基于電子技術的聲光控制照明電路設計

【摘要】聲光控制照明電路由電源電路、聲電轉換電路、放大電路、處理電路、光電轉換電路及控制電路組成。文中設計了各電路原理圖，進行了元件參數選擇，闡述了聲光控制照明電路的性能、適用范圍及工作原理。電路節電效果明顯，可適用于住宅區、工廠、辦公樓、教學樓等公共場所。

【關鍵詞】聲電轉換電路;光電轉換電路;聲光雙控;電子技術

Abstract：Sound and light-controlled lighting circuit composed by the power circuit，the acoustic-electric conversion circuit，amplifier circuit，a processing circuit，a photoelectric conversion circuit and a control circuit.This paper is designed for each circuit diagram and component parameters，It describes the performance、the scope and principle of sound and light control lighting circuits.It has obvious saving effect，can applicable to residential areas，factories，office buildings，school buildings and other public places.

Keyword：Acoustic-electric conversion circuit;photoelectric conversion circuit;sound and light dual control;electronic technology

1.緒論

隨著時代的發展，城市現代化建設步伐不斷加快，能源的供需矛盾也越來越突出，節電節能、綠色照明的要求越來越迫切。在學校、機關、廠礦企業等單位的公共場所以及居民區的公共樓道，長明燈現象十分普遍，這造成了能源的極大浪費。用聲光雙控路燈代替住宅小區樓道上的開關路燈，只有在天黑以后，當有人走過樓梯通道，發出腳步聲或其他聲音時，樓道燈會自動點亮，提供照明，當人們進入家門或走出公寓，樓道燈延時幾分鐘后會自動熄滅。在白天，即使有聲音，樓道燈也不會亮，可以達到節能的目的。聲光控制路燈不僅適用于住宅區的樓道，而且也適用于工廠，辦公樓，教學樓等公共場所。

2.總體方案設計

圖1 原理框圖

聲源產生的聲音信號，經聲電轉換器后轉換成微弱的電信號，該信號經放大后送處理器，處理器將幅度、頻率不同的一群聲波信號轉換成一次狀態改變的控制信號，與光電信號一起輸入控制電路。當白天或傍晚光線較亮時，光控部分將開關自動關斷，聲控部分不起作用。當光線較暗時，光控部分將開關自動打開，電路的通斷受控于聲控部分。當聲強達到一定程度時，電路自動接通，點亮照明燈，并開始延時，延時時間到，開關自動關斷，照明燈熄滅。

3.電路設計與參數選擇

3.1 電源電路的設計與分析

3.1.1 電源電路的設計

直流穩壓電源一般由降壓器、整流器、濾波器和穩壓器四大部分組成。為了既可以達到設計要求的目的又要盡量使電路簡潔經濟，本設計使用穩壓二極管作為穩壓電路，輸出為+9V的穩壓直流電源電路如圖2所示。

圖2 電源電路

降壓穩流部分由R1C1、全橋電路QD和濾波電容C2組成，經DW穩壓后得到+9V的電壓，為路燈控制電路提供了工作電壓。

3.1.2 元器件的選擇與參數的計算

（1）橋式整流電路

，所以QD的反向擊穿電壓選用1A300V以上的器件，以確保安全。

（2）穩壓二極管

本設計采用+9V穩壓直流電源，所以采用比較常用的2CW57，穩定電壓為8.5～9.5V，穩定電流為10mA，最大穩定電流為26mA，反向漏電流≤0.5mA，動態電阻20Ω，最大耗散功率0.25W。

（3）降壓電容

為保證降壓電容可靠工作，其耐壓選擇應大于兩倍的電源電壓，選用耐壓400V以上的金屬化紙介電容器，大小為0.47?。泄放電阻的選擇必須保證在要求的時間內泄放掉降壓電容上的電荷，泄放電阻選560kΩ。

（4）其它元器件

濾波器主要由電容C2組成。按RC時間常數近似等于3～5倍電源半周期估算，可選擇R2為200Ω，C2為220?。C3為濾波電容，選擇47?大小。

3.2 信號放大整形電路的設計與分析

3.2.1 電路的設計

圖3 信號放大整形電路圖

拾音器采用電壓蜂鳴器HTD35A-1，當有音響作用到壓電陶瓷片上時，聲震導致的繞曲變形就會產生相應的電效應。由于聲＼電效應較小，設計了VT1，VT2，直耦式音頻放大器，將信號放大，并由D2，D3，C7 倍壓整流再經T3倒相放大，觸發單穩態電路。

3.2.2 元器件的選擇與參數計算

（1）壓電蜂鳴器HTD35A-1

聲電傳感器是一種能將聲波的振動轉換為電壓和電流輸出的聲電轉換元件。本設計采用靈敏度高、結構簡單、價格便宜的壓電陶瓷片作為聲電傳感器。

諧振頻率：2.9KHz;諧振電阻≤150Ω;電容量<40000pF（性能參數）;

金屬片直徑D：35mm;陶瓷片直徑d：25mm;總厚度t：0.55mm（尺寸）。

（2）其它元器件

VT1管選用C485，β的值不少于150倍。VT2和VT3用9014或3DG8型硅NPN小功率晶體管，要求電流放大系數β≥100。

D2和D3的選擇沒有特殊要求，一般元器件即可。其它電阻與電容的阻值選擇如下：R4=430k;R5=4.3k：R6=2.7k;R7=1.8k;R8=5.6k;C4=4.7?;C5=10?;C6=10?;C7=0.68?。

3.3 控制電路的設計與分析

3.3.1 電路的設計（如圖4所示）

555和R9、C8、VT4、VT5等組成光控單穩態電路，即利用光敏三極管對不同光照呈現的阻抗不同，對時基電路555的4腳進行高低電平的控制，或處于等待觸發狀態，或處于強制復位狀態。當白天或傍晚光線較亮時單穩態觸發器輸出低電平處于強制復位狀態，此時不管2腳有多大的觸發電平，555均不會翻轉置位。可控硅不會觸發倒通，電燈無電不亮。夜晚光線較暗時，555的4腳呈高位，使555觸發器處于單穩態觸發狀態，此時如果有聲響，經拾音，放大，倍壓整流后，觸發單穩態觸發器，使其由穩態翻轉到暫穩態，輸出高電平，可控硅觸發倒通，電燈亮，并延時一段時間。圖示電路的單穩態時間為120s，即電燈點亮后2分鐘熄滅。

圖4 控制電路

（上接第27頁）

3.3.2 元器件的選擇與參數計算

電路中三極管VT4選擇3DK2;由于本設計要求路燈點亮后延時2分鐘后自動熄滅，則在單穩態觸發電路中定時元件R9與C8需滿足;則選R9=1.1M;C8=100?。

電路中其它電阻值的選擇如下：R10=22K;R11=20K;R3=300;電容是濾波電容，故選擇C9=0.01?的小電容，濾掉高頻干擾。

3.4 光電傳感器及開關電路的選擇

3.4.1 光電傳感器

本設計采用簡單經濟的光敏三極管3DU5實現光電轉換。3DU5的性能參數如下：光譜響應范圍500～1000;最高工作電壓6～8V（ID小于額定允許值）;暗電流ID（?A）≦2.0（在最高工作電壓RL=1000Ω條件下）;光電流IL（mA）≧1（在照度1000lx、U=10V、RL=0Ω下）;響應時間<10-5s;最大使用功率2000Mw。

3.4.2 開關

本設計采用雙向可控硅實現開關控制，選擇額定通態電流為1A，斷態重復峰值電壓為400V的3CTS1雙向可控硅。

3CTS1的參數如下：（Tamb=25℃）

a.斷態重復峰值電壓（VDRM）：400V;

b.通態平均電流（IT（AV））：1A;

c.通態不重復浪涌電流（ITSM）：10A;

d.通態峰值電壓（VTM）：1.7V（ITM=1.2A）;

e.斷態重復峰值電流（IDRM）：100A（VDRM=

400V;RGK=1kΩ）;

f.維持電流（IH）：50mA（VD=12V;IGT=0.1A）;

g.控制極觸發電流（IGT）：10～50mA;

h.控制極觸發電壓（VGT）：1.5V。

4.總電路圖（如圖5所示）

電路可實現白天燈泡不亮晚上遇到聲響時，通過聲控電路使燈泡自動點亮，并延時一段時間后自動熄滅的功能。

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作者簡介：賀廉云（1966—），女，德州學院機電工程系教授，主要從事模糊控制系統與非線性控制系統的研究。