声光控节能开关的制作（分立式）

摘要：节能与我们的生活息息相关，随着社会的不断进步和发展，节能已成为一种很重要的意识，尤其是电能的浪费，你每天经过的楼道是否都用上了节能的声光控开关呢？如果还是手动的楼梯道开关，你是否都记得熄灯了？公共场所和居民居住区的公共楼道普遍使用机械手动开关，由于各种原因往往出现许多灯泡长明现象，造成灯泡的寿命变短，由于频繁开关或认为的因素，还会致使开关受到一定程度的损坏，既增大的维修量，又浪费了一定的资金，又容易造成安全隐患，带来诸多不好的因素。为此在某些场合设计一个声光控自动开关是非常必要的，采用声光控技术及光敏电阻的特性制作一个声光控节能开关。设计一个在弱光线和有声音的条件下，灯会自动亮，在白天状态下，有无声音灯都不会亮。根据设计原理图，购买合适的材料，弄清电路原理及各元件的特性，将元件焊接到电路板上，检查并调试。这种装置以声音作为控制信号，光线较暗时，只要有声音发出，便可以开启照明灯，人走后延时一定时间自动关断，而光线较亮时，就算有声音也不会亮灯，真正实现自动、节能之目，既方便、安全，更重要的是能节能，这是我们的创新点和突破点。

关键词：声光控、光敏电阻、放大电路、自动开关

1引言... 3

2设计任务及要求... 4

(1)设计任务... 4

(2)设计要求... 4

3设计内容... 4

（1）电路原理... 4

（2）各部分电路原理及分析... 5

（3）器件清单... 6

4测试结果及分析... 7

5总结与体会... 7

6参考文献... 8

1引言：由于手动开关及各种原因使灯泡的寿命短，造成经济不必要的损失，频繁的手动开关让开关的损坏率增高，事故隐患增多，。所以要设计一种新的开关代替手动的是我们今天报告的主题。声光控既改变了以往频繁手动又减少了许多安全隐患，安全节能，使开关与灯泡的寿命延长。

声光控节能开关在白天或光线较亮时，节能开关处于关闭的状态，灯不亮；夜间或光线较暗的时，节能开关处于预备工作的状态，当有人经过开关的附件，脚步声、说话声、拍手声等都能开启节电开关。灯经过一段时间开关自动断开，灯灭。该开关适用于楼道、走廊、洗刷间、厕所等公共场合，能节电并延长灯泡的寿命。

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缺少的必须品，它不需要开关，当有人经过时候会自动亮；广泛应用于走廊、楼道等公共场所，给人们的生活、带来极大的方便。因此，得到了广泛的应用。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（如拍手声）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。

    根据设计原理图，购买相应的元器件，查找有关阅读资料，理解各元件的特性，能分析原理图，按图焊接元件，焊接完，用万用表粗略检查，检查该电路板正常无误的前提下，将灯泡接上并通电，观察现象，留意每个细节，找出不足，实验后，写报告。

声光控延时开关虽不是什么新鲜的东西，但是自从它诞生以来，魅力始终不减。可以想象，在黑暗之中，拍拍手掌，或是跺跺脚，就会带来光明，而且还不需要触碰或是按压，只需一点声响即可，这是很有趣的。

2设计任务及要求：

(1)设计任务：根据要设计的内容，购买合适的元器件，同时准备好万用表、电烙铁、螺丝刀，焊锡，导线等工具，同时要把设计的原理图弄懂，组员之间互相合作，分配任务，以便能更好的完成设计的任务。

(2)设计要求：白天或光线较强的条件下，无论有没响声，灯泡都不会亮，夜晚或光线较弱的条件下，当有声响时，灯泡会亮，没声响后，灯泡亮完一段时间就会熄灭，注意通电的电源要求是220v交流电，灯泡的瓦数要小于等于60v。

3设计内容：

（1）电路原理：

   

220V交流电通过灯泡流向D1～D4，经D1～D4整流，R1限流降压，LED稳压（兼待机指示），C1滤波后输出约1.8V左右的直流电给电路供电。由于LED采用发光二极管，一方面利用其正向压降稳压，同时又利用其发光特性兼作待机指示。控制电路由R2、驻极体话筒MIC、C2、R3、R4、VT、RG组成。在周围有其它光线的时候光敏电阻的阻值约为1kΩ左右，VT的集电极电压始终处于低电位，就算此时拍手，电路也无反应。到夜间时，光敏电阻的阻值上升到1MΩ左右，对VT解除了钳位作用，此时VT处于放大状态，如果无声响，那么VT的集电极仍为低电位，晶闸管因无触发电压而关断。当拍手时声音信号被MIC接收转换成电信号，通过C2耦合到VT的基极，音频信号的正半周加到VT基极时，VT由放大状态进入饱和状态，相当于将晶闸管的控制极接地，电路无反应。而音频信号的负半周加到VT基极时，迫使其由放大状态变为截止状态，集电极上升为高电位，输出电压触发晶闸管导通，使主电路有电流流过，等效于开关闭合，而串联在其回路的灯泡得电工作。此时C2的正极为高电位，负极为低电位，电流通过R3缓慢地给C2充电（实为C2放电），当C2两端电压达到平衡时，VT重新处于放大状态，晶闸管关断，电灯熄灭，改变C2大小可以改变电灯熄灭时间。此开关可带100W以下的负载，适用于家庭照明和楼梯走廊等场所。

（2）各部分电路原理及分析：

A. 桥式整流：

单向桥式整流电路是由4只整流二极管VD1～VD4和负载RL组成，利用4个二极管接成电桥使在U2的正负半周的电压经过两只二极管交替导通，即在负载上形成了单方向的全波脉冲电压。

B. 声光控电路：

控制电路由R2、驻极体话筒MIC、C2、R3、R4、VT、RG组成。在周围有其它光线的时候光敏电阻的阻值约为1kΩ左右，VT的集电极电压始终处于低电位，就算此时拍手，电路也无反应。到夜间时，光敏电阻的阻值上升到1MΩ左右，对VT解除了钳位作用，此时VT处于放大状态，如果无声响，那么VT的集电极仍为低电位，晶闸管因无触发电压而关断。当拍手时声音信号被MIC接收转换成电信号，通过C2耦合到VT的基极，音频信号的正半周加到VT基极时，VT由放大状态进入饱和状态，相当于将晶闸管的控制极接地，电路无反应。而音频信号的负半周加到VT基极时，迫使其由放大状态变为截止状态，集电极上升为高电位，输出电压触发晶闸管导通，使主电路有电流流过，等效于开关闭合，而串联在其回路的灯泡得电工作。

C.  

C2的正极为高电位，负极为低电位，电流通过R3缓慢地给C2充电（实为C2放电），当C2两端电压达到平衡时，VT重新处于放大状态，晶闸管关断，电灯熄灭，改变C2大小可以改变电灯熄灭时间。

（3）器件清单：

整流二极管：D1、D2、D3、D4

发光二极管：LED

三极管：VT9014

单向可控硅晶闸管：VS MCR100-6

电容：C1 220U、C2 10U

电阻：R1 150K、R2 3.9K、R3 1M、R4 10K、R5 1K

光敏电阻：RG

4测试结果及分析：

将焊接好的电子板调试，检查各部分完好后，通电。在白天的条件下，光敏电阻的阻值阻值达到1KΩ，VT的集电极呈现低点位，有无响声，灯泡都不会亮，夜晚，光敏电阻在黑暗的条件下，并还没有声响，灯也不会亮，当，有声响的时候，灯泡马上亮，当没响声后，灯很会就会熄灭，这个过程由于C2的电容太小，以致灯泡不能继续延时亮一段时间，当更换一个大一点的电容C2，就能达到更好的效果。

5总结与体会：

通过这次课程设计，锻炼了我们实验操作与动手能力，同时也检验了我们以前所学的知识理论扎实。这次课程设计，虽然难度不大，但这一过程不仅提高了我们个人的动手能力，更增强了我们团队意识，相互配合，动手实践，顺利完成课程设计。的确，受益匪浅！这次课程设计，最大的感触就是做任何事情都要细心，稍微焊错一个小器件电路就报废。做产品开始的第一件事就是清查元件并把元件分类好。同时，还要考虑合理配置元件，感谢老师的悉心指导，有我们组员的共同努力，才有最后项目的顺利地完成，在这一周时间里，我们提高了我们个人的动手能力，让我们在独立思考解决问题。同时也培养了我们团队精神，在这个分工越来越细的社会，分工合作成了社会的主流，而这次与组员合作正好给了我们这样的机会，以致顺利完成课程设计，同时也让我们知道课程设计是怎么一回事，要做些什么，怎样做，要注意些什么问题等，也使得我们对以后的毕业设计有所了解和有所准备。

6参考文献：

[1]胡晏如. 模拟电子技术. 高等教育出版社. 2003

[2]邱关源. 电路. 高等教育出版社. 2006

 

第二篇：声控开关课程设计报告[1]1

青 岛 农 业 大 学

海都学院

传感器课程设计报告

设 计 题 目            声光控开关                             

学生专业班级           08级电子信息科学与技术二班                            

学生姓名（学号）                                   

指 导 教 师                                        

完 成 时 间          20##年7月8日                

实 习（设计）地点    硬件实验室                      

2011  年  7  月 8 日

一、课程设计目的和任务

设计目的：掌握光敏传感器及其电路应用原理

设计任务：声光控延时开关采用行人脚步，拍手或咳嗽声来控制灯的开启。灯光延时一定时间自动关闭。白天光线强时将其闭锁，即使有行人的脚步声开关始终处于闭锁状态也不会开启。实现声来灯亮、声离灯灭，令我们无论在家里还是在别处，方便自如，都能够乐在其中”。ZX2027灯头型声光控延时开关，在灯头上装上白炽灯安装在走廊、楼梯间或厕所里，白天不亮，晚上只要你发出声响灯就亮20秒，人离开后灯熄灭。

设计要求：

（1）了解声光控延时开关电路的组成及工作原理。

（2）熟悉驻极体话筒和光敏电阻器的特性。

（3）学习声光控延时开关电路设计。

（4）光线暗时，声音触发开关接通灯亮，延时一定时间（20秒左右）后自动熄灭

二、分析与设计

1.        设计任务分析

声光控开关电路应由电源电路、声控电路、光控电路、延时电子开关电路四大部分组成。如图：

声光控延时开关实现在白天呈关闭状态，只有在晚上且存在声响情况下（如人的脚步声等）才开启，开启后延时一段时间后又能自动关闭。

2.        设计方案论证：

通过查阅资料，得到当外部条件变化（天色变暗、有明显声响）时，光敏和声敏元件电位及电阻明显变化，微弱信号经放大器放大后足以使的控制开关开启，是电路导通。我认为此设计方案可行。

3.        详细设计：

1）电路工作原理：

开关电路中声音检测采用驻极体话筒MIC，三极管T2组成放大器。无声响静态时T2是处于饱和导通状态，当有声响时，话筒MIC接收声响信号，可使T2截止。亮度检测由光敏电阻R_G完成。电路使用的CMOS数字集成电路CD4011，内含有四个2输入端与非门。CD4011中除其中一个直接用为2输入端与非门作为判别电路外，其余三个均接成反相器作放大器用。D6、R₆、C₄组成延时电路。开关采用可控硅T1。二极管D1~D4与可控硅T1组成可控整流电路，当T1导通时，灯泡发亮；T1截止时，灯泡熄灭。

白天时，光敏电阻R_G受光照呈低阻态，CD401113脚始终为低电平。这时不管CD401112脚为高电平（有响声使T2截止）还是低电平（无声响T2饱和导通），与非门输出11脚始终为高电平。经三次反相后，10脚输出为低电平，可控硅T1截止，灯泡不亮。可见由于光敏电阻R_G受光照作用，白天灯泡一直不会亮。

晚上天黑时，光敏电阻R_G无光照呈高阻态，CD401113脚始终为高电平。这时如果无声响，T2饱和导通，12脚为低电平，则与非门输出11脚仍然为高电平，电路状态与白天相同。但当有声响发生时，话筒MIC接收声响信号使T2截止，12脚为高电平，与非门输出11脚变为低电平，经一级反相放大后，3脚输出高电平。此时3脚输出的高电平经导通的D6迅速对电容C₄充电，使56脚升至高电平，再经两级反相后，10脚输出为高电平，由此触发可控硅T1导通，灯泡点亮。

声响消失后，T2恢复饱和导通，12脚为低电平，11脚输出高电平，经一级反相放大后，3脚输出低电平。此时由于C₄还来不及放电，D6截止。随后C₄通过R₆ 缓慢放电，C₄两端电压即56脚电压逐渐下降。当56脚电压下降至低电平电压值（1V左右）时，4脚输出高电平，10脚输出低电平使T1截止，灯炮熄灭。

由此可见，灯泡发亮的维持时间主要取决于C₄的放电时间常数。改变电阻R₆的阻值，可调整延时时间，通常设计延时45~60秒左右。调整电阻R₅，可改变电路白天到黑天的亮度阈值。话筒灵敏度可由R₂调整。

2）光控电路

光控电路它是用外来的光源来控制电路的设备。其作用是把外来送入的光源转换电信号，从而用这种信号去控制所需要的电器设备。常用的电路有：发光器件电路、光敏器件电路和光电显示器件电路。本次实验的中我们选用光敏电阻作为传感器来实现光控。

光敏电阻器又叫光感电阻，其工作原理是基于内光电效应。

光敏电阻是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化）。

3）声控电路

我们选择MIC做为接收信号源，工作原理：话筒将声音信号转化为负极性的电信号。

声控电路通过声音信号控制可控硅的导通状态，其特征在于，所述声控电路包括电源部分，谐振放大部分及触发器，电源部分通过电容降压、整流及稳压提供声控电路所需的直流电压，谐振放大部分包括多极三极管放大，话筒接在第一级放大三极管的基极上并由电容耦合，一个由电感和电容构成的振荡电路接在末级放大三极管的基极上，放大后的信号影响触发器的翻转，并最终控制可控硅的控制极的电位。当光线不足或黑夜时，MIC接收到声信号，开始工作。

4）延时电子开关电路

延时电子开关电路它是用电路中送入的信号进行控制电路的设备。其作用是用送入来的信号去控制电路，使电路达到延时的效果。常用的延时电路有按键延时电路、感应延时电路、开关控制延时电路、光控延时电路、声光双控延时电路等。而本电路延时电子开关电路使用主要的电路为声光双控延时电路部分。声光双控电路是声、光控开关的组合。它是利用驻极体话筒是否采集到声音信号，光敏电阻感应光线的明暗来改变信号的高低电平，以达到控制电路输出高低电平的目的，再利用稳压管高电平导通的原理来控制灯泡的亮灭。

延时电子开关电路的设计，采用集成CD4011。

延时电路的设计主要由C3和R9组成。当夜晚有响声（如脚步声、说话声等），话筒接收到信号后内阻增大，CD4011的8、9脚为高电平，10脚为低电平，VD9截止，C3通过R9放电，放电的时间长短决定了灯亮的时间，直到C3上的电放完到CD4011的15脚，这时为低电平，灯泡熄灭，等待下一次信号。

集成电路CD4011是一个包含4个与非门的CMOS电路（如图3-2），每个与非门有2个输入端一个输出端，与非门的特点是，输入端有低电平输出高电平，输入端全部高电平输出低电平，逻辑表达式为：  。

图3-2  CD4011内部结构

5）整流电路的设计

整流电路是把交流电能转换为直流电能的电路。根据电压的充分利用整流电路选用单向桥式整流电路。

单向桥式整流电路是由电源变压器T，4只整流二极管VD1～VD4和负载RL组成。电路图如2-1图所示。

 

图3-1 桥式整流电路原理图

 工作原理：利用4个二极管接成电桥使在U2的正负半周的电压经过两只二极管交替导通，即在负载上形成了单方向的全波脉冲电压。其中单向桥式整流电路对电压的利用率高。

4.        原理图及元器件清单等

1）电路原理图：

2）元器件清单：

三、系统实施 (系统实现与调试过程中遇到的主要问题分析和系统运行的结果)

    根据电路原理图，选择出需要的电子元器件，依据电路图正确焊接，焊接完成后，重新检查电路板有没有虚焊、短路等问题。检查完毕后通电试验。在第一次的试验中出现了一点问题导致灯泡不亮，后经改进后，又出现一些新的问题---灯泡点亮时间太短没有进行延时。有关问题分析如下：

1.      灯泡一直不亮

     这种情况可能是灯泡断路．也可能是电源或控制电路出现故障。在确认灯泡正常的情况下先检查C1两端是否有10V以上直流电压。如果没有，说明整流二极管VD1~VD4或电阻或焊点出现开路性故障．或C1损坏．应逐一检查确诊。若C1两端电压正常，再检查光敏电阻是否正常．光敏电阻在用黑纸包裹起来后测量其阻值应在1MΩ以上。在有光照射下阻值应只有数百欧姆．否则应予更换。当确认光敏电阻正常后，用黑纸严密包裹起来．然后在四个与非门输入端依次加入人为触发信号．并用万用表监测其输出端电平是否改变。若不变．在外围元件正常的情况下，说明CD4011损坏。若证明CD4011正常。在CD4011（11）脚有高电平输出的前提下．灯泡仍不亮．那只有是R3或可控硅出现开路性损坏。若在CD4011各输入端人为加入触发信号，CD4011能正常翻转且灯泡能点亮。则应检查话筒、C3、VT1。

2.      灯泡点亮时间太短

   这主要是C2、R6时间常数太小．常见原因是C2漏电．其次是二极管VD5的反向漏电流太大。检查并更换后故障即可排除。

四、总结与体会：

    本次设计涉及到传感器和电子技术的一些理论知识。其中包括光敏电阻的结构和工作原理，驻极体的工作原理等。通过本次设计加深了传感器的认识和应用的能力，懂得如何设计整流电路最高效，如何设计延时电路等。学会如何分析电路，解决实验中出现的问题以及分析问题解决问题的方法。另外，对于本次设计在生活中的应用有以下想法。

随着国家的可持续发展战略的实施，节能是可持续发展的手段。往常的开关路灯，在无人的时候也亮着，无疑的是一种浪费。而在一些学校、办公楼、街道设施等公共设施大多的灯都是通过开关电路控制，这种浪费不仅加大了财政支出，且对于用电高峰时无疑是一种负担；为了节约用电大多数设施都采用节能灯。同时，也越来越多的学校、企业重视这个问题，采用声光控来做为节能的一个重要环节，

未来生活中声光控电路不仅应用于灯开关，还可以应用很多的自动开关电路，甚至还可以做成简易的报警电路；做为学电子信息的一名学生，我们还可在这一领域探讨研究，将声光控电路加以改进。

五、参考书目：

1.刘笃人、韩保君、刘靳 传感器原理及应用技术（第二版）  西安电子科技大学    2009.4

2.光敏电阻 百度百科http://baike.baidu.com/view/55997.htm

课程设计成绩评定表

注：此表装订在课程设计之后。