声光控制楼道灯项目报告

南通航运职业技术学院机电系

模块化课程项目研究报告

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目录

一、引言 . ............................ 2

二、方案论证 ....................... 3

方案一： ............................. 3

方案二 ............................... 4 方案三： .............................. 5

三、器件说明 ....................... 7

1、光敏器件 .......................... 7

2、声控器件 .......................... 8

3、CD4011 ........................... 10

四、原理图及PCB 电路设计 . .... 12

1、原理图绘制 ....................... 12

2、电路板设计 ....................... 12

3、元件清单 ......................... 13

4、注意事项 ......................... 14

五、检查评价 ...................... 15

一、引言

当今社会人们更加注重节能环保，照明这一领域也发生了很大的变化，楼道灯过去一直是采用普通的手动开关控制，对于二层的楼道，可采用双刀双掷开关实现双向控制，对于多层楼道，该方法一般不便使用。常常出现上下楼后不能关闭前一盏灯，会出现“长明灯”现象，这样会造成资源浪费。

近年来，出现了手动的延时关闭的开关，解决了“长明灯”的问题。但该开关仍需要手动开启，仍有局限。另外，由于频繁开关或者人为因素，墙壁开关的损坏率很高，增大维修量，浪了资金。

触摸控制楼道灯是在按钮控制楼道灯的基础上做了一些改善，但触摸感应较差，有时会出现失灵的现象；且触摸式控制楼道灯寿命不长，容易损坏；不管是否工作，全天候都要消耗电能，不能过载，不能轻载；而且被触摸的开关地方由于经过大量的人触摸过，会产生细菌，很不卫生。

声光控制楼道灯属于新型建筑照明系统，楼道灯单灯采用声光控，实现人来灯亮，人走灯灭，节能，降耗，使用方便，性能安全可靠，一次性投资，长期免费使用，可满足住宅楼及办公楼的不同需要。既符合了国家绿色节能建筑的要求，也提升了楼宇建筑的品位。相比于以上两种，明显改善了楼道等公共照明效果，大幅度节省公共照明用电。

二、方案论证

一般声光控制楼道灯的原理很简单，声光即声音与光线，声音的控制是由一个拾音器（俗称话筒）来做传感器的，声音的大小直接可以引起拾音器内金属膜震动，就像我们耳膜一样，震动即引起了电路内电容的变化，声控电路是根据电容的变化来控制开关的。光线就更简单了，里面有一个光敏器件作传感器，光敏器件在不同的光线下电阻是不一样的，光控电路是根据电阻的大小来控制开关的。

方案一：

此声光控制电路主要由六非门IC(TC4069UBP)，光敏器件，压电陶瓷片MIC 和单向晶闸管VTH 等元件组成。系统框图如图所示。

电路工作原理：

与照明电路中白炽灯串联的是经过VD1-VD4整流，R1限流降压，C1滤波后为IC14脚提供约3.2V 的工作电压。白天，光敏器件因受光阻值很低，IC13脚呈低电平，继而使8脚保持低电平，把晶闸管VTH 的G 极拉为低电平，使晶闸管失去触发而截止，照明灯BCD 没有电源通路而熄灭。

黑夜到来，光敏器件失去光照，呈高阻值，但因其一端接地，所以IC13脚仍为低电平。一旦有脚步声等声音信号被MIC 检测到，就有脉冲电压从IC1脚输入，继而使4脚输出正脉冲信号，经C3耦合至13脚，从而在IC 内部各反相器及外围阻容元件的作用下，令8脚输出高电平，再经R2到晶闸管的G 极，触发晶闸管导通，使照明灯BCD 有电源回路而点亮。

方案二：声光控制延时节能电灯电路图, 延时节能电灯电路包括声控, 光控传感元件, 放大器和由555构成的单稳态时电路及降压整流电路。

方案三：此声光控制楼道灯电路中BCD 是被控制的照明灯，单向晶闸管V5和晶体二极管VD1-VD4组成了开关的主回路。CMOS 数字集成电路CD4011与光敏器件和声控器件等组成了自动控制电路：电阻器R7,R8和电容器C3组成了电阻降压滤波电路，输出直流电，供电制电路工作用电。

CD4011声光控制系统框图

电路工作原理：

接通220V 电源，控制电路处于守候状态，与非门U1的两个输入端电压中至少有一个低于其值电平（1/2VDD）, 与非门U2和与非门U4均输出低电平，VS 因无触发信号而阻断，被控电灯BCD 不亮。当夜晚话筒B 接收到附近走路的脚步声或说话声时，三极管VT 输出放大后的音频信号，人器正脉冲电压经与非门U1, 与非门U2整形后，使与非门U2输出高电平。该高电平一面通过VD1向C2充电，一面通过与非门U3整形后控制与非门U4输出高电平，

使VS 导通，BCD 通电自动发光。声响过后，C2通过R5缓慢放电，维持与非门U4继续输出高电平，使EL 延时点亮约1min 。随后，C2两端电压下降至1/2VDD以下。控制电路恢复守候状态，EL 自动熄灭。如果是白天，由于光敏器件，受光照呈现阻值，与RL 相连接的与非门U1输入端为低电平（

结论：

选定方案三, 电路中使用了数字集成电路cd4011，其内部含有4个独立的与非门VD1～VD4，使电路结构简单，工作可靠性高，且成本较低。

三、器件说明

1、光敏器件：

光敏器件是指能将光信号转变为电信号的元件。与发光管配合，可以实现电→光、光→电的相互转换。常见的光敏元件有光敏电阻、光电二极管、光电三极管。

方案三中的光电二极管是由一个PN 结构成的半导体器件。不是用作整流元件，而是通过它把光信号转换为电信号，即它是一种光电转换器件。如图2所示，光电二极管的两管脚有正、负极之分，靠近管键和色点的是正极，另一管脚为负极；较长的一脚为正极，较短的一脚为负极。

光电二极管是在反向电压

下工作的，在黑暗状态下，由于本征激发微弱，反向电流(此时电流称为暗电流) 很小。当有光照时，随着本征激发的增强，少数载流子浓度增加，使得反向电流迅速增大到几十微安，此时的电流称为光电流。光照的强弱变化引起了光电二极管光电流大小的变化，这样就可以很容易地实现光／电信号的转换。在入射光照强

度一定时，光电二极管的反向电流为恒值，与所加反向电压大小基本无关。

光电二极管的检测方法：

(1)用万用表R×l00或R×lk挡，与测普通二极管一样，其正向电阻应为10kΩ左右。

(2)对掉两表笔，使

光电二极管工作在反向

状态．用一物体遮住光电

二极管的透明窗口，测得

的电阻值应接近无穷

大。

(3)去掉遮光物，表笔指针应向右偏转至几千欧处，光线越强．电阻值越小。若测得的正反向电阻都是无穷大或零，说明管子已损坏。

2、声控器件：

驻极体话筒也称驻极体传声器，它是利用驻极体材料制成的一种特殊电容式“声—电”转换器件。其主要特点是体积小、结构简单、频响宽、灵敏度高、耐震动、价格便宜。

驻极体话筒是目前最常用的传声器之一，在各种传声、声控和通信设备（如无线话筒、盒式录音机、声控电灯开关、电话机、手机、多媒体电脑等）中应用非常普遍。电子爱好者在制作或维修各种具有“声—电”转换功能的电路时，不可避免地要跟驻极体话筒打交道，掌握驻极体话筒的识别与正确使用方法是很有必要的。

驻极体话筒的工作原理是这样的：当驻极体膜片遇到声波振动时，就会引起与金属极板间距离的变化，也就是驻极体振动膜片与金属极板之间的电容随着声波变化，进而引起电容两端固有的电场发生变化（U ＝Q/C），从而产生随声波变化而变化的交变电压。由于驻极体膜片与金属极板之间所形成的“电容”容量比较小（一般为几十波法），因而它的输出阻抗值（XC=1/2πfC ）很高，约在几十兆欧以上。这样高的阻抗是不能直接与一般音频放大器的输入端相匹配的，所以在话筒内接入了一只结型场效应晶体三极管来进行阻抗变换。通过输入阻抗非常高的场效应管将“电容”两端的电压取出来，并同时进行放大，就得到了和声波相对应的输出电压信号。

驻极体话筒内部的场效应管为低噪声专用管，它的栅极G 和源极S 之间复合有二极管VD ，参见图1（b ）所示，主要起“抗阻塞”作用。由于场效应管必须工作在合适的外加直流电压下，所以驻极体话筒属于有源器件，即在使用时必须给驻极体话筒加上合适的直流偏置电压，才能保证它正常工作，这是有别于一般普通动圈式、压电陶瓷式话筒之处。

驻极体话筒构成图 如下

内部结构 内部电路

3、CD4011

CD4011选用cmos 数字集成电路CD4011，其里面含有四个独立的与非门电路。

内部结构见图3，vss 是电源的负极，vdd 是电源的正极。可控硅t 选用1 a／400v 的进口单向可控硅1 00-6型，如负载电流大可选用3a 、6a 、10a 等规格的单向可控硅，单向可控硅的外形如图4

所示，它的测量方

法是：用r×1档，将红表笔接可控硅的负极，黑表笔接正极(如印制板图所示) ，这时表针无读数，然后用黑表笔触一下控制极k ，这时表针有读数，黑表笔马上离开控制极k 这时表针仍有读数(注意触控制极时正负表笔是始终连接说明该可控硅是完好的。驻极体选用的是一般收录机用的小话筒，它的测量方法是：用r×100档将红表笔接外壳的s 、黑表笔接d ，这时用口对着驻极体吹气，若表针有摆动说明该驻极体完好，摆动越大灵敏度越高；光敏电阻选用的是625a 型，有光照射时电阻为20k 以下，无光时电阻值大于100mq ，说明该元件是完好的。二极管采用普通的整流二极管

1n4001～1n4007。总之，元件的选择可灵活掌握，参数可在一定范围内选用。其它元件按图1所示的标注即可。

四、原理图及PCB 电路设计

1、原理图绘制

本电路中的四个与非门是复合在一块集成芯片上的，所以涉及到集成芯片复合式元件符号的绘制，一个元件由及部分子件组成。

声光控制楼道灯原理图 2、电路板设计

3、元件清单

Bill of Materials （元件清单） orde r

Part Type

Design Footpr

number （元件类型）

ator （序号）

（标志符） （封装）

1

180K

R1

AXIAL0.4

2 24K R2

AXIAL0.4

3 2M R3

AXIAL0.4

4 120K R4

AXIAL0.4

5 68K R5

AXIAL0.4

6 2M R6

AXIAL0.4

7 6.2M R7

AXIAL0.4

8 30K R8

AXIAL0.4

9 10 11 12 13

POT2 SKQJ 15~25W 100uF/25v 10uF/25v

R9 SK BCD C1 C2

VR5 SK SIP2 RAD0.1 RB.2/.4

RB.2/.4

RAD0.1 RAD0.1 TO-92B DIODE0.4

FLY4 DIODE0.4

DIP14

14 15 16 17 18

100uF/25v 233~333 681 MCR100-8 PHOTO

C3 C4 C5 SJG GMQJ VD1~VD4

VD5 U?

19 4007

20 21

4148 4011

4、注意事项

1、本电路中的四个与非门是复合在一块集成芯片上的，所以涉及到集成芯片复合式元件符号的绘制，一个元件由及部分子件组成。

2、本电路中的声控器件的封装需要自己设计。

3、进行元件封装，将二极管VD1~VD5及光敏器件进行管脚处理，是处理后的管脚在原理图中与PCB 图中的一致。

五、检查评价