基于电子技术的声光控制照明电路设计

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【摘 要】声光控制照明电路由电源电路、声电转换电路、放大电路、处理电路、光电转换电路及控制电路组成.文中设计了各电路原理图,进行了元件参数选择,阐述了声光控制照明电路的性能、适用范围及工作原理.电路节电效果明显,可适用于住宅区、工厂、办公楼、教学楼等公共场所.

【关 键 词】声电转换电路,光电转换电路,声光双控,电子技术

Abstract：Soundandlight-controlledlightingcircuitposedbythepowercircuit,theacoustic-electricconversioncircuit,amplifiercircuit,aprocessingcircuit,aphotoelectricconversioncircuitandacontrolcircuit.Thispaperisdesignedforeachcircuitdiagramandponentparameters,Itdescribestheperformance、thescopeandprincipleofsoundandlightcontrollightingcircuits.Ithasobvioussingeffect,canapplicabletoresidentialareas,factories,officebuildings,schoolbuildingsandotherpublicplaces.

Keyword：Acoustic-electricconversioncircuit,photoelectricconversioncircuit,soundandlightdualcontrol,electronictechnology

1.绪论

随着时代的发展,城市现代化建设步伐不断加快,能源的供需矛盾也越来越突出,节电节能、绿色照明的要求越来越迫切.在学校、机关、厂矿企业等单位的公共场所以及居民区的公共楼道,长明灯现象十分普遍,这造成了能源的极大浪费.用声光双控路灯代替住宅小区楼道上的开关路灯,只有在天黑以后,当有人走过楼梯通道,发出脚步声或其他声音时,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.声光控制路灯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.

2.总体方案设计

图1原理框图

声源产生的声音信号,经声电转换器后转换成微弱的电信号,该信号经放大后送处理器,处理器将幅度、频率不同的一群声波信号转换成一次状态改变的控制信号,与光电信号一起输入控制电路.当白天或傍晚光线较亮时,光控部分将开关自动关断,声控部分不起作用.当光线较暗时,光控部分将开关自动打开,电路的通断受控于声控部分.当声强达到一定程度时,电路自动接通,点亮照明灯,并开始延时,延时时间到,开关自动关断,照明灯熄灭.

3.电路设计与参数选择

3.1电源电路的设计与分析

3.1.1电源电路的设计

直流稳压电源一般由降压器、整流器、滤波器和稳压器四大部分组成.为了既可以达到设计要求的目的又要尽量使电路简洁经济,本设计使用稳压二极管作为稳压电路,输出为+9V的稳压直流电源电路如图2所示.

图2电源电路

降压稳流部分由R1C1、全桥电路QD和滤波电容C2组成,经DW稳压后得到+9V的电压,为路灯控制电路提供了工作电压.

3.1.2元器件的选择与参数的计算

（1）桥式整流电路

,所以QD的反向击穿电压选用1A300V以上的器件,以确保安全.

（2）稳压二极管

本设计采用+9V稳压直流电源,所以采用比较常用的2CW57,稳定电压为8.5～9.5V,稳定电流为10mA,最大稳定电流为26mA,反向漏电流≤0.5mA,动态电阻20Ω,最大耗散功率0.25W.

（3）降压电容

为保证降压电容可靠工作,其耐压选择应大于两倍的电源电压,选用耐压400V以上的金属化纸介电容器,大小为0.47.泄放电阻的选择必须保证在要求的时间内泄放掉降压电容上的电荷,泄放电阻选560kΩ.

（4）其它元器件

滤波器主要由电容C2组成.按RC时间常数近似等于3～5倍电源半周期估算,可选择R2为200Ω,C2为220.C3为滤波电容,选择47大小.

3.2信号放大整形电路的设计与分析

3.2.1电路的设计

图3信号放大整形电路图

拾音器采用电压蜂鸣器HTD35A-1,当有音响作用到压电陶瓷片上时,声震导致的绕曲变形就会产生相应的电效应.由于声＼电效应较小,设计了VT1,VT2,直耦式音频放大器,将信号放大,并由D2,D3,C7倍压整流再经T3倒相放大,触发单稳态电路.

3.2.2元器件的选择与参数计算

（1）压电蜂鸣器HTD35A-1

声电传感器是一种能将声波的振动转换为电压和电流输出的声电转换元件.本设计采用灵敏度高、结构简单、价格便宜的压电陶瓷片作为声电传感器.

谐振频率：2.9KHz,谐振电阻≤150Ω,电容量<,40000pF（性能参数）,

金属片直径D：35mm,陶瓷片直径d：25mm,总厚度t：0.（尺寸）.

（2）其它元器件VT1管选用85,β的值不少于150倍.VT2和VT3用9014或3DG8型硅NPN小功率晶体管,要求电流放大系数β≥100.

D2和D3的选择没有特殊要求,一般元器件即可.其它电阻与电容的阻值选择如下：R4等于430k,R5等于4.3k：R6等于2.7k,R7等于1.8k,R8等于5.6k,等于4.7,C5等于10,C6等于10,C7等于0.68.

3.3控制电路的设计与分析

3.3.1电路的设计（如图4所示）

555和R9、C8、VT4、VT5等组成光控单稳态电路,即利用光敏三极管对不同光照呈现的阻抗不同,对时基电路555的4脚进行高低电平的控制,或处于等待触发状态,或处于强制复位状态.当白天或傍晚光线较亮时单稳态触发器输出低电平处于强制复位状态,此时不管2脚有多大的触发电平,555均不会翻转置位.可控硅不会触发倒通,电灯无电不亮.夜晚光线较暗时,555的4脚呈高位,使555触发器处于单稳态触发状态,此时如果有声响,经拾音,放大,倍压整流后,触发单稳态触发器,使其由稳态翻转到暂稳态,输出高电平,可控硅触发倒通,电灯亮,并延时一段时间.图示电路的单稳态时间为120s,即电灯点亮后2分钟熄灭.

图4控制电路

（上接第27页）

3.3.2元器件的选择与参数计算

电路中三极管VT4选择3DK2,由于本设计要求路灯点亮后延时2分钟后自动熄灭,则在单稳态触发电路中定时元件R9与C8需满足,则选R9等于1.1M,C8等于100.

电路中其它电阻值的选择如下：R10等于22K,R11等于20K,R3等于300,电容是滤波电容,故选择C9等于0.01的小电容,滤掉高频干扰.

3.4光电传感器及开关电路的选择

3.4.1光电传感器

本设计采用简单经济的光敏三极管3DU5实现光电转换.3DU5的性能参数如下：光谱响应范围500～1000,最高工作电压6～8V（ID小于额定允许值）,暗电流ID（A）2.0（在最高工作电压RL等于1000Ω条件下）,光电流IL（mA）1（在照度1000lx、U等于10V、RL等于0Ω下）,响应时间<,10-5s,最大使用功率2000Mw.

3.4.2开关

本设计采用双向可控硅实现开关控制,选择额定通态电流为1A,断态重复峰值电压为400V的3CTS1双向可控硅.

3CTS1的参数如下：（Tamb等于25℃）

a.断态重复峰值电压（VDRM）：400V,

b.通态平均电流（IT（））：1A,

c.通态不重复浪涌电流（IT）：10A,

d.通态峰值电压（VTM）：1.7V（ITM等于1.2A）,

e.断态重复峰值电流（IDRM）：100A（VDRM等于

400V,RGK等于1kΩ）,

f.维持电流（IH）：50mA（VD等于12V,IGT等于0.1A）,

g.控制极触发电流（IGT）：10～50mA,

h.控制极触发电压（VGT）：1.5V.

4.总电路图（如图5所示）

电路可实现白天灯泡不亮晚上遇到声响时,通过声控电路使灯泡自动点亮,并延时一段时间后自动熄灭的功能.