基于555定時(shí)器的聲光觸摸三控照明電路的設(shè)計(jì)*

郭慶 吳金飛

摘要：節(jié)能減排已成為全球共同的奮斗目標(biāo)，我國(guó)也把節(jié)能減排作為基本國(guó)策，而照明節(jié)能又與我們的日常生活息息相關(guān)，特別是在能源趨于匱乏而新能源還沒(méi)有得到廣泛利用的今天。本文是結(jié)合555定時(shí)器的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)特性設(shè)計(jì)的一種以555定時(shí)器為核心的聲、光、觸摸三控于一體的照明電路。該電路在智能樓宇建筑照明、公共照明、小區(qū)照明燈工程領(lǐng)域可以廣泛推廣應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：555定時(shí)器;單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器;聲光觸摸控制;延時(shí)電路

中圖分類號(hào)：TM306 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2018）11-0135-02

1 引言

近些年來(lái)，節(jié)能減排已成為全球共同的奮斗目標(biāo)，我國(guó)也把節(jié)能減排作為基本國(guó)策，而照明節(jié)能又與我們的日常生活息息相關(guān)，特別是在能源趨于匱乏而新能源還沒(méi)有得到廣泛利用的今天。照明節(jié)能的實(shí)現(xiàn)不能靠降低照明標(biāo)準(zhǔn)，而是依靠充分運(yùn)用現(xiàn)代科技手段調(diào)整電路設(shè)計(jì)達(dá)到節(jié)約能源的目的。本文將一種以555定時(shí)器為核心的聲、光、觸摸三控于一體的照明電路。該電路具有耗能低，制造成本低，性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，可以大大提高照明電路的自動(dòng)化水平，降低常規(guī)開(kāi)關(guān)控制帶來(lái)的大量電能資源浪費(fèi)，還具有綠色智能照明等節(jié)電節(jié)能效果。

2 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

2.1 555定時(shí)器簡(jiǎn)介

555定時(shí)器是美國(guó)Signetics公司1972年研制的用于取代機(jī)械式定時(shí)器的中規(guī)模集成電路，因設(shè)計(jì)時(shí)輸入端有三個(gè)5KΩ的電阻而得名。555定時(shí)器是一種多用途的數(shù)字—模擬混合集成電路。只需要外接少量阻容元件就可以方便實(shí)現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。555定時(shí)器還可以提供與TTL及CMOS數(shù)字電路兼容的接口電平，并能輸出一定功率，驅(qū)動(dòng)微電機(jī)，指示燈，揚(yáng)聲器等小功率電壓負(fù)載。由于使用靈活，方便，所以555定時(shí)器在波形的產(chǎn)生與變化，儀器與儀表，測(cè)量與控制，家用電器，電子玩具等許多領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。

2.2 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路組成及工作原理

將555定時(shí)器的端（2腳）作為觸發(fā)信號(hào)uI的輸入端，放電端DIS（7腳）和閥值觸發(fā)端TH連在一起，通過(guò)電阻R 接電源VCC，其DIS（7腳）通過(guò)電容C接地，控制端CO（5腳）通過(guò)C0（0.01μF）接地，便構(gòu)成了圖1所示的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。R和C為定時(shí)元件。

該電路觸發(fā)信號(hào)為負(fù)窄脈沖，不加觸發(fā)信號(hào)時(shí)，無(wú)論電路原來(lái)狀態(tài)如何，電路只有一種穩(wěn)定狀態(tài)。此時(shí)，uc=0V，u0為低電平。

當(dāng)輸入uI由高電平躍變到小于VCC的低電平時(shí)，由于此時(shí)uc=0，使和TH都為低電平，因此u0躍變?yōu)楦唠娖剑M(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)，這時(shí)放電管截止，VCC又經(jīng) R向C充電，uc按指數(shù)規(guī)律上升。在暫穩(wěn)態(tài)期間由輸入電壓uI回到高電平。

當(dāng)uc電壓上升到VCC時(shí)，電輸出uo由高電平躍變到低電平。同時(shí)，放電管V飽和導(dǎo)通，電容C經(jīng)V迅速放電，使uc≈0。電路返回穩(wěn)定狀態(tài)。

由555定時(shí)器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸出脈沖寬度tw為暫穩(wěn)態(tài)維持的時(shí)間，它實(shí)際上為電容上電壓uc由0V充到VCC所需要的時(shí)間，可按下式計(jì)算：tw=RC Ln3≈1.1RC。

3 電路組成及工作原理

3.1 電路組成

在電路的設(shè)計(jì)上，主要包括五個(gè)組成部分，即電源電路、聲控電路、光控電路、觸摸控制電路、延時(shí)和觸發(fā)電路。

3.1.1 電源電路

市電交流220V經(jīng)過(guò)降壓變壓器T1后轉(zhuǎn)換為12V左右低壓交流電，然后經(jīng)過(guò)四只IN4007整流二極管組成的全波整流電路后，將降壓后的交流電轉(zhuǎn)換為直流電，最后經(jīng)過(guò)濾波電容濾波和三段穩(wěn)壓器L7805后輸出穩(wěn)定的+5V的直流電壓，作為控制電路的工作電源。發(fā)光二極管LED1是供電的指示燈，用來(lái)顯示電源電路供電是否正常，便于用戶檢測(cè)。

3.1.2 聲控電路

聲音信號(hào)（比如擊掌聲、哨聲、腳步聲等）經(jīng)過(guò)駐極體話筒MK1轉(zhuǎn)換為較小的電信號(hào)后通過(guò)C1耦合至三極管Q1進(jìn)行放大，電阻R1為MK1內(nèi)部的放大元件提供偏置，電阻R2、R3構(gòu)成Q1的直流偏置電阻，聲音信號(hào)通過(guò)Q1集電極的電壓變化送到集成電路CD4011的第1腳進(jìn)行處理。

3.1.3 光控電路

光信號(hào)的檢測(cè)由R4和光敏電阻R5組成串聯(lián)分壓電路。光信號(hào)的強(qiáng)弱經(jīng)光敏電阻R5轉(zhuǎn)換為高低電平后送入CD4011的第2腳。

3.1.4 觸摸控制電路

當(dāng)人體觸摸感應(yīng)片后，人體從周圍空間感應(yīng)到的雜波信號(hào)將使74LS32的2腳輸入電壓瞬間升高，則其3腳輸出高電平，CD4011的10腳輸出低電平觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)，使其 3腳延時(shí)輸出高電平。

3.1.5 延時(shí)電路

延時(shí)電路由555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)。穩(wěn)態(tài)輸出時(shí)，555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器3腳輸出低電平;當(dāng)聲、光、觸摸信號(hào)作為輸入量，并且達(dá)到了一定值時(shí)，555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器2腳即得到負(fù)窄脈沖的觸發(fā)信號(hào)，電路即進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)，此時(shí)3腳輸出翻轉(zhuǎn)為高電平，單向可控硅導(dǎo)通，燈泡被點(diǎn)亮延時(shí)熄滅。暫穩(wěn)態(tài)的維持時(shí)間tw=（R7+RP1）C Ln3≈1.1（R7+RP1）C（適當(dāng)調(diào)節(jié)可變電阻RP1，也可改變延時(shí)時(shí)間），之后電路又自動(dòng)返回到穩(wěn)定狀態(tài)，3腳恢復(fù)低電平輸出，單向可控硅截止，燈泡熄滅。

3.1.6 觸發(fā)電路

由電阻和單向可控硅組成，其作用是控制燈的亮滅。

3.2 電路工作原理

通過(guò)電路圖分析可知，只要有觸摸信號(hào)輸入，不管聲音和光信號(hào)如何，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器都工作在暫穩(wěn)態(tài)，輸出高電平，使單向可控硅導(dǎo)通，燈泡點(diǎn)亮延時(shí)后熄滅。

在無(wú)觸摸信號(hào)作用時(shí)，電路的工作可分為以下四種情況：

（1）在無(wú)光—無(wú)聲狀態(tài)下，光敏電阻呈高阻狀態(tài)，則CD4011的2腳輸入為高電平。駐極體話筒MK1無(wú)音頻信號(hào)輸出，則CD4011的1腳輸入為低電平，3腳輸出高電平，4腳輸出低電平。因?yàn)榇藭r(shí)無(wú)觸發(fā)信號(hào)，則74ls32的1腳和2腳輸入都為低電平，其3腳輸出低電平，使得CD4011的10腳輸出高電平，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器穩(wěn)態(tài)輸出低電平，單向可控硅截止，燈泡熄滅。

（2）在無(wú)光—有聲狀態(tài)下，光敏電阻呈高阻狀態(tài)，則CD4011的2腳輸入為高電平。駐極體話筒MK1有音頻信號(hào)輸出，則CD4011的1腳為高電平，3腳輸出低電平，4腳輸出高電平。無(wú)論此時(shí)有無(wú)觸發(fā)信號(hào)，74ls32的3腳輸出高電平，使得CD4011的10腳輸出低電平，觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)，輸出高電平，單向可控硅導(dǎo)通，燈泡點(diǎn)亮延時(shí)熄滅。

（3）在有光—無(wú)聲狀態(tài)下，光敏電阻呈低阻狀態(tài)，則CD4011的2腳輸入為低電平。CD4011的1腳為低電平，3腳輸出高電平，4腳輸出低電平。因?yàn)榇藭r(shí)無(wú)觸發(fā)信號(hào)，74ls32的3腳輸出低電平，使得CD4011的10腳輸出高電平，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器工作在穩(wěn)定狀態(tài)，輸出低電平，單向可控硅截止，燈泡熄滅。

（4）在有光—有聲狀態(tài)下，光敏電阻呈低阻狀態(tài)，則CD4011的2腳輸入為低電平。CD4011的1腳為高電平，3腳輸出高電平，4腳輸出低電平。因此時(shí)無(wú)觸發(fā)信號(hào)，74ls32的3腳輸出低電平，使得CD4011的10腳輸出高電平，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器工作在穩(wěn)定狀態(tài)，輸出低電平，單向可控硅截止，燈泡熄滅。

因此，本電路設(shè)計(jì)功能實(shí)現(xiàn)了白天或光照較強(qiáng)時(shí)，無(wú)論有沒(méi)有聲音信號(hào)輸入，燈保持熄滅;夜晚或光線較暗并且沒(méi)有聲音信號(hào)時(shí)，燈也是熄滅的;夜晚或光線較暗并有聲音信號(hào)（足夠大）時(shí)，燈即刻點(diǎn)亮，當(dāng)聲音消失后燈延時(shí)點(diǎn)亮一段時(shí)間后自動(dòng)熄滅;但如有特殊情況需要開(kāi)燈時(shí)，可不需考慮光線和聲音信號(hào)影響直接通過(guò)觸摸控制將燈點(diǎn)亮。

4 結(jié)語(yǔ)

本電路是結(jié)合集成電路技術(shù)設(shè)計(jì)的，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)節(jié)能，與市面上銷售的聲光控制照明燈相比性能更高、可靠更強(qiáng)、功能更多，更耐用，可在智能樓宇建筑照明，小區(qū)等公共照明領(lǐng)域得到廣泛推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

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Design of Acousto-optic Touch Three-Control Lighting Circuit Based on 555 Timer

GUO Qing1，WU Jin-fei2

（1.Liaoning Provincial College of Communications，Shenyang Liaoning 110122;

2.Shenyang Louder Electric Apparatus Limited Company，Shenyang Liaoning 110122）

Abstract：Energy conservation and emission reduction have become the common goal of the world. China also regards energy conservation and emission reduction as the basic national policy， and lighting energy conservation is closely related to our daily life， especially when energy is scarce and new energy has not been widely used. Nowadays. This paper is a lighting circuit that combines the sound， light and touch of the 555 timer with the 555 timer as the core. The circuit can be widely applied in the field of intelligent building architectural lighting， public lighting， and community lighting engineering.

Key words：555 timer;monostable trigger;acousto-optic touch control;delay circuit