聲光控制延時開關電路系統設計

安徽巢湖學院機械與電子工程學院 李素平

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聲光控制延時開關電路系統設計

安徽巢湖學院機械與電子工程學院 李素平

【摘要】一個替代傳統手動開關的受聲、光雙重控制的電子開關主要由電源電路、檢音電路、感光電路、延時電路及控制電路組成。光控電路通過光敏電阻對外界光照強度進行檢測：白天或光線較亮時，光敏電阻阻值較高，通過控制電路使開關斷開。當聲音信號達到一定大小，且夜晚或光線比較暗時，燈會自動導通點亮，聲音信號消失后延時點亮一段時間再自動關斷。電路系統結構簡單，克服了現有聲光控制開關成本高、體積大等缺點，同時還大大減少了維修量，節約了資金是家庭及公共場所理想的照明開關，特別適用于樓梯、走廊、倉庫、廁所等公共場所的照明自動控制。

【關鍵詞】聲光控制；電子開關；檢音電路；感光電路；放大電路；延時電路

引言

聲光控制指利用聲音信號以及光照的變化來控制電路實現特定功能的一種電子學控制方法。聲光控制延時開關電路是一種內無接觸點，當夜晚或光線較暗時，采用聲響效果激發駐極體話筒將聲音信號轉換為電信號控制開關導通并延時一段時間的節能電子開關［1］。聲光控制延時開關電路具有體積較小，外形大方簡潔，制作簡單，工作穩定等優點，而且能耗低，節能環保是當今世界的主要潮流。

1.聲光控制原理

聲音控制系統就是通過線性元件（例如駐極體話筒）將采集到的外界聲音信號轉化為能夠檢測的電信號，再通過放大電路將微弱的聲音電信號放大，對放大后的信號進行處理從而控制其它裝置實現聲音控制的功能。本系統中，利用駐極體話筒將聲音信號轉化為電信號［2-3］，然后通過直接耦合放大器放大，與感光電路轉化來的電信號一起，通過開關電路控制開關的開啟或關閉。

光強控制系統就是通過線性元件（例如光敏電阻或光敏二極管）將采集到的外界光強信號轉化為能夠檢測的電信號，再通過放大電路將微弱的電信號放大，對放大信號進行處理從而控制其它裝置實現光強控制的功能。本系統中，利用光敏電阻將外界光強信號轉化為電信號，然后與聲控電路轉化來的電信號一起送入后續開關電路，通過開關電路達到控制開關的閉合或關斷的目的。

2.電路系統總體設計

2.1電路系統原理框圖

聲光控制延時節電開關電路就是利用聲音信號和光強來控制電路的導通和關斷，從而實現燈的亮和滅。整個系統的工作原理是：降壓整流電路將220V市電經整流降壓濾波后輸出約為10V的直流電為其后的聲控電路、延時電路及整個電路系統提供所需的直流工作電壓。當聲音信號達到一定大小，且夜晚或光線比較暗時，檢音電路和感光電路將聲光信號轉換為相應的電信號傳送給控制電路，控制燈處于亮的狀態，同時送給延時電路延時信息，在聲音信號消失后延時點亮一段時間再自動關斷。白天或光照較強時，檢音電路和感光電路將聲光信號轉換為相應的電信號傳送給控制電路，控制燈處于滅的狀態。因此，聲光控制延時節電開關電路的功能就是通過專門的感應器件將聲音信號、光強信號分別轉變為電信號，進而控制開關閉合與關斷［4-5］。該系統結構圖如圖1所示。

圖1　系統原理框圖

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的兩個普通電阻和單刀雙擲開關代替光敏電阻。白天或光照較強時，光敏電阻阻值較小，開關接20K電阻。夜晚或光照較暗時，光敏電阻阻值較大，開關接100M電阻。駐極體話筒Proteus仿真軟件中也沒有，用信號源V1和開關代替，開關斷開，表征燈滅，表示聲音信號較小或沒有聲音信號輸入的狀態，開關閉合，表征燈亮，表示聲音信號較大或有聲音信號輸入，且夜晚或光線比較暗的狀態。

2.3電源電路設計

設計電源電路有很多種方法，常用的有橋式整流電路、三端穩壓器穩壓電路、穩壓二極管電路、電容降壓整流電路等［6］。本設計目的是獲得10V的直流電壓，綜合電路復雜性、器材經濟性等各方面的因素，本設計利用4個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　延時電路

2.4延時電路設計

現實生活中，路燈應該點亮一段時間直到人走遠時才能熄滅，所以電路應該有延時部分。設計采用電容和電阻并聯組成的RC電路進行延時。當夜晚或光線較暗且有聲音時，電容充電，聲音信號消失后電容放電，燈繼續點亮一段時間，如此時開關閉合，電容迅速放電，燈很快熄滅。延時時間與電容容量和電阻阻值有關，為了可調解延時時間，可利用開關選擇不同阻值的電阻［7-8］。本設計為了簡便起見，只增加了一個2MΩ的電阻，當然也可多增加幾個不同阻值電阻的來獲得不同的延時時間。電阻延時時間理論值為：

延時電路圖如圖4所示。

2.5控制電路設計

開關控制電路如圖5所示，由集成電路CD4011、電阻R10和可控硅U3組成。可控硅的作用就是控制開關的通斷，其中CD4011為四-二輸入與非門集成電路。

控制電路工作原理：白天或光照較強時，此時即使有聲音信號輸入，通過CD4011后可控硅始終無正向門極觸發電流，可控硅不導通，燈不亮；晚上或光照較暗時，感光電路工作，當有聲音信號時，檢音電路也工作，二者共同作用使可控硅有正向門極觸發電流，可控硅導通，燈點亮［9-10］。

圖5　控制電路

3.印刷電路圖及調試

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換為印刷電路圖，為焊接實物或做成PCB提供條件。

列出元器件清單可為焊接實物采購做準備，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；駐極體話筒型號是EM-B9760UL，靈敏度為-50dB±3dB，兩線制。

3.2實物調試

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、濾波穩壓電路、延時電路、整流電路。焊接完成并經過檢測后，進行功能測試達到設計指標：白天或光線較強時，不管有無聲音信號輸入，燈始終不亮；夜晚或光線較暗且沒有聲音信號時，燈不亮；夜晚或光線較暗且有聲音信號時，燈立即點亮，且當聲音信號消失后燈延時點亮一段時間才熄滅。

4.結束

本電路系統的目的是設計一個聲光控制延時開關電路，要求電路簡單、經濟節能、具有可行性。電路的功能是：白天或光照較強時，不管有無聲音信號，燈都不亮；夜晚或光照較暗時，只要聲音足夠大就點亮，且聲息消失后仍持續一段時間燈才熄滅。電路系統設計達到了所有性能指標，但是本電路仍有一些地方有待改進。如該電路具有延時功能卻無法顯示延時時間，不過現在的電路比較實用，加上延時時間顯示裝置后系統的成本比較大，考慮成本因素的話可以不考慮此功能。

參考文獻

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