题目 ：          声光控制路灯设计报告                    

学院 ：               控制工程学院                        

专业及班级 ： 电气工程及其自动化08级2 班               

学生姓名：         徐海龙（2008072071）              

        

           秦应昌（2008072086）              

2010 年 11月12日

(1) 课题名称：声光控制路灯设计

(2) 内容摘要；本次设计的小组成员有徐海龙、秦应昌，在思考、设计、焊制、调试阶段，我们一直共同努力。 此次我们组需要设计的电路是声光控制路灯电路，在此电路中，我们希望达到的目的是，使电路能根据声音和光线的作用自动发光，并且自动熄灭。在白天强光照射时，电路中灯泡不发光；而晚上无灯光或被遮光，并且有声响时灯泡发光，且延续约10秒后熄灭。

此电路图的设计主要是基于用声光控延时开关代替住宅小区的楼道上的开关，只有在天黑以后，当有人走过楼梯通道，发出脚步声或其它声音时，楼道灯会自动点亮，提供照明，当人们进入家门或走出公寓，楼道灯延时几分钟后会自动熄灭。在白天，即使有声音，楼道灯也不会亮，可以达到节能的目的。声光控延时开关不仅适用于住宅区的楼道，而且也适用于工厂、办公楼、教学楼等公共场所，用途非常广泛。

课题分析它主要由3部分组成：话筒,光敏电阻，555延时。能够通过调节电阻和电容的大小来改变灯亮的时间长短，如果，时间过长就应该减小电阻或电容的值，反之，则增大。光敏电阻和话筒的高度也会使灯的时间受到影响。声光控节电开关，在白天或光线较亮时,555触发器呈关闭状态,灯不亮；夜间或光线较暗时，555触发器呈预备工作状态，当有人经过该开关附近时，脚步声、说话声、拍手声等都能开启节电开关。灯亮后经过10秒左右的延时节电开关自动关闭，灯灭。该开关扩展型适用于楼道、走廊、洗涮间、厕所等公共场合，能节电并延长灯泡使用寿命。给人们的生活带来了很多的方便，受到了广泛的应用。本电路是采用分分离元件的声控延时电路，其电路原理图如下图所示 方框原理图说明：

(3) 设计指标(要求)；设计一个声光控制开关，用声音和光照同时控制，当光线很暗的时候有声音触发就打开开关（控制一个6v/100mA小灯泡负载），开关延迟时间在10秒左右。当光线较强的时候声控不起作用。

(4)系统框图与方案选择；

 

方案一:

本方案中MIC捕捉到声音信号时,产生出交流信号经过Q1的阻容耦合放大电路放大,然后经过C3的隔直耦合电容给Q2的基极一个偏置电压使Q2导通,Q2导通前555触发器2脚电压等于VCC等于5V当Q2导通后2脚电压低于1/3 VCC使555触发器进入工作状态LED亮当T=RC时555通过7,6脚放电完毕LED自动熄灭.

光控是通过光敏电阻和100K电阻串联分压控制4脚电位来实现当有光时光敏电阻阻值约为20K使4脚电压很小555触发器处于关闭状态LED不会亮,当没光时光敏电阻阻值约为150K 这时4脚处于高电位555处于预备工作状态当声音出发信号到达后LED灯亮并通过555达成延时熄灭.

不采用此方案的原因：

由于方案一中有2个三极管增大了电路的复杂程度，使参数的计算、元件封装和焊接等的难度大大增加所以不采用方案一。

 (5)原理电路,及工作原理

元器件选择；

驻极体话筒；光敏电阻；晶体管；定时器555；发光二极管；电阻、电容器、二极管若干，三极管。

当MIC获得声音信号后转换成电信号通过放大电路放大。为了获得比较高的灵敏度则放大倍数应该尽量大所以Q1选取9014。光控电路中光敏电阻的阻值范围为20-150K所以选比较大的分压电阻使在有光时555触发器因4脚为第电平而处于关闭状态，无光时4脚高电平555能够工作。因为延时时间约为10秒，而延时时间由时间常数RC决定所以取R9=100K，C3=100u。

工作原理：

电路有声音信号输入时，MIC将声音信号转换成电信号后经由三极管Q1等元件构成的阻容耦合放大电路放大后送如555构成的单稳态触发器的输入端2脚，使2脚电位低于1/3 VCC从而使触发器进入暂稳态输出高电平LED亮，2脚原来的电位是由R7(100K)和R10(68K)的电阻串联分压提供的两电阻阻值比约为3：2使2脚电压略大于1/3 VCC触发器不工作，而声音信号经放大后的交流触发信号到来时刚好能使2脚电位低于1/3 VCC。LED亮后随着电容C3（100u）的充电当Uc>2/3 Vcc时，电容C3开始迅速放电，当放电完成时触发器回到稳定状态LED熄灭。

(6) 组装调试；

封装时摆放元器件也是十分重要的，将原件摆放到合适的位置有利于整体版面的美观大方，各个元件之间既不能紧凑在一起，又不能离得太远了，因为在一起会给焊接带来很多麻烦，离得太远又耗费导线，导线应该沿着电路板的边缘铺设，避免交叉。

调试时会出现一下几种问题：

1．无光条件下输入声音信号LED不亮。

这种情况的主要原因是阻容耦合放大电路的放大倍数太小，声控电路部分对声音信号的灵敏度比较低。解决这个问题要仔细计算提高阻容耦合放大电路的放大倍数。

2．无光条件下不输入声音信号LED仍然会亮

出现这种情况，是由于R7与R10构成的2脚分压偏置中R10的阻值过小使2脚电压始终小于1/3 VCC 触发器一直处于暂稳态无论有无声音信号LED都会亮。所以应适当调整增大R10的阻值。

3．有光输入声音信号LED亮

这是由于与光敏电阻串联的分压电阻R5太小使有光条件下光敏电阻仍能分到较高的电压使555触发器能够工作。解决这个问题要适当增加R5的阻值。

(7) 实际PCB图或布线图；

 

(8) 电路方案的优缺点及改进展望

本电路的优点是电路的结构和原理简单，易于操作制作。缺点在于电路系统的稳定性和灵敏度等不是很好，同时电路的应用范围存在局限性无法应用到实际的生产生活中，工程意义不大。

电路的改进可以加入一些能提高稳定性、灵敏度的电路如交流整流、稳压等电路以应用于实际工程设计。

(9) 设计结果与数据处理；

设计结果：

该电路方案能良好的运行能作到要求的声光双控LED的亮，与延时自动熄灭。

数据纪录：

VCC = 5V

LED亮时

三极管导通电压 Ubeq = 0.69V

触发器2脚电压 U2 = 3.64V

Uled = 1.87V

 (10)参考文献；

《模拟电子技术基础》（第四版）        编者： 童诗白 华成英

《数字电子级数基础》（第二版）        编者： 杨志忠 卫桦林

  

 

第二篇：实验三 声光控制电路特性的研究实验(没有)

12级电科专业《专业实验》安排表（2015下半年）

说明：14周3    （上课时间为第14周星期3；上课地点为物理实验室103教室。）

103     

每一时间段实验为4学时，下午上课时间：14:30-17:30

每次实验上课前需认真预习相关实验内容并写好预习报告

每位学生准备8张16开实验报告纸，8张32开原始记录纸。

讲义份数：导热系数？份, 电源特性？份, 声光电路？份。

所开设实验的房间管理由各位老师自己承担。

                                                          理学院物理实验室

                                                              2015.09.06

实验三  声光控制电路特性的研究实验

声光双控延时开关不仅适用于住宅区的楼道中的路灯，而且也适用于工厂、办公室、教学楼等公共场所，它具有体积小，外形美观，制作容易，工作可靠等优点，而且降低能耗，节约能源，注重环保是当今世界的主潮流。此外，它在工业控制和智能家电方面也具有重要的应用。因此，对声光延时电路特性的研究对提升声光延时控制开关的性能具有重要意义。然而，目前常用的声光延时电路特性实验装置一般采用220V高压电，学生实验安全性较差。此外，因光敏电阻特性差异造成的整体电路的稳定性较差。本实验基于低压电源，分析测量声光控制电路的基本特性。

【实验目的】

1、了解与非门逻辑电路基本原理和其在放大电路中的应用；

2、掌握声音控制和光敏控制电路的基本工作原理和特性； 

3、设计出一种稳定性和灵敏度好的声光控制灯电路，并测定其基本特性。

【实验仪器】

声光控制电路特性实验仪、数字示波器、数字万用表等

【实验准备知识】

1、    声光控制电路基本原理分析

本实验电路主要由以下模块组成：降压单元、整流滤波单元、声控单元、光敏组件、信号放大单元、延时单元、触发单元等模块组成。

（1）             降压单元：采用降压变压器，将220V交流高压电转化成12V低电压。

（2）             整流滤波单元：通过4个二极管D1-D4构成的全波整流电路和由RC构成的滤波电路，将交流电压变成安全的直流电压给声光控制电路提供工作电压。

（3）             声控单元：由驻极体话筒将声音信号转化成电信号。

（4）             光敏组件：由光敏电阻RG和分压电路R5，R6，RW1构成，将光强信号转化成电信号。通过调节R_W1可分析不同的光敏电阻下声光控制电路的灵敏度等特性。

（5）             信号放大单元：利用与非逻辑门和反馈电阻R₄，将较微弱的驻极体产生的信号进行放大，以推动触发延时电路工作。

（6）             触发延时电路：由电阻R7a、R7b、R7c、R7d、电容C4和逻辑门U5组成，用于放大电路输出的电压去推动触发延时电路工作，以控制受控开关闭合时间，达到控制受控元件时间长短的目的，实现声光控制。

图2声光控制电路实验接线图

电路图说明：

本实验装置主要电路为：由D1～D4组成的桥式整流电路，将变压器降压后的交流12V电压转化为直流电压后，经R1降压，C1滤波，得到约5V的直流电压供IC和MK等工作，R3为MK提供偏置电压，R4为使IC1工作于放大状态，由于IC1与IC2相连，所以IC2也工作在放大状态，C2和C3为耦合电容。R6与RW1串联后再与光敏电阻RG并联，再通过R5对IC2输出的信号进行分压，以触发非门IC3，IC4，IC5，IC6工作，D6向C4单向充电，R7a、R7b、R7c、R7d和C4决定延时长短，R8和C5使IC6翻转关断。单向可控硅受IC6输出电平的触发控制，R2为限流保护电阻。

光线明亮，光敏电阻R_G的阻值小，IC3输入电位很低，即使MK送来的声音电信号经过放大后也不足以使IC3输入端成为高电平，最终IC6输出为低电平而不能触发可控硅G，灯不亮。

光线暗，光敏电阻R_G的阻值较大，IC3输入端对地电阻使其输入端的电位为低电平的范围的某一固定值。由MK送来的声音电信号经过放大后(其放大倍数由电阻RW4确定)与IC3输入端固定电平值叠加后使IC3输入端出现高电平，而最终使IC6输出高电平，触发可控硅G，灯亮。此时IC4输出的高电平迅速通过D5对C4充电，达到某一高电平值。之后选取C4a或C4b或C4c通过R7a、R7b、R7c、R7d放电。由于R7a、R7b、R7c、R7d阻值很大，放电速度很慢，以致IC5输入端能够维持一定时间高电平，IC6出维持可控硅G导通所需触发电平值，从而保持一定的受控时间，时间长短可以由C4与R7（R7a~R7d）的乘积调节。

元件参数：R1=180KΩ 、R2=100Ω 、R3=4.7KΩ 、R4=100K+330KΩ(电位器)、R5=27KΩ、R6=100KΩ、RW1=120KΩ、R7a=5.1MΩ、R7b=5.1MΩ、R7c=5.1MΩ、R7d=5.1MΩ,RG：光敏电阻、C1=100μF、C2=0.1μF、 D5: IN4148 、 C3=330PF 、C4=1μF /16V、C5=1μF /16V、 IC : 4069 、D1~D4: IN4007  MIC 磁极性话筒

【实验内容提示】

1、  声音控制电路灵敏度的调节与特性分析。

通过调节电位器R_4W的电阻值，改变由与非门U1构成的放大电路的放大倍数，从而调节声音控制的灵敏度，利用示波器测量U1的输出端13测量孔的信号波形。观察其随声音大小变化以及R_4W变化时的波形变化情况。4069与非门逻辑电路的特性分析

通过测量有声有光、无光时各与非门输出端的电压值，确定声光控制电路电平逻辑关系。

2、  光敏控制电路的特性测量

测量有光、无光时对应的光敏电阻上的电压变化情况，通过改变电位器RW1，观测光敏开关的灵敏度。

3、  时延电路的特性分析

   观察接入不同电阻R7时，灯亮到灯灭所需的时间长短。

4、  与非门逻辑电路原理分析

通过测量各与非门输入输出的电压，分析与非门逻辑电路的工作原理。

【实验结果分析与思考】

1、放大电路的设计：

    连接实验点10、11，放大电路反馈电阻R4、R4W。分别改变R4W到合适的阻值使得电路控制开启的最小幅值为3.0V，最大幅值为9.0V。用万用表测量其电阻大小，用示波器观测振荡信号、绘制其波形，观测U1、U2输出端的幅值与波形。

2、光控电路的设计：

    光控电路由RG、 R6、 RW1及U3、U4等组成。实验时改变RW1的大小，使RG在正常光线与遮光时能正常开启工作，用万用表测量R4、RW1、RG的阻值用示波器观测U3、U4输入端与输出端各点的波形并绘制。

3、延时控制电路的设计

    延时电路由R7、C4、U5、U6等组成，设计时改变R7的阻值并用万用表测量其大小得到不同的延时，记录下延时开关时间，用示波器观测U5输入端与输出端、U6输出端的波形并绘制。

4、连接线路，设计一种放大端信号最小幅值为5.0V，开启频率为200-2000HZ，延时时间为12S的声光控制电路。

5、简述晶闸管（可控硅）开关电路的工作原理。用万用表测量控制端导通时的电压与电流的幅值，用示波器观测可控硅触发信号、可控硅振荡触发信号波形。

6、在实验时你设计的声光控制电路如果无法工作，请分析是什么原因造成的，你是如何解决问题的？

声光控制电路特性的研究实验

数据原始记录纸

    姓名                       学号                         班级

 

1、在交流16V的情况下：

桥式整流滤波之后输出：

分压整流滤波之后输出：

2、在RW1最大的情况下：

光敏电阻：

暗阻

亮阻

3、振荡频率

4、出发信号频率

5、触发电平

6、延迟电路最大电压

   小灯泡熄灭时电压

7、延迟时间：

 

                                                                             

                                                                   教师签名：

                                                                             

                                                                   实验日期：