南通航運職業技術學院機電系
模組化課程專案研究報告
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一、引言
目前公共場所和居民居住區的公共樓道燈的控制主要採用，按鈕式、觸控式和聲光控制式。按鈕式開關控制的樓道燈,由於各種原因往往出現許多燈泡點亮長明的現象,故使燈泡壽命短,浪費電量,為國家、單位、個人造成經濟損失。另外，由於頻繁開關或其他人為因素，牆壁開關的損壞率很高，既增大了維修量、浪費了資金，又容易造成事故隱患。
觸控式的樓道燈開關，**昂貴，而且用在公共樓道觸控的人比較多，易損壞，不衛生。而聲光控制式開關採用積體電路，是一種電路新穎、安全節電、結構簡單、安裝方便的聲光雙控樓道燈節能自動開關。它能自動控制公共樓道燈白天開關、夜間聞聲亮燈。
具有靈敏、低耗、效能穩定、使用壽命長、節能等特點。這裡介紹聲、光空自動節能開關，綜合了聲、光控制、工作穩定、節電並可延長燈泡壽命。在白天火光線較強的場合即使有較大的振動聲響也能控制燈泡不亮；晚上或光線較暗遇到聲響、振動後燈光自動點亮。
二、方案的論證
方案1 主要由555整合塊組成的聲光延時電路，系統框圖如下圖：
主要包含四部份電路，分別為：電源電路、光控電路、聲控延時電路、閘流體開關電路。電源部分主要為控制電路提供工作電壓，通過降壓、整流、濾波、穩壓，使電路輸出12v直流電壓供給控制電路。
光控電路是根據光線的強弱愛優先決定電燈的亮滅。該電路可以對聲控延時電路進行控制，光線較強時，光控電路輸出低電平將聲控電路封鎖；光線較暗時，光控電路輸出高電平，則聲控功能開啟。採用光敏電阻和其他電阻組成的分壓電路來控制555定時器的觸發輸入端2腳，並且將555定時器的2腳和6腳連線在一起，通過一電容接地，555定時器的輸出控制聲控電路的555定時器的復位端。
聲控延時電路在白天，該電路在光控電路的控制作用下，處於關閉狀態，，對任何聲音頻號都不響應；在晚上，光控電路將該電路的功能開啟，使得該電路能根據外界聲音頻號作出相應的響應。經放大處理後的聲音頻號控制處於單穩工作模式的555定時器來實現聲控及延時功能。閘流體開關電路該電路受聲控電路555定時器輸出端的控制。
當其輸出低電平時，閘流體截止，由於照明燈與閘流體串聯，所以燈熄滅；當其輸出高電平時，閘流體導通，照明燈點亮。
方案2 主要由三極體和繼電器構成，主要由三部分電路組成：放大電路、單穩態電路、繼電器電路。下面對其電路的工作原理作簡單的分析。
mic將聲音頻號轉變成電訊號，所轉換的電訊號很微弱，只有通過三極體vt1放大電路把微弱的訊號進行放大後，才能去觸發單穩態電路。放大後訊號中的負脈衝作用在三極體vt2的基極上時，可以使單穩態電路翻轉。電路中的電容c3是電源退耦濾波電容器。
在電路的穩態過程下，單穩態電路中的三極體vt2導通，三極體vt3截至。三極體vt3的集電極為高電平，接在它上面的三極體vt4是pnp型三極體，所以三極體vt4沒有導通，繼電器不工作。一旦有外界的聲音來觸發電路，單穩態電路中三極體vt2的基極受到負脈衝的作用而截至，單穩態電路處在了暫態的過程中。
這時三極體vt3導通，他的集電極電壓下降，導致與它連線的三極體vt4也導通，繼電器吸合。由於單穩態電路的暫態時間是由電阻r3與電容器c2的引數決定的，所以十秒後單穩態電路會自動恢復到穩態過程下，繼電器停止工作。
方案3 主要由四與非門cd4011整合塊構成，電路由直流供電電路、控制電路、延時電路三部分組成。控制電路採用基本數字邏輯單元進行設計。
聲控燈原理框圖
直流供電電路
直流供電電路由d1-d4組成橋式整流電路。交流220v電壓經橋式整流橋後變成脈動的直流電，供後續電路工作。
控制電路
控制電路由四與非門cd4011、駐極體話筒bm、光敏電阻r5、三極體9014、單向可控矽scr等元器件組成。
白天，由於光敏電阻r5阻值低，其兩端電壓低，cd4011的一腳為低電平， 3腳即變成高電平，導致11腳為低電平，即單向可控矽控制極g為低電平，單向可控矽截止，燈泡不亮。
夜晚，由於光敏電阻沒有受到陽光照射，其阻值很高，兩端電壓較高，即1腳變成高電平，此時3腳的狀態受1、2腳控制，若2腳為高電平，則3腳為低電平，若2腳為低電平，則3腳位高電平。
當駐極體接收到聲音頻號後，經c4的濾波，送乙個訊號到5、6腳，而4腳變為低電平，使得13腳變為低電平，11腳輸出高電平，單向可控矽控制極變成高電平，單向可控矽導通，燈泡點亮。
當駐極體沒有接收到聲音頻號時， 11腳為低電平，燈泡不亮，工作原理類同白天情況。
延時電路
由c2、r7組成，通過c2的充放電來維持燈泡的點亮狀態，延時的時間由c2的容量及r7的阻值來決定。
方案選擇
由於方案一電路設計過於複雜，需要兩個555計時器，並且需要變壓器實現低電壓來執行各個電路，所需要的元器件多，不易實現，可行性較差。方案二由於採用了繼電器電路中存在機械觸點，易產生電弧，存在安全隱患。而方案三設計簡單，易實現，所用元器件少，可行性好。
故選擇三號方案。
三、器件說明
元件介紹及其在該電路中組成的單元電路
電阻英文名resistance，通常縮寫為r，它是導體的一種基本性質，與導體的尺寸、材料、溫度有關。電阻的基本單位是歐姆，用希臘字母「ω」表示，表示電阻阻值的常用單位還有千歐（kω），兆歐（mω）。電阻器的種類有很多，通常分為三大類：
固定電阻，可變電阻，特種電阻。
電容電容器是「儲存電荷的容器」,簡稱電容，用字母c表示。儘管電容器品種繁多，但它們的基本結構和原理是相同的。兩片相距很近的金屬中間被某物質（固體、氣體或液體）所隔開，就構成了電容器。
兩片金屬稱為的極板，中間的物質叫做介質。電容器也分為容量固定的與容量可變的。但常見的是固定容量的電容，最多見的是電解電容和瓷片電容。
在電子線路中，電容用來通過交流而阻隔直流，也用來儲存和釋放電荷以充當濾波器，平滑輸出脈動訊號。電容器的選用涉及到很多問題。首先是耐壓的問題。
加在乙個電容器的兩端的電壓超過了它的額定電壓，電容器就會被擊穿損壞。
電阻和電容組成的延時電路
c2、r8組成的延時電路
二極體 半導體是一種具有特殊性質的物質，它不像導體一樣能夠完全導電，又不像絕緣體那樣不能導電，它介於兩者之間，所以稱為半導體。半導體最重要的兩種元素是矽和鍺。二極體最明顯的性質就是它的單向導電特性，就是說電流只能從一邊過去，卻不能從另一邊過來（從正極流向負極）。
二極體種類有很多，按照所用的半導體材料，可分為鍺二極體（ge管）和矽二極體（si管）。根據其不同用途，可分為檢波二極體、整流二極體、穩壓二極體、開關二極體等。
光敏二極體也叫光電二極體。光敏二極體與半導體二極體在結構上是類似的,其管芯是乙個具有光敏特徵的pn結，具有單向導電性，因此工作時需加上反向電壓。無光照時,有很小的飽和反向漏電流,即暗電流，此時光敏二極體截止。
當受到光照時,飽和反向漏電流大大增加，形成光電流,它隨入射光強度的變化而變化。當光線照射pn結時，可以使pn結中產生電子一空穴對，使少數載流子的密度增加。這些載流子在反向電壓下漂移，使反向電流增加。
因此可以利用光照強弱來改變電路中的電流。常見的有2cu、2du等系列。
四個二極體組成的矽整流橋整流電路
閘流體可控矽也稱作閘流體，它是由pnpn四層半導體構成的元件，有三個電極，陽極a，陰極k和控制極g 。可控矽在電路中能夠實現交流電的無觸點控制，以小電流控制大電流，並且不象繼電器那樣控制時有火花產生，而且動作快、壽命長、可靠性好。在調速、調光、調壓、調溫以及其他各種控制電路中都有它的身影。
可控矽分為單向的和雙向的，符號也不同。單向可控矽有三個pn結，由最外層的p極和n極引出兩個電極，分別稱為陽極和陰極，由中間的p極引出乙個控制極。單向可控矽有其獨特的特性：
當陽極接反向電壓，或者陽極接正向電壓但控制極不加電壓時，它都不導通，而陽極和控制極同時接正向電壓時，它就會變成導通狀態。一旦導通，控制電壓便失去了對它的控制作用，不論有沒有控制電壓，也不論控制電壓的極性如何，將一直處於導通狀態。要想關斷，只有把陽極電壓降低到某一臨界值或者反向。
普通閘流體的陽極與陰極之間具有單向導電的效能，其內部可以等效為由乙隻pnp閘流體和乙隻npn閘流體組成的組合管。
閘流體控制電路
聲控元件
本電路中採用駐極體話筒，駐極體話筒也稱駐極體傳聲器，它是利用駐極體材料製成的一種特殊電容式「聲—電」轉換器件。其主要特點是體積小、結構簡單、頻響寬、靈敏度高、耐震動、**便宜。駐極體話筒是目前最常用的傳聲器之一，在各種傳聲、聲控和通訊裝置（如無線話筒、盒式錄音機、聲控電燈開關、**機、手機、多**電腦等）中應用非常普遍。
常見的機裝型駐極體話筒形狀多為圓柱形，其直徑有φ6mm、φ9.7mm、φ10mm、φ10.5mm、φ11.
5mm、φ12mm、φ13mm……多種規格；引腳電極數分兩端式和三端式兩種，引腳形式有可直接在電路板上插焊的直插式、帶軟遮蔽電線的引線式和不帶引線的焊腳式3種。如按體積大小分類，有普通型和微型兩種。
駐極體話筒的內部結構和原理圖:
駐極體話筒的工作原理：當駐極體膜片遇到聲波振動時，就會引起與金屬極板間距離的變化，也就是駐極體振動膜片與金屬極板之間的電容隨著聲波變化，進而引起電容兩端固有的電場發生變化（u＝q/c），從而產生隨聲波變化而變化的交變電壓。由於駐極體膜片與金屬極板之間所形成的「電容」容量比較小（一般為幾十波法），因而它的輸出阻抗值（xc=1/2πfc）很高，約在幾十兆歐以上。
這樣高的阻抗是不能直接與一般音訊放大器的輸入端相匹配的，所以在話筒內接入了乙隻結型場效應晶體三極體來進行阻抗變換。通過輸入阻抗非常高的場效電晶體將「電容」兩端的電壓取出來，並同時進行放大，就得到了和聲波相對應的輸出電壓訊號。駐極體話筒內部的場效電晶體為低雜訊專用管，它的柵極g和源極s之間復合有二極體vd，主要起「抗阻塞」作用。
由於場效電晶體必須工作在合適的外加直流電壓下，所以駐極體話筒屬於有源器件，即在使用時必須給駐極體話筒加上合適的直流偏置電壓，才能保證它正常工作，這是有別於一般普通動圈式、壓電陶瓷式話筒之處。
部分常用駐極體話筒的效能引數表
根據電路分析選擇上表中的加黑框的型號。
聲控電路
cd4011
cd4011是cmos電路，內部是四個與非門，14個引腳，工作電壓3~18v，頻率約5mhz，輸入/輸出為cmos電平。
cd4011引腳圖
元件清單
樓道燈聲光控電路工作原理及維修
一 附圖是一種聲光控開關的電路圖。圖中假如處於開狀態，則電容器c3上是充滿了電的。當觸發訊號消失以後，靠c3通過r8放電，可以維持一段時間的電壓，使得8 9 10三腳構成的與非門繼續開通，以保持可控矽被觸發繼續導通。當c3的電壓放到與非門轉換的電壓值，可控矽才會關斷。聲光控開關外觀聲光控開關電路板 ...
電工電子樓道燈設計
課題名稱 樓道控制燈 聲光控制燈開關 所在院系 班級學號 姓名指導老師 科技藝術學院工程系 一 封面 統一提供 1二 任務書 指導教師提供 三 目錄 四 課程設計說明書正文 1 引言 2 根據任務書確定設計方案 提供框圖 3 根據框圖各個部分設計單元電路 部分電路 4 設計總體電路 工作原理說明 5...
聲光雙控節能燈設計開題報告
本科畢業設計開題報告 題目聲光雙控校園照明系統 院 系電氣與資訊工程學院 專業電子資訊工程 班級電信07 3 姓名學號 指導教師黃玉琴 開題報告日 2011年11月25日填寫說明 一 開題報告應包括下列主要內容 1 研究目的和意義 2 國內外發展情況 文獻綜述 3 研究 設計的目標 4 時間程序 5...