù)字式傳感器輸出數(shù)字信號(hào)，模擬式傳感器輸出模擬信號(hào)。根據(jù)能量轉(zhuǎn)換原理可分為：無(wú)源傳感器和有源傳感器。1.4傳感器的特性傳感器的特性一般是指?jìng)鞲衅鞯妮斎肓亢洼敵隽恐g的一種對(duì)應(yīng)關(guān)系，通常分為兩種：動(dòng)態(tài)特性和靜態(tài)特性。傳感器的動(dòng)態(tài)特性指?jìng)鞲衅鳒y(cè)量動(dòng)態(tài)信號(hào)時(shí)，輸出對(duì)輸入的響應(yīng)特性。動(dòng)態(tài)特性好的傳感器，其輸出變化曲線可以完全再現(xiàn)輸入變化曲線，即二者有相同的時(shí)間函數(shù)。通常根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)輸入特性來(lái)研究傳感器的動(dòng)態(tài)特性常見(jiàn)的基本動(dòng)態(tài)系統(tǒng)：零階傳感器一階傳感器ay常見(jiàn)的基本動(dòng)態(tài)系統(tǒng)：零階傳感器一階傳感器ay=bxa蟲(chóng)+ay=bx1dtoo二階傳感器d2y dy,二階傳感器a +a——+ay=bx2dt2 1dt0 0靜態(tài)特性表示傳感器在被測(cè)量各個(gè)值處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的輸入輸出關(guān)系。也即當(dāng)輸入量為常量，或變化極慢時(shí)的輸入輸出關(guān)系。1.5傳感器的輸入輸出圖取決于傳感器本身，可通過(guò)傳感器本身的改善來(lái)加以抑制，有時(shí)也可以對(duì)外界條件加以限制。2、光敏傳感器傳感器輸入輸出作用圖2.1光敏傳感器的工作原理利用光敏元件將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的傳感器，它的敏感波長(zhǎng)在可見(jiàn)光波長(zhǎng)附近，包括紅外線波長(zhǎng)和紫外線波長(zhǎng)。光傳感器不只局限于對(duì)光的探測(cè)，它還可以作為探測(cè)元件組成其他傳感器，對(duì)許多非電量進(jìn)行檢測(cè)，只要將這些非電量轉(zhuǎn)換為光信號(hào)的變化即可。下圖為光敏電阻結(jié)構(gòu)，是在玻璃底板上均勻地涂上薄薄的一層半導(dǎo)體物質(zhì)，半導(dǎo)體的兩端裝上金屬電極，使電極與半導(dǎo)體層可靠地點(diǎn)接觸，然后，將它們壓入塑料封裝體內(nèi)。為了防止周圍介質(zhì)的污染，在半導(dǎo)體光敏層上覆蓋一層漆膜，漆膜成分的選擇應(yīng)該使它在光敏層最敏感的波長(zhǎng)范圍內(nèi)射率最大。光敏電阻一般為半導(dǎo)體材料。

2、電路分析圖示為光敏電阻接線電路。把光敏電阻連接到外接電路中。在外加電壓的作用下，用光照射可改變電路中電流的大小。光敏電阻在受到光的照射時(shí)，其導(dǎo)電性能增強(qiáng)，電阻值下降，流過(guò)光敏負(fù)載電阻RL的電流及其兩端電壓也隨之變化。圖5圖53、聲音信號(hào)與延整電M非IC門時(shí)流子控光制電電開(kāi)敏電路關(guān)阻圖1、聲光控開(kāi)關(guān)節(jié)能燈控制電路方框圖2、整機(jī)電路組成和各部分作用聲光控開(kāi)關(guān)節(jié)能燈電路由電源電路、聲控電路、光控電路、延時(shí)電子開(kāi)關(guān)電路四大部分組成。3、電源電路電源電路它是給電路提供能源的設(shè)備，其作用是給電路提供電源，使電路能正常的工作。常用的電路有：半波整流、全波整流、橋式整流、而常用的電源電路使用的是橋式整流電路為主要電源電路部分。4、光敏傳感器聲光控開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)5、聲控電路聲控電路它是用聲音控制電路的設(shè)備，其作用是把送入的聲波轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，從而用這種信號(hào)去控制所需要的電器設(shè)備。常用的電路有：小信號(hào)放大電路、聲波控制電路等。而常用的聲控電路使用的是聲波控制電路為主要的聲控電路部分。6、光控電路光控電路它是用外來(lái)的光源來(lái)控制電路的設(shè)備。其作用是把外來(lái)送入的光源轉(zhuǎn)換電信號(hào)，從而用這種信號(hào)去控制所需要的電器設(shè)備。在樓道、建筑走廊、洗漱室、廁所、廠房、庭院等場(chǎng)所，往往需要一些照明系統(tǒng)。一般的照明不能做到人走燈滅造成資源浪費(fèi)，一般的聲光控雖然解決了這個(gè)問(wèn)題，但是在特殊情況下有不能滿足?？梢酝ㄟ^(guò)聲控、光控和延時(shí)技術(shù)為一體組成的自動(dòng)照明開(kāi)關(guān)，是合現(xiàn)代極理想的新穎綠色照明開(kāi)關(guān)。3.1聲控電路聲控電路是用聲音控制電路的設(shè)備，其作用是把聲音轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。從而用這種信號(hào)去控制所需要的電子設(shè)備。常用的電路有信號(hào)放大、聲波控等電路。4.1光控電路光控電路是用光源控制電路的設(shè)備，其作用是把光源轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，從而用這種電信號(hào)去控制電子設(shè)備。常用的電路有：光敏器件電路、發(fā)光器件電路和光電顯示器件電路等。5.1延時(shí)電子開(kāi)關(guān)電路延時(shí)電子開(kāi)關(guān)電路是用電路中送入的信號(hào)進(jìn)行控制電路的設(shè)備，其作用是用送入的信號(hào)去控制電路，使其電路達(dá)到延時(shí)的效果。常用的延時(shí)電路有按鍵延時(shí)電路、開(kāi)關(guān)控制延時(shí)電路、感應(yīng)延時(shí)電路、光控延時(shí)電路、聲光雙控延時(shí)電路等。本文中所用到的延時(shí)電路是主要是聲光雙控延時(shí)電路。聲光雙控延時(shí)電路是光控開(kāi)關(guān)、聲控開(kāi)關(guān)的組合。它的原理主要是利用采集到的聲音信號(hào)和光敏電阻感應(yīng)光線的明暗來(lái)改變信號(hào)的高低電平，以達(dá)到控制電路輸出高低電平的目的，在利用穩(wěn)壓管高電平導(dǎo)通的原理控制電路的開(kāi)關(guān)。電路圖如下：23.28fV:、聲光控單元電路的設(shè)計(jì)2.1聲光控開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)流程圖圖62.2電源電路的設(shè)計(jì)本文中為聲光控開(kāi)關(guān)提供的電源為日常生活中的220V的交流電源，使得電源電路的設(shè)計(jì)使用方便。電源電路的好壞不可忽視。電路是否能夠穩(wěn)定可靠地工作，功能是否能夠穩(wěn)定的實(shí)現(xiàn)，不僅僅與電路元器件有關(guān)，同時(shí)還與電源電路的設(shè)計(jì)有關(guān)系。電源要求必須穩(wěn)定，不能斷電，所以說(shuō)最好設(shè)計(jì)一個(gè)穩(wěn)壓電路以確保整個(gè)電路穩(wěn)定工作。2.3整流電路的設(shè)計(jì)橋式整流電路是使用最多的一種整流電路。這種電路,只要增加兩只二極管口連接成"橋"式結(jié)構(gòu),便具有全波整流電路的優(yōu)點(diǎn)，而同時(shí)在一定程度上克服了它的缺點(diǎn)。橋式整流電路的工作原理如下：e2為正半周時(shí)，對(duì)D1、D3和方向電壓,Dl,D3導(dǎo)通;對(duì)D2、D4加反向電壓,D2、D4截止。電路中構(gòu)成e2、Dl、Rfz、D3通電回路，在Rfz,上形成上正下負(fù)的半波整洗電壓,e2為負(fù)半周時(shí)，對(duì)D2、D4加正向電壓,D2、D4導(dǎo)通;對(duì)D1、D3加反向電壓,D1、D3截止。電路中構(gòu)成e2、D2Rfz、D4通電回路,同樣在Rfz上形成上正下負(fù)的另外半波的整流電壓。2.4聲控電路設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)聲控電路時(shí)，首要問(wèn)題就是怎樣把聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。在聲控電路的設(shè)計(jì)中聲音信號(hào)的靈敏度不能太高，也不能太低，太高或者太低聲控電路都很難較好的控制。聲音信號(hào)的靈敏度最好是能很好的接收到如人的講話聲、口哨聲、拍手聲和腳踏地板等等。把這類聲音轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的聲音傳感器很多，其中可用小型收錄機(jī)上常用的駐極體話筒接收聲音并轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，就實(shí)現(xiàn)了聲音信號(hào)到電信號(hào)的轉(zhuǎn)換。一般來(lái)說(shuō)，駐極體轉(zhuǎn)化成的電信號(hào)比較弱，同時(shí)要對(duì)轉(zhuǎn)化的電信號(hào)適當(dāng)?shù)姆糯螅拍芷鸬娇刂乒δ?。其中，可選擇的電路有運(yùn)放電路、功放電路和差動(dòng)電路等，一般來(lái)說(shuō)，運(yùn)放電路較好。因?yàn)檫\(yùn)放電路可以較好地提高信號(hào)的輸出電壓，控制零點(diǎn)漂移，減小失真等，但是，同時(shí)也會(huì)增加電路的體積和成本。轉(zhuǎn)換成電信號(hào)后，對(duì)聲控功能的實(shí)現(xiàn)也相對(duì)容易，可以采用三極管放大電路來(lái)放大駐極體話筒產(chǎn)生的電信號(hào)，觸發(fā)器使得電路導(dǎo)通或者截止，這樣不僅簡(jiǎn)化了電路結(jié)構(gòu)，還使聲控電路的設(shè)計(jì)更加容易，對(duì)聲音的控制也更容易實(shí)現(xiàn)。但是，這樣的電路設(shè)計(jì)對(duì)元器件的要求相對(duì)較高，特別是半導(dǎo)體器件必須保證靈敏度高，各電子元件的參數(shù)精確穩(wěn)定，這樣電路才能高效工作，發(fā)揮出電路的應(yīng)有功能。2.5光控電路設(shè)計(jì)光控電路電子元器件和光傳感器組成。電子元器件和光傳感器組成的電路設(shè)計(jì)選擇方案很多。設(shè)計(jì)時(shí)必須要考慮的有很多，比如可靠性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性以及元器件的靈敏度。光控電路對(duì)電路元器件的要求很高，光傳感器是光控電路的功能實(shí)現(xiàn)核心，因此必須選擇可靠性穩(wěn)定靈敏度極高的元器件，才能保證電路各項(xiàng)功能參數(shù)的精確、可靠和穩(wěn)定，才能正常發(fā)揮電路的功能作用。因此，在設(shè)計(jì)光控電路時(shí)，不僅要盡量使電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化、使用和經(jīng)濟(jì)，還要使電路功能能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定可靠。在設(shè)計(jì)時(shí)，可以利用光敏電阻的阻值隨著光照度的變化而變化的特點(diǎn)，將光敏電阻與晶體三極管、電阻等元器件共同構(gòu)成光電壓采樣控制電路。光敏電阻可以將變化著的環(huán)境光照度轉(zhuǎn)化為電阻值的變化，再通過(guò)電壓采樣電路將電阻值的變化轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)的變化。由于電壓信號(hào)的變化直接聯(lián)系著晶體三極管的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，由晶體三極管控制聲音信號(hào)的導(dǎo)通或者截止，從而達(dá)到自動(dòng)光控制聲控信號(hào)的目的。廣德強(qiáng)弱可由光敏電阻傳感器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的強(qiáng)弱傳給控制器，使其導(dǎo)通或者截止。光控電路的主要功能就是當(dāng)外界光照度降低到一定范圍時(shí)，光控電路導(dǎo)通聲控電路傳來(lái)的聲控信號(hào)。2.6延時(shí)電子開(kāi)關(guān)電路設(shè)計(jì)延時(shí)開(kāi)關(guān)電路實(shí)際上就是定時(shí)電路。當(dāng)有電信號(hào)觸及到定時(shí)器電路的時(shí)候，定時(shí)器就會(huì)開(kāi)啟定時(shí)工作，一段時(shí)間之后定時(shí)電路又恢復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)，這樣就達(dá)到了延時(shí)一段時(shí)間的目的。延時(shí)開(kāi)關(guān)電路一般由硬件或者硬件、軟件構(gòu)成。硬件構(gòu)成電路又可分為集成電子元器件和分離電子元器件。硬件構(gòu)成的定時(shí)器一般是通過(guò)R、C電子元件參數(shù)乘積值改變的大小來(lái)控制定時(shí)時(shí)間的長(zhǎng)短，這樣的定時(shí)器，效率較高，成本較低，但是通用性和靈活性較差;由硬件和軟件構(gòu)成的定時(shí)器是通過(guò)單片機(jī)來(lái)執(zhí)行一段程序?qū)崿F(xiàn)定時(shí)的，通用性和靈活性較高，同時(shí)成本也較高但效率差，有時(shí)還會(huì)出現(xiàn)單片機(jī)死機(jī)的故障。通過(guò)比較這兩個(gè)方案的優(yōu)缺點(diǎn)，采用硬件構(gòu)成的方案來(lái)設(shè)計(jì)定時(shí)器電路，以使定時(shí)器電路成本低、效率高。三、整機(jī)電路及其工作原理

LA"www.wuya■藝LA"www.wuya■藝i.c（M控節(jié)電開(kāi)美電路原混云峪■四、聲光控延時(shí)開(kāi)關(guān)的制作PROTEUS軟件是目前為止世界上最新先進(jìn)的數(shù)字電路、模擬電路、模/數(shù)混合電路設(shè)計(jì)和仿真的平臺(tái)。經(jīng)過(guò)對(duì)電路的思考和分析，選用PROTEUS軟件設(shè)計(jì)和仿真組成聲光控開(kāi)關(guān)電路。經(jīng)過(guò)反復(fù)的修改和優(yōu)化設(shè)計(jì)，最終通過(guò)仿真試驗(yàn)，電路設(shè)計(jì)基本完