安徽巢湖學(xué)院機(jī)械與電子工程學(xué)院 李素平
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聲光控制延時(shí)開關(guān)電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)
安徽巢湖學(xué)院機(jī)械與電子工程學(xué)院 李素平
【摘要】一個(gè)替代傳統(tǒng)手動(dòng)開關(guān)的受聲、光雙重控制的電子開關(guān)主要由電源電路、檢音電路、感光電路、延時(shí)電路及控制電路組成。光控電路通過光敏電阻對(duì)外界光照強(qiáng)度進(jìn)行檢測:白天或光線較亮?xí)r,光敏電阻阻值較高,通過控制電路使開關(guān)斷開。當(dāng)聲音信號(hào)達(dá)到一定大小,且夜晚或光線比較暗時(shí),燈會(huì)自動(dòng)導(dǎo)通點(diǎn)亮,聲音信號(hào)消失后延時(shí)點(diǎn)亮一段時(shí)間再自動(dòng)關(guān)斷。電路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單,克服了現(xiàn)有聲光控制開關(guān)成本高、體積大等缺點(diǎn),同時(shí)還大大減少了維修量,節(jié)約了資金是家庭及公共場所理想的照明開關(guān),特別適用于樓梯、走廊、倉庫、廁所等公共場所的照明自動(dòng)控制。
【關(guān)鍵詞】聲光控制;電子開關(guān);檢音電路;感光電路;放大電路;延時(shí)電路
聲光控制指利用聲音信號(hào)以及光照的變化來控制電路實(shí)現(xiàn)特定功能的一種電子學(xué)控制方法。聲光控制延時(shí)開關(guān)電路是一種內(nèi)無接觸點(diǎn),當(dāng)夜晚或光線較暗時(shí),采用聲響效果激發(fā)駐極體話筒將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)控制開關(guān)導(dǎo)通并延時(shí)一段時(shí)間的節(jié)能電子開關(guān)[1]。聲光控制延時(shí)開關(guān)電路具有體積較小,外形大方簡潔,制作簡單,工作穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn),而且能耗低,節(jié)能環(huán)保是當(dāng)今世界的主要潮流。
聲音控制系統(tǒng)就是通過線性元件(例如駐極體話筒)將采集到的外界聲音信號(hào)轉(zhuǎn)化為能夠檢測的電信號(hào),再通過放大電路將微弱的聲音電信號(hào)放大,對(duì)放大后的信號(hào)進(jìn)行處理從而控制其它裝置實(shí)現(xiàn)聲音控制的功能。本系統(tǒng)中,利用駐極體話筒將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)[2-3],然后通過直接耦合放大器放大,與感光電路轉(zhuǎn)化來的電信號(hào)一起,通過開關(guān)電路控制開關(guān)的開啟或關(guān)閉。
光強(qiáng)控制系統(tǒng)就是通過線性元件(例如光敏電阻或光敏二極管)將采集到的外界光強(qiáng)信號(hào)轉(zhuǎn)化為能夠檢測的電信號(hào),再通過放大電路將微弱的電信號(hào)放大,對(duì)放大信號(hào)進(jìn)行處理從而控制其它裝置實(shí)現(xiàn)光強(qiáng)控制的功能。本系統(tǒng)中,利用光敏電阻將外界光強(qiáng)信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào),然后與聲控電路轉(zhuǎn)化來的電信號(hào)一起送入后續(xù)開關(guān)電路,通過開關(guān)電路達(dá)到控制開關(guān)的閉合或關(guān)斷的目的。
2.1電路系統(tǒng)原理框圖
聲光控制延時(shí)節(jié)電開關(guān)電路就是利用聲音信號(hào)和光強(qiáng)來控制電路的導(dǎo)通和關(guān)斷,從而實(shí)現(xiàn)燈的亮和滅。整個(gè)系統(tǒng)的工作原理是:降壓整流電路將220V市電經(jīng)整流降壓濾波后輸出約為10V的直流電為其后的聲控電路、延時(shí)電路及整個(gè)電路系統(tǒng)提供所需的直流工作電壓。當(dāng)聲音信號(hào)達(dá)到一定大小,且夜晚或光線比較暗時(shí),檢音電路和感光電路將聲光信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號(hào)傳送給控制電路,控制燈處于亮的狀態(tài),同時(shí)送給延時(shí)電路延時(shí)信息,在聲音信號(hào)消失后延時(shí)點(diǎn)亮一段時(shí)間再自動(dòng)關(guān)斷。白天或光照較強(qiáng)時(shí),檢音電路和感光電路將聲光信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號(hào)傳送給控制電路,控制燈處于滅的狀態(tài)。因此,聲光控制延時(shí)節(jié)電開關(guān)電路的功能就是通過專門的感應(yīng)器件將聲音信號(hào)、光強(qiáng)信號(hào)分別轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào),進(jìn)而控制開關(guān)閉合與關(guān)斷[4-5]。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。
圖1 系統(tǒng)原理框圖
2.2電路仿真原理圖(見圖2)
由于Proteus仿真軟件中沒有光敏電阻,因此利用100M和20K的兩個(gè)普通電阻和單刀雙擲開關(guān)代替光敏電阻。白天或光照較強(qiáng)時(shí),光敏電阻阻值較小,開關(guān)接20K電阻。夜晚或光照較暗時(shí),光敏電阻阻值較大,開關(guān)接100M電阻。駐極體話筒Proteus仿真軟件中也沒有,用信號(hào)源V1和開關(guān)代替,開關(guān)斷開,表征燈滅,表示聲音信號(hào)較小或沒有聲音信號(hào)輸入的狀態(tài),開關(guān)閉合,表征燈亮,表示聲音信號(hào)較大或有聲音信號(hào)輸入,且夜晚或光線比較暗的狀態(tài)。
2.3電源電路設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)電源電路有很多種方法,常用的有橋式整流電路、三端穩(wěn)壓器穩(wěn)壓電路、穩(wěn)壓二極管電路、電容降壓整流電路等[6]。本設(shè)計(jì)目的是獲得10V的直流電壓,綜合電路復(fù)雜性、器材經(jīng)濟(jì)性等各方面的因素,本設(shè)計(jì)利用4個(gè)1N4007二極管搭建成橋式整流電路,如圖3所示。
圖2 電路仿真原理圖
圖3 橋式整流電路
圖4 延時(shí)電路
2.4延時(shí)電路設(shè)計(jì)
現(xiàn)實(shí)生活中,路燈應(yīng)該點(diǎn)亮一段時(shí)間直到人走遠(yuǎn)時(shí)才能熄滅,所以電路應(yīng)該有延時(shí)部分。設(shè)計(jì)采用電容和電阻并聯(lián)組成的RC電路進(jìn)行延時(shí)。當(dāng)夜晚或光線較暗且有聲音時(shí),電容充電,聲音信號(hào)消失后電容放電,燈繼續(xù)點(diǎn)亮一段時(shí)間,如此時(shí)開關(guān)閉合,電容迅速放電,燈很快熄滅。延時(shí)時(shí)間與電容容量和電阻阻值有關(guān),為了可調(diào)解延時(shí)時(shí)間,可利用開關(guān)選擇不同阻值的電阻[7-8]。本設(shè)計(jì)為了簡便起見,只增加了一個(gè)2MΩ的電阻,當(dāng)然也可多增加幾個(gè)不同阻值電阻的來獲得不同的延時(shí)時(shí)間。電阻延時(shí)時(shí)間理論值為:
延時(shí)電路圖如圖4所示。
2.5控制電路設(shè)計(jì)
開關(guān)控制電路如圖5所示,由集成電路CD4011、電阻R10和可控硅U3組成??煽毓璧淖饔镁褪强刂崎_關(guān)的通斷,其中CD4011為四-二輸入與非門集成電路。
控制電路工作原理:白天或光照較強(qiáng)時(shí),此時(shí)即使有聲音信號(hào)輸入,通過CD4011后可控硅始終無正向門極觸發(fā)電流,可控硅不導(dǎo)通,燈不亮;晚上或光照較暗時(shí),感光電路工作,當(dāng)有聲音信號(hào)時(shí),檢音電路也工作,二者共同作用使可控硅有正向門極觸發(fā)電流,可控硅導(dǎo)通,燈點(diǎn)亮[9-10]。
圖5 控制電路
3.1印刷電路圖
繪制好電路原理圖并利用軟件檢查無誤后可轉(zhuǎn)換為印刷電路圖,為焊接實(shí)物或做成PCB提供條件。
列出元器件清單可為焊接實(shí)物采購做準(zhǔn)備,省去不必要的麻煩。其中光敏電阻選用的是MG45,其亮電阻約為5.5K,暗電阻約2M;駐極體話筒型號(hào)是EM-B9760UL,靈敏度為-50dB±3dB,兩線制。
3.2實(shí)物調(diào)試
利用前面繪制的電路原理圖和印刷電路圖,就可以焊接實(shí)物。按照從左到右,自上而下的順序依次為檢音電路、放大電路、感光電路、控制電路、濾波穩(wěn)壓電路、延時(shí)電路、整流電路。焊接完成并經(jīng)過檢測后,進(jìn)行功能測試達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo):白天或光線較強(qiáng)時(shí),不管有無聲音信號(hào)輸入,燈始終不亮;夜晚或光線較暗且沒有聲音信號(hào)時(shí),燈不亮;夜晚或光線較暗且有聲音信號(hào)時(shí),燈立即點(diǎn)亮,且當(dāng)聲音信號(hào)消失后燈延時(shí)點(diǎn)亮一段時(shí)間才熄滅。
本電路系統(tǒng)的目的是設(shè)計(jì)一個(gè)聲光控制延時(shí)開關(guān)電路,要求電路簡單、經(jīng)濟(jì)節(jié)能、具有可行性。電路的功能是:白天或光照較強(qiáng)時(shí),不管有無聲音信號(hào),燈都不亮;夜晚或光照較暗時(shí),只要聲音足夠大就點(diǎn)亮,且聲息消失后仍持續(xù)一段時(shí)間燈才熄滅。電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)達(dá)到了所有性能指標(biāo),但是本電路仍有一些地方有待改進(jìn)。如該電路具有延時(shí)功能卻無法顯示延時(shí)時(shí)間,不過現(xiàn)在的電路比較實(shí)用,加上延時(shí)時(shí)間顯示裝置后系統(tǒng)的成本比較大,考慮成本因素的話可以不考慮此功能。
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