声、光、触摸三控时延照明灯电路论文

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1、电子工程学踪电子产品创作设计课程项目设计论文题目声、光、触摸三控时延照明等电路院系： 电子工程学院班级： 020813_ 班_作者：0208124102081242 沈广海02081243王璞02081244张小伟西安电子科技大学声、光、触摸三控时延照明灯电摘要：声光触摸控制照明灯开关，能自动控制白天开关、夜 晚亮灯、人走灯灭。具有灵敏、低耗、性能稳定、使用寿命长、 节能等特点。这里介绍声、光控制自动延时节能开关,综合了声、 光和延时控制、工作稳定、节电并可延长灯泡寿命。在白天或光 线较强的场合即使有较大的振动声响也能控制灯泡不亮;晚上或 光线较暗时遇到声响、振动后灯自动点亮,经过约一分钟（时

2、间可 设定）自动可用于楼梯、厕所等公共场所照明灯的自动管理。本 文阐述了简单的声光触摸控制照明灯开关的制作。选择声敏传感 器、光敏传感器和磁敏传感器作为基本元件。光敏电阻,声控传 感器和触摸传感器三种传感器形成了声控、光控和触摸三种控制 的电路板。利用布局和布线规则完成了电路板的制作。实现了电 子开关的三种控制，实验结果实现了灯的控制。【关键词】传感器，声控，光控，触摸,节能，方便AbstractSound and light touch control lighting switches, automatic control can be switched during the day, n

3、ight lighting, and eliminate people of lights. But here is sound, light energy-saving delay automatic control switches, integrated sound, light and delay control, the stability, power and extend lamp life. In the daytime or light even if there are more occasions larger vibration noise can also contr

4、ol light bulb does not shine; evening or low light encountered sound, vibration lit after the lights automatically after about one minute (time can be set) can be used to automatically stairs, toilets and other public facilities lighting automatic management.In this paper a simple touch of acousto-o

5、ptic lighting control switch production. Photosensitive resistors, sensors and touch sensors voice three sensor formed a voice, optical and touch-control of the three circuit boards. Use layout and routing rules of the circuit board production. Implementation of the electronic switch control of the

6、three experimental results achieved lamp control.【Key Words】sensor, voice, optical control, touch, energy saving, convenient目录摘要 2Abstract3绪论 5第 1 章 方案论证 6第 2 章 电路的工作原理 82.1 声控原理 82.2 光控原理 92.3 触摸控制原理 10第三章电路板的焊接、调试及故障分析113.1 焊接113.2 调试及故障分析14结论15 参考文献 15绪论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 往出现许多灯泡点亮

7、长明的现象,故使灯泡寿命短,浪费电量,为国家、单位、个 人造成经济损失。另外，由于频繁开关或其他人为因素，墙壁开关的损坏率很高， 既增大了维修量、浪费了资金，又容易造成事故隐患。因此，设计研制一种电路 新颖、安全节电、结构简单、安装方便的声光双控白炽灯节能自动开关显得相当 有必要。使公共场所和居民居住区的公共楼道灯在白天时不亮，晚上闻声自亮， 待人走后，几十秒后自动关闭，既方便，又省电。以往的声控开关大多都是应用 模拟电子技术进行设计，分立元件多，不可靠，如今单片机技术已经相当成熟， 运用单片机可以设计出智能型的声控开关，电路设计好后，运用软件编程来实现 其功能，灵活方便，修改简单。目前许多声

8、控开关的平均使用寿命不长，主要是 因为电路作频繁的开关，启动电流非常大，导致功率元件可控硅由于过载而损坏。 本文中采用开关电压过零保护技术，可消除白炽灯开启瞬间的大电流冲击，有效 地防止可控硅元件启动时的电流过载，大大地延长了开关的使用寿命，并且可以 起到保护灯泡的作用。第1章方案的论证本例介绍的声、光、触摸三控照明灯（二）是一款简单、实用的照明灯控制电路，即可以由 声、光控制，也可以由人体触摸控制。将该装置安装在楼道、走廊或卫生间等场所，在夜间 光线暗时，有人走动或发声时，灯会自动点亮并延时数分钟后方自动熄灭。在白天，若触摸 电极片M,则照明灯也会受触发而点亮。工作原理声、光、触摸三控照明灯

9、（二）的电路原理图如图所示，整个控制电路由电源、声控制、光控制、触摸控制、延时、继电器驱动等电路部分组成。交流220V电压经电源变压器T降压、整流桥堆UR整流、C4滤波及IC1稳压后，在C5两 端产生5V直流电压，供给继电器和整个控制电路使用。芦、光触換二控照明灯（二）电路原理圏 注：谨圏腺口蚕:苕丈献门接通电源后，整个控制电路工作在待机状态，非门D5输出低电平，使晶体管VT截止, 继电器K的常开触点不吸合，照明灯EL不亮。当有人走近照明灯或有声响发出时，传声器BM将声音信号变换成电信号，此电信号经 非门D1构成的交流线性放大器放大后，经非门D2反相后输出高电平，使非门D3的输出端变 为低电平

10、，二极管VDl导通，非门D5的输出端变为高电平，使晶体管VT饱和导通，继电器 K的常开触点K1吸合，照明灯EL发光。在白天，即使有人脚步声或其他声响，也不会有高电平加人非门D3的输人端，因为光 敏电阻器RL受光照而电阻值变小，非门D3的输人端始终为低电平，输出端也保持高电平， 二极管VDI和晶体管VT均处于截止状态，照明灯EL不亮。夜晚，光敏电阻器RL的电阻值 变大，此时若传声器BM拾取到声音信号，则会有高电平加至非门D3的输人端，使二极管VDI 和晶体管VT导通，继电器K的常开触点吸合，照明灯EL点亮。不管白天和夜间，只要用手触摸电极片M后，人体感应信号将使非门D4的输人端变为 高电平，其输

11、出端变为低电平，又使二极管VD2导通，非门D5的输人端变为低电平，输出端 变为高电平，晶体管VT饱和导通，K1吸合，照明灯EL点亮。在二极管VDI或VDZ导通瞬间，电容器C3通过VDI或VD2被迅速充电，非门D5的输入 端立即为低电平；当非门D3或D4的输出端由低电平变为高电平（随后又同时变为低电平） 使VDI或VD2截止时，电容器C3通过电阻器R5缓慢放电，使非门D5的输人端仍维持一段时 间的低电平，照明灯EL不会马上熄灭，直到C3放电结束，D5输入端变为高电平，输出端变 为低电平，晶体管VT截止，继电器K释放，照明灯EL才熄灭。元器件选择IC1选用LM7805型三端集成稳压器；IC2选用C

12、D4069型六非门数字集成电路。VT选用9013或8050型硅NPN中功率晶体管，要求电流放大系数B100。UR选用2A, 50V整流桥堆，或用四只1N5401硅整流二极管桥式连接后代替。VD1一 VD3均选用1N4148开关二极管。C1和C2选用CL11-63V型涤纶电容器；C3一 C5均选用CD11-16V型电解电容器。RL选用MG45-13或MG45-33型光敏电阻器。其余各电阻器选用RTX-1/4W碳膜电阻器。RPl选用WH7-A型立式微调电位器。BM选用CM-18W型高灵敏度驻极体传声器。T选用220V/6V、low优质成品电源变压器，要求长时间空载运行不过热。第2章电路的工作原理2

13、.1设计中的电路功能介绍2.1声控原理声控原理如图2图a为声控电路部分，由图b声音感应、放大电路和图c单稳态电路构成。 图（4）中三极管VT2、VT3及其电阻、电容器组成了单稳态电路。电阻R3为 三极管VT2提供了基极电流；而三极管VT3的基极电流则是从三极管VT2的集 电极电阻R4上得到的。三极管VT2集电极与三极管VT3基极之间是直接耦合 的；而三极管VT3集电极与三极管VT2基极之间的耦合则是由电容器C2来完 成的。电阻R4是三极管VT2的集电极负载，三极管VT3的集电极负载是电阻R5。 单稳态电路的特点是它只有一个稳定状态。电路在没有信号输入时，选择合理的 R3使三极管VT2稳定在饱和

14、状态，此时它的集电极电压约为0.3V以下。这样使 三极管VT3稳定在截止状态。这就是单稳态电路的稳定状态。当一个负脉冲通 过C1到达三极管VT2的基极时,三极管VT2开始趋向截止，它的集电极电流减小, 集电极电压升高；经过直接耦合，使三极管VT3的基极电压升高,三极管VT3开 始导通，它的集电极电压下降；经电容C2的藕合又使三极管VT2的基极电压进 一步下降（虽然这时负脉冲已经不再存在），形成一个正反馈,很快达到一个新的状 态。此时三极管VT2截止,三极管VT3饱和导通。这就是单稳态电路的暂稳态现 象。单稳态电路的暂稳态是不能持久的。在暂稳态期间,电容器C2通过电阻R3 进行放电，随着放电的进

15、行,三极管VT2的基极电压逐渐升高，当它达到0.5V以上 时,三极管VT2开始导通，正反馈现象再次发生,整个电路很快又回到VT2饱和导 通,VT3截止的稳定状态。电容C2通过电阻R3的放电过程决定了电路暂稳态的 维持时间。根据计算，这个时间t =0.7 XR3XC2。在本电路中电阻R3为510KQ, 电容C2为47 口 F所以t17s.根据这个公式改变电阻R3或电容C2的参数，可以延长或缩短电路的延迟时间。电路复原后，电容器C2通过电阻R5和三极管VT2 的发射结进行充电。充电完成后电路才可以接收下一次的触发。电路中的B是 一只驻极体传声器，它能将声音信号转变为电信号。信号较微弱，只有通过由三

16、极管vt1组成的放大器把微弱的信号进行放大后，才能去触发单稳驻极体传声器压所转换的电路。放大后信号中的负脉冲作用在三极管VT2的基极上时，可以 使单稳态电路翻转在哇路的稳态过程 管VT3 的集电极为高电 管VT4没有导通，继电器不工作。极管vt2的基极受到负脉冲的作用而截止，单稳态电路处在了暂态的过程中。这 时三极管VT3导通,它的集电极电压下降，导致与它连接的三极管VT4也导通，继 电器吸合，LED电路导通从而灯亮。2.2触摸控制原理F,单稳态电Li极管VT2导通,三极管VT3截止。三极 了三极管VT4是PNP型三极管，所以三极 旦有外界的声音来触发电路，单稳态电路中三触摸控制原理在搞懂单稳

17、态电路原理的基础上，很好的利用单稳态电路的性 质尝试了触摸控制的实现，经试验得到了两个点可以通过触摸来控制的即R6电 阻两端（VT3的集电极和VT4的基极），取的是VT4基极，这样有利于我焊接 分布元件。如图（5）,当人体触摸A点时，人体感应电压使得VT4的基极电压 降低，VT4导通。继电器吸合，LED发光。其熄灭原理与声控电路相同。图（6）2.3 光控原理光敏二极管性质：当有光照时（达到一定强度）相当于断路，当无光照时， 相当于导线。如图（6）当有光照D2时，三极管VT6的基极与R10的交叉点断 路，VT6截止，从而VT5也截止。当无光照时，VT6导通，其集电极电压接入 VT5基极使其导通，

18、VT5发射极的电压触发继电器吸合。LED电路通路。（之所 以这样设计，是为了直接实现光控功能。也可以将光控作为电路的总开关。）第三章电路板的焊接、调试及故障分析电路板的焊接安装时首先将电阻焊到电路板上,然后依次将三极管、发光二 极管、光敏二极管、开关、电解电容、555定时器焊到电路板上(在电路板上的 高度由低到高依次焊接),注意电解电容器的极性和三极管的管脚排列。只要元 器件正确,焊接可靠,电路基本不再需调整就可以工作了。首次通电，继电器会吸 合。当灯熄灭后，可以拍手使灯亮，也可以触摸图钉A使灯亮，这两种方法点亮 灯后约17秒(t=0.7XR3XC2=16.779)后灯自动熄掉，可以调节R3或

19、C2控制 亮灯时间。三、电路工作原理 1、声控原理3.1 焊接3.1.1 印刷板的设计要求1、正确这是印制板设计最基本、最重要的要求，准确实现电原理图的连接关系，避 免出现“短路”和“断路”这两个简单而致命的错误。这一基本要求在手工设计 和用简单CAD软件设计的PCB中并不容易做到，一般的产品都要经过两轮以上试 制修改，功能较强的CAD软件则有检验功能，可以保证电气连接的正确性。2、可靠这是PCB设计中较高一层的要求。连接正确的电路板不一定可靠性好，例 如板材选择不合理，板厚及安装固定不正确，元器件布局布线不当等都可能导致 PCB不能可靠地工作，早期失效甚至根本不能正确工作。再如多层板和单、双

20、面 板相比，设计时要容易得多，但就可靠而言却不如单、双面板。从可靠性的角度 讲，结构越简单，使用面越小，板子层数越少，可靠性越高。3、合理这是PCB设计中更深一层，更不容易达到的要求。一个印制板组件，从印 制板的制造、检验、装配、调试到整机装配、调试，直到使用维修，无不与印制 板的合理与否息息相关，例如板子形状选得不好加工困难，引线孔太小装配困难， 没留试点高度困难，板外连接选择不当维修困难等等。每一个困难都可能导致成 本增加，工时延长。而每一个造成困难的原因都源于设计者的失误。没有绝对合 理的设计，只有不断合理化的过程。它需要设计者的责任心和严谨的作风，以及 实践中为断总结、提高的经验。4、

21、经济这是一个不难达到、又不易达到，但必须达到的目标。说“不难”，板材选 低价，板子尺寸尽量小，连接用直焊导线，表面涂覆用最便宜的，选择价格最低 的加工厂等等，印制板制造价格就会下降。但是不要忘记，这些廉价的选择可能 造成工艺性，可靠性变差，使制造费用、维修费用上升，总体经济性不一定分理 处，因此说“不易”。“必须”则是市场竞争的原则。竞争是无情的，一个原理 先进，技术高新的产品可能因为经济性原因夭折。体会：1、要有合理的走向：如输入/输出，交流/直流，强/弱信号，高频/低频， 高压/低压等，它们的走向应该是呈线形的（或分离），不得相互交融。其目的是 防止相互干扰。最好的走向是按直线，但一般不易

22、实现，最不利的走向是环形， 所幸的是可以设隔离带来改善。对于是直流，小信号，低电压 PCB 设计的要求可 以低些。所以“合理”是相对的。2、选择好接地点：小小的接地点不知有多少工程技术人员对它做过多少论 述，足见其重要性。一般情况下要求共点地，如：前向放大器的多条地线应汇合 后再与干线地相连等等。现实中，因受各种限制很难完全办到，但应尽力遵循。 这个问题在实际中是相当灵活的。每个人都有自己的一套解决方案。如能针对具 体的电路板来解释就容易理解。3、合理布置电源滤波/退耦电容：一般在原理图中仅画出若干电源滤波/退 耦电容，但未指出它们各自应接于何处。其实这些电容是为开关器件（门电路） 或其它需要

23、滤波/退耦的部件而设置的，布置这些电容就应尽量靠近这些元部件， 离得太远就没有作用了。有趣的是，当电源滤波/退耦电容布置的合理时，接地 点的问题就显得不那么明显。4、线条有讲究：有条件做宽的线决不做细；高压及高频线应园滑，不得有 尖锐的倒角，拐弯也不得采用直角。地线应尽量宽，最好使用大面积敷铜，这对 接地点问题有相当大的改善。3.1.2 印刷板的线路设计1.电源线设计根据印制线路板电流的大小，尽量加租电源线宽度，减少环路电阻。同时、 使电源线、地线的走向和数据传递的方向一致，这样有助于增强抗噪声能 力。2.地线设计的原则（1）数字地与模拟地分开。若线路板上既有逻辑电路又有线性电路，应使它 们尽

24、量分开。低频电路的地应尽量采用单点并联接地，实际布线有困难时可部分 串联后再并联接地。高频电路宜采用多点串联接地，地线应短而租，高频元件周 围尽量用栅格状大面积地 箔。（2）接地线应尽量加粗。若接地线用很纫的线条，则接地电位随电流的变化 而变化，使抗噪性能降低。因此应将接地线加粗，使它能通过三倍于印制板上的 允许电流。如有可能，接地线应在 23mm 以上。（3）接地线构成闭环路。只由数字电路组成的印制板，其接地电路布成团环 路大多能提高抗噪声能力。3.1.3 印刷板的焊接设计1 手工焊接方法手工焊接是传统的焊接方法，虽然批量电子产品生产已较少采用手工焊接 了，但对电子产品的维修、调试中不可避免

25、地还会用到手工焊接。焊接质量的好 坏也直接影响到维修效果。手工焊接是一项实践性很强的技能,在了解一般方法 后,要多练;多实践,才能有较好的焊接质量。手工焊接握电烙铁的方法,有正握、反握及握笔式三种。焊接元器件及维修 电路板时以握笔式较为方便。手工焊接一般分四步骤进行。准备焊接:清洁被焊元件处的积尘及油污, 再将被焊元器件周围的元器件左右掰一掰,让电烙铁头可以触到被焊元器件的焊 锡处,以免烙铁头伸向焊接处时烫坏其他元器件。焊接新的元器件时,应对元器件 的引线镀锡。加热焊接:将沾有少许焊锡和松香的电烙铁头接触被焊元器件约 几秒钟。若是要拆下印刷板上的元器件,则待烙铁头加热后,用手或银子轻轻拉动 元

26、器件，看是否可以取下。清理焊接面:若所焊部位焊锡过多，可将烙铁头上的 焊锡甩掉（注意不要烫伤皮肤,也不要甩到印刷电路板上!）,用光烙锡头沾些焊 锡出来。若焊点焊锡过少、不圆滑时,可以用电烙铁头蘸些焊锡对焊点进行补 焊。检查焊点:看焊点是否圆润、光亮、牢固，是否有与周围元器件连焊的现象。3 造成焊接质量不高的常见原因（1）焊锡用量过多，形成焊点的锡堆积；焊锡过少，不足以包裹焊点。冷焊。焊接时烙铁温度过低或加热时间不足，焊锡未完全熔化、浸润、焊锡表面 不光亮（不光滑），有细小裂纹（如同豆腐渣一样!）。（2）夹松香焊接，焊锡与元器件或印刷板之间夹杂着一层松香，造成电连接不良。 若夹杂加热不足的松香，

27、则焊点下有一层黄褐色松香膜；若加热温度太高，则焊点 下有一层碳化松香的黑色膜。对于有加热不足的松香膜的情况,可以用烙铁进行 补焊。对于已形成黑膜的,则要吃净焊锡,清洁被焊元器件或印刷板表面,重新 进行焊接才行。（3）焊锡连桥。指焊锡量过多,造成元器件的焊点之间短路。这在对超小元器件 及细小印刷电路板进行焊接时要尤为注意。（4）焊剂过量,焊点明围松香残渣很多。当少量松香残留时,可以用电烙铁再轻 轻加热一下,让松香挥发掉,也可以用蘸有无水酒精的棉球,擦去多余的松香或焊 剂。（5）焊点表面的焊锡形成尖锐的突尖。这多是由于加热温度不足或焊剂过少, 以及烙铁离开焊点时角度不当浩成的。3.2 调试及故障分

28、析 电路的调试在起初选用三个控制电路的时候，三个电路的工作电压是不同 的。触摸与声控合并后，难点就在于光控与其他两个电路的整合（将三个信号直 接控制继电器吸合的信号加在一个控制点）。当时在实验的时候，第一次灯控电 路直接无效，无法实现光控功能。作出几种假设：一、光控电路放大信号不足以使继电器吸合。二、单稳态电路间接影响了 VT5 发射极的电试，经多次调节两个电路电阻， 最后可以光控，但光控同样会被单稳态电路锁定 17 秒。而与预想的控制不同。 这个原因很明显，光控电路触发了单稳态电路，使其稳定状态受破坏LED的发 光情况间接的由单稳态电路控制。用万用表测各节点电压发现：在声控和触摸都 没激发单

29、稳态的时候，光控信号一旦过大，VT5发射极的高电平信号将直接加在 VT4 的集电极，这样可能是使单稳态电路的稳态被破坏的直接原因。通过多次控 制D2的进光量观察，最后解决了电路的融合。还有在刚开始进行声控电路调试 时，须很大的声音才可以触发LED发光，很明显，声音信号的放大还不够触发单 稳态电路。肯定是放大电路放大不够，然后翻开以前的模电书找到放大电路的章 节。重新设置了 R1和R2,起初由于设置阻值不合理，光控电路会被锁定。多次 调节测试找到了一个适中的声控点。在整个过程中还遇到了很多细小的问题，在 此就不再细说了。结论本文详细介绍了通过详细介绍了声光触摸控制电子开关的工作原理和作用， 在分

30、析声光触摸控制电子开关特性的基础上，结合电路的工作原理，设计出声光 触摸控制电子开关，了解并掌握了声光触摸控制电子开关的制作方法以及其用 途，完成了题目的要求，实现了电路的功能。参考文献1 .何希才编传感器技术及应用北京航空航天大学出版社2005年 21-232 .赵家贵编传感器电路设计手册中国计量出版社 2002年 50-703 .王俊杰编检测技术与仪表武汉理工大学出版社 2002年 20-264 .电工与电子技术基础 周元兴 机械工业出版社 15-205 .光电实验及光电课程设计陈羽 20-306 .无限电子 http:/www.W7 .吴政江简易声、光控制电子开关的设计与制作 电子制作 2005.058 .赵阳 声光控制延时只夭电路肋设计与翻乍 电子制作 2007.109 .焦中平 照明灯声光控制电路及制作 科教文汇 2007.5