設(shè)計(jì)一款美觀節(jié)能的樓道聲光控制照明燈

一、引言

光控電路在城市路燈或樓道照明中有著至關(guān)重要的作用，采用光控電路，可以根據(jù)光線的強(qiáng)弱來(lái)自動(dòng)開(kāi)啟和關(guān)閉照明燈，做到無(wú)人自動(dòng)控制，可以減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，有效的節(jié)約能源。但光控電路有其缺陷，就是夜晚無(wú)光線的時(shí)候，照明燈將一直工作著，這樣會(huì)造成資源的浪費(fèi)，也會(huì)縮短照明燈的壽命。

這時(shí)若在光控電路的基礎(chǔ)上添加一個(gè)聲控電路，使得照明電路在無(wú)光線的時(shí)候，只受聲音的控制，當(dāng)有腳步聲或其它較強(qiáng)聲響的時(shí)候，照明電路自動(dòng)工作。當(dāng)聲音消失的時(shí)候，照明燈自動(dòng)熄滅，這就需要在光控電路和聲控電路聯(lián)合工作的條件下添加一個(gè)延時(shí)電路，使照明燈點(diǎn)亮后，延時(shí)一定時(shí)間后自動(dòng)熄滅。

本文設(shè)計(jì)的聲光控制照明燈，該電路夜間有聲音信號(hào)時(shí)，照明燈(用LED發(fā)光管模擬)點(diǎn)亮;無(wú)聲時(shí)延遲5秒后熄滅;如聲音間隔小于5秒，則LED持續(xù)點(diǎn)亮。白天有聲無(wú)聲均不點(diǎn)亮。這款小巧美觀又實(shí)用節(jié)能，可以用蚊釘固定在自家門口也可以安裝在走廊上，還可以用在廠房，建筑工地。

使用這種照明電路，人們就不必在黑暗中摸索開(kāi)關(guān)，也不必再擔(dān)心點(diǎn)長(zhǎng)明燈費(fèi)電和損壞燈泡了。夜間只要有腳步聲或其它較強(qiáng)的聲響時(shí)，燈便自動(dòng)點(diǎn)亮，延時(shí)一定時(shí)間后自動(dòng)熄滅。特別適用自動(dòng)控制路燈照明以及走廊和樓道等處的短時(shí)照明。

二、 樓道聲控?zé)綦娐吩O(shè)計(jì)

2.1樓道聲控?zé)舻幕驹?/p>

該電路由聲控電路、光控電路及放大電路、單穩(wěn)態(tài)延時(shí)電路組成，下面對(duì)其功能進(jìn)行逐一分析并確定電路結(jié)構(gòu)。

光控電路是根據(jù)光線的強(qiáng)弱來(lái)優(yōu)先決定電燈的亮滅。聲音信號(hào)由駐極體話筒BM接收，經(jīng)過(guò)反比放大，放大的信號(hào)送到NE555定時(shí)器的2,6腳。該電路可以對(duì)聲控延時(shí)電路進(jìn)行控制，在白天光線較強(qiáng)時(shí)，該電路在光控電路的作用下，處于關(guān)閉狀態(tài)，對(duì)任何聲音信號(hào)都不響應(yīng)，在晚上光線較弱時(shí)，光控電路將該電路的功能打開(kāi)，使得該電路能根據(jù)外界聲音信號(hào)做出相應(yīng)的響應(yīng)。NE555定時(shí)器的輸出去控制74HC123聲控延時(shí)電路。該電路主要在光線較弱時(shí)起作用。這主要是通過(guò)光控電路的輸出來(lái)控制的。

圖1 樓道聲控?zé)綦娐穲D

2.2元器件的介紹

器件清單

表1 器件清單

74HC123一塊NE555一個(gè)LM358一個(gè)駐極體話筒一個(gè)

電阻：330Ω2;1K/4;4.7K/5;10K/2;150K/2電位器 單圈藍(lán)色方形一個(gè)22KΩ電容：16V47uF一個(gè);16V10uF兩個(gè);光敏電阻;發(fā)光二極管LED一個(gè);

2.2.1 電阻器

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。

光敏電阻是一種電阻值隨外界光照強(qiáng)弱(明暗)變化而變化的原件，光越強(qiáng)阻值越小，光越弱阻值越大。光敏電阻器又叫光敏電阻，是利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)制成的一種電阻值隨入射光的強(qiáng)弱而改變的電阻器，一般用于光的測(cè)量、光的控制和光電轉(zhuǎn)換(將光的變化轉(zhuǎn)化為電的變化)。

通常，光敏電阻器都制成薄片結(jié)構(gòu)，以便吸收更多的光能。當(dāng)它受到光的照射時(shí)，半導(dǎo)體片(光敏層)內(nèi)就激發(fā)出電子一空穴對(duì)，參與導(dǎo)電，使電路中電流增強(qiáng)。

2.2.2 駐極體話筒BM

駐極體話筒具有體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、電聲性能好、價(jià)格低的特點(diǎn)，廣泛用于盒式錄音機(jī)、無(wú)線話筒及聲控等電路中。屬于最常用的電容話筒。由于輸入和輸出阻抗很高，所以要在這種話筒外殼內(nèi)設(shè)置一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管作為阻抗轉(zhuǎn)換器，為此駐極體電容式話筒在工作時(shí)需要直流工作電壓。構(gòu)造與原理駐極體話筒由聲電轉(zhuǎn)換和阻抗變換兩部分組成。

聲電轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵元件是駐極體振動(dòng)膜。它是一片極薄的塑料膜片，在其中一面蒸發(fā)上一層純金薄膜。然后再經(jīng)過(guò)高壓電場(chǎng)駐極后，兩面分別駐有異性電荷。膜片的蒸金面向外，與金屬外殼相連通。膜片的另一面與金屬極板之間用薄的絕緣襯圈隔離開(kāi)。這樣，蒸金膜與金屬極板之間就形成一個(gè)電容。當(dāng)駐 極體膜片遇到聲波振動(dòng)時(shí)，引起電容 兩端的電場(chǎng) 發(fā)生變化，從而產(chǎn)生了隨聲波變化而變化的交變電壓。駐極體膜片與金屬極板之間的電容量比較小，一般為幾十pF。因而它的輸出阻抗值很高(Xc=1/2~tfc)，約幾十兆歐以上。這樣高的阻抗是不能直接與音頻放大器相匹配的。所以在話筒內(nèi)接入一只結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體三極管來(lái)進(jìn)行阻抗變換。場(chǎng)效應(yīng)管的特點(diǎn)是輸入阻抗極高、噪聲系數(shù)低。普通場(chǎng)效應(yīng)管有源極(S)、柵極(G)和漏極(D)三個(gè)極。這里使用的是在內(nèi)部源極和柵極間再?gòu)?fù)合一只二極管的專用場(chǎng)效應(yīng)管。接二極管的目的是在場(chǎng)效應(yīng)管受強(qiáng)信號(hào)沖擊時(shí)起保護(hù)作用。場(chǎng)效應(yīng)管的柵極接金屬極板。這樣，駐極體話筒的輸出線便有三根。即源極S，一般用藍(lán)色塑線，漏極D，一般用紅色塑料線和連接金屬外殼的編織屏蔽線。

圖2 駐極體話筒

2.3、駐極體話筒工作原理

駐極體話筒體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，電聲性能好，價(jià)格低廉，應(yīng)用非常廣泛。

高分子極化膜上生產(chǎn)時(shí)就注入了一定的永久電荷(Q)，由于沒(méi)有放電回路，這個(gè)電荷量是不變的，在聲波的作用下，極化膜隨著聲音震動(dòng)，因此和背極的距離也跟著變化，也就是鎖極化膜和背極間的電容是隨聲波變化。

我們知道電容上電荷的公式是Q=C×V，反之V=Q/C也是成立的。駐極體總的電荷量是不變，當(dāng)極板在聲波壓力下后退時(shí)，電容量減小，電容兩極間的電壓就會(huì)成反比的升高，反之電容量增加時(shí)電容兩極間的電壓就會(huì)成反比的降低。最后再通過(guò)阻抗非常高的場(chǎng)效應(yīng)將電容兩端的電壓取出來(lái)，同時(shí)進(jìn)行放大，我們就可以得到和聲音對(duì)應(yīng)的電壓了。由于場(chǎng)效應(yīng)管時(shí)有源器件，需要一定的偏置和電流才可以工作在放大狀態(tài)，因此，駐極體話筒都要加一個(gè)直流偏置才能工作。

2.4、駐極體話筒選配注意

駐極體話筒價(jià)格很低，損壞后做更換處理，關(guān)于駐極體話筒選配要注意以下幾點(diǎn)：

(1)兩根和三根引腳的駐極體話筒之間不能直接替代，一般情況下也不做改動(dòng)電路的代替。

(2)這種話筒沒(méi)有型號(hào)之分，相同引腳數(shù)的話筒可以代替，只是存在性能上的差別。

2.5 555定時(shí)器電路

集成定時(shí)器555電路，是一種數(shù)字、模擬混合型的中規(guī)模集成電路，應(yīng)用十分廣泛。它是一種產(chǎn)生時(shí)間延遲和多種脈沖信號(hào)的電路，由于內(nèi)部電壓

標(biāo)準(zhǔn)使用了三個(gè)5K電阻，故取名555電路。其電路類型有雙極型和CMOS型兩大類，二者的結(jié)構(gòu)和工作原理類似。二者的邏輯功能和引腳排列完全相同，易于互換。

555電路構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，如圖3所示。

圖3 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器[!--empirenews.page--]

555定時(shí)器內(nèi)部電路見(jiàn)圖4所示。

圖4 555定時(shí)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

2.6 74HC123

74HC123是單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。其 RxCx (7,15) 和 Cx 端 (6,14) 接定時(shí)的電阻和電容， 即決定觸發(fā)后 Q 端產(chǎn)生的單脈沖寬度。 Rbar (3,11) 是低電平復(fù)零， 不作復(fù)零時(shí)為高電平。Abar (1,9) 是下降沿觸發(fā)輸入端， 通過(guò) Abar 用負(fù)脈沖觸發(fā)， 不用時(shí)保持高電平。 B (2,10) 是上升沿觸發(fā)輸入端， 通過(guò) B 用正脈沖觸發(fā)， 不用時(shí)置低……Q (5,13) 與 Qbar (4,12) 分別輸出正負(fù)定時(shí)單脈沖。

器件中單穩(wěn)觸發(fā)器作用是不管觸發(fā)信號(hào)持續(xù)多長(zhǎng)時(shí)間，只固定維持外圍阻容給定的一段時(shí)間就恢復(fù)觸發(fā)前狀態(tài)，外圍電阻電容決定單穩(wěn)時(shí)間，因?yàn)橛|發(fā)是由邊緣觸發(fā)，上升或下降沿?？稍儆|發(fā)單穩(wěn)不同之處是前次觸發(fā)后的單穩(wěn)沒(méi)有恢復(fù)觸發(fā)前狀態(tài)而又有觸發(fā)信號(hào)時(shí)，可再觸發(fā)單穩(wěn)將在觸發(fā)邊緣開(kāi)始繼續(xù)維持阻容給定的單穩(wěn)時(shí)間，而單穩(wěn)是不理會(huì)在翻轉(zhuǎn)后的觸發(fā)信號(hào)的。此芯片也可做多諧振蕩器用。

74HC123單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。它有兩種輸入，A為低電平有效，B為高電平有效。有兩種輸出，正好相反。用外接的電阻電容作定時(shí)元件，時(shí)間自己定，比74LS電路易用。 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74HC123及外圍電路來(lái)實(shí)現(xiàn)該功能。74HC123為雙可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)，其輸出脈沖的寬度主要取決于定時(shí)電阻R與定時(shí)電容C，脈寬的計(jì)算為電容值與電阻值的乘積即：WP=R?C，在實(shí)際設(shè)計(jì)中R=5kW，C=80pF，輸出脈寬為400ns、幅度約5V。脈沖快沿放大與射極跟隨輸出電路，主要作用是對(duì)整形與展寬后的觸發(fā)脈沖進(jìn)行加速和放大，以便得到有較高幅度和較快上升沿的脈沖信號(hào)去觸發(fā)場(chǎng)效應(yīng)管2SC3306。

2.7 LM358

LM358里面包括有兩個(gè)高增益、獨(dú)立的、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)碾p運(yùn)放，適用于電壓范圍很寬的單電源，而且也適用于雙電源工作方式，它的應(yīng)用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運(yùn)放的地方使用。

LM358引腳圖及引腳功能

LM358封裝有塑封8引線雙列直插式和貼片式兩種。

LM358的特點(diǎn)：

. 內(nèi)部頻率補(bǔ)償

. 低輸入偏流

. 低輸入失調(diào)電壓和失調(diào)電流

. 共模輸入電壓范圍寬，包括接地

. 差模輸入電壓范圍寬，等于電源電壓范圍

. 直流電壓增益高(約100dB)

. 單位增益頻帶寬(約1MHz)

. 電源電壓范圍寬：?jiǎn)坞娫?3-30V);

. 雙電源(±1.5 一±15V)

. 低功耗電流，適合于電池供電

. 輸出電壓擺幅大(0 至Vcc-1.5V)

三、 硬件電路安裝及調(diào)試

在進(jìn)行硬件安裝的過(guò)程中，我們遇到了很多的問(wèn)題。第一次使用電路板，對(duì)它內(nèi)部的連接并不熟悉，從而出現(xiàn)了很多的錯(cuò)誤。

首先是安裝元件，把他們的位置擺放好。兩兩之間的關(guān)系在電路板上有一個(gè)好的體現(xiàn)，使人一目了然，而且要達(dá)到美觀和線路連接簡(jiǎn)易，盡量用到最少的線，是它看起來(lái)不亂。

然后要做的就是分析電路圖，在電路板上配線，用到的工具有各種鉗子，鑷子等。焊接，一般常用焊錫做焊料。它具有較好的流動(dòng)性和附著性。在一定溫度、濕度及振動(dòng)沖擊下有足夠的機(jī)械強(qiáng)度。而且具有耐腐蝕性，使用方便等優(yōu)點(diǎn)。

焊劑：作用是除去油污，防止焊件受熱氧化，增強(qiáng)焊錫的流動(dòng)性。

常用的電烙鐵有外熱式、內(nèi)熱式和速熱式三種。一般功率不能過(guò)大，若選用的功率過(guò)大，不易掌握火候，很容易使元件過(guò)熱而損壞。

焊點(diǎn)的質(zhì)量直接關(guān)系到整塊電路板能否正常工作，也是每個(gè)操作人員要學(xué)會(huì)并掌握的基本功。

焊接順序及方法

先測(cè)量，作好記錄、清潔、掛錫焊接、最后在檢查測(cè)量。

焊接方法：

1、右手持電烙鐵。左手用尖嘴鉗或鑷子夾持元件或?qū)Ь€。焊接前，電烙鐵要充分預(yù)熱。烙鐵頭刃面上要吃錫，及帶上一定量焊錫。

2、將烙鐵頭刃面緊貼在焊點(diǎn)處。電烙鐵與水平面大約成60度角。以便于熔化的錫從烙鐵頭上流到焊點(diǎn)上。烙鐵頭在焊點(diǎn)處停留的時(shí)間控制在2~3秒鐘。

3、抬開(kāi)烙鐵頭。左手仍持元件不動(dòng)。待焊點(diǎn)處的錫冷卻凝固后，才可松開(kāi)左手。

4、用鑷子轉(zhuǎn)動(dòng)引線，確認(rèn)不松動(dòng)，然后可用偏口鉗剪去多余的引線。

待線路連接好了之后，進(jìn)行調(diào)試。正確的現(xiàn)象是接通電源燈亮一會(huì)熄滅，將光敏電阻遮住，拍一下手，燈亮，過(guò)幾秒之后燈滅。但在我們的設(shè)計(jì)過(guò)程中出現(xiàn)了錯(cuò)誤：首先是線路有短路，沒(méi)有測(cè)量好電路板的內(nèi)部連接，接地線沒(méi)有接到一起。