基于555定時器的聲光觸摸三控照明電路的設計*

郭慶 吳金飛

摘要：節能減排已成為全球共同的奮斗目標，我國也把節能減排作為基本國策，而照明節能又與我們的日常生活息息相關，特別是在能源趨于匱乏而新能源還沒有得到廣泛利用的今天。本文是結合555定時器的單穩態觸發特性設計的一種以555定時器為核心的聲、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、小區照明燈工程領域可以廣泛推廣應用。

關鍵詞：555定時器;單穩態觸發器;聲光觸摸控制;延時電路

中圖分類號：TM306 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）11-0135-02

1 引言

近些年來，節能減排已成為全球共同的奮斗目標，我國也把節能減排作為基本國策，而照明節能又與我們的日常生活息息相關，特別是在能源趨于匱乏而新能源還沒有得到廣泛利用的今天。照明節能的實現不能靠降低照明標準，而是依靠充分運用現代科技手段調整電路設計達到節約能源的目的。本文將一種以555定時器為核心的聲、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，性能穩定等優點，可以大大提高照明電路的自動化水平，降低常規開關控制帶來的大量電能資源浪費，還具有綠色智能照明等節電節能效果。

2 單穩態觸發器

2.1 555定時器簡介

555定時器是美國Signetics公司1972年研制的用于取代機械式定時器的中規模集成電路，因設計時輸入端有三個5KΩ的電阻而得名。555定時器是一種多用途的數字—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現多諧振蕩器、單穩態觸發器和施密特觸發器等脈沖產生與變換電路。555定時器還可以提供與TTL及CMOS數字電路兼容的接口電平，并能輸出一定功率，驅動微電機，指示燈，揚聲器等小功率電壓負載。由于使用靈活，方便，所以555定時器在波形的產生與變化，儀器與儀表，測量與控制，家用電器，電子玩具等許多領域中得到了廣泛的應用。

2.2 單穩態觸發器電路組成及工作原理

將555定時器的端（2腳）作為觸發信號uI的輸入端，放電端DIS（7腳）和閥值觸發端TH連在一起，通過電阻R 接電源VCC，其DIS（7腳）通過電容C接地，控制端CO（5腳）通過C0（0.01μF）接地，便構成了圖1所示的單穩態觸發器。R和C為定時元件。

該電路觸發信號為負窄脈沖，不加觸發信號時，無論電路原來狀態如何，電路只有一種穩定狀態。此時，uc=0V，u0為低電平。

當輸入uI由高電平躍變到小于VCC的低電平時，由于此時uc=0，使和TH都為低電平，因此u0躍變為高電平，進入暫穩態，這時放電管截止，VCC又經 R向C充電，uc按指數規律上升。在暫穩態期間由輸入電壓uI回到高電平。

當uc電壓上升到VCC時，電輸出uo由高電平躍變到低電平。同時，放電管V飽和導通，電容C經V迅速放電，使uc≈0。電路返回穩定狀態。

由555定時器構成的單穩態觸發器的輸出脈沖寬度tw為暫穩態維持的時間，它實際上為電容上電壓uc由0V充到VCC所需要的時間，可按下式計算：tw=RC Ln3≈1.1RC。

3 電路組成及工作原理

3.1 電路組成

在電路的設計上，主要包括五個組成部分，即電源電路、聲控電路、光控電路、觸摸控制電路、延時和觸發電路。

3.1.1 電源電路

市電交流220V經過降壓變壓器T1后轉換為12V左右低壓交流電，然后經過四只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換為直流電，最后經過濾波電容濾波和三段穩壓器L7805后輸出穩定的+5V的直流電壓，作為控制電路的工作電源。發光二極管LED1是供電的指示燈，用來顯示電源電路供電是否正常，便于用戶檢測。

3.1.2 聲控電路

聲音信號（比如擊掌聲、哨聲、腳步聲等）經過駐極體話筒MK1轉換為較小的電信號后通過C1耦合至三極管Q1進行放大，電阻R1為MK1內部的放大元件提供偏置，電阻R2、R3構成Q1的直流偏置電阻，聲音信號通過Q1集電極的電壓變化送到集成電路CD4011的第1腳進行處理。

3.1.3 光控電路

光信號的檢測由R4和光敏電阻R5組成串聯分壓電路。光信號的強弱經光敏電阻R5轉換為高低電平后送入CD4011的第2腳。

3.1.4 觸摸控制電路

當人體觸摸感應片后，人體從周圍空間感應到的雜波信號將使74LS32的2腳輸入電壓瞬間升高，則其3腳輸出高電平，CD4011的10腳輸出低電平觸發單穩態觸發器進入暫穩態，使其 3腳延時輸出高電平。

3.1.5 延時電路

延時電路由555單穩態觸發器實現。穩態輸出時，555單穩態觸發器3腳輸出低電平;當聲、光、觸摸信號作為輸入量，并且達到了一定值時，555單穩態觸發器2腳即得到負窄脈沖的觸發信號，電路即進入暫穩態，此時3腳輸出翻轉為高電平，單向可控硅導通，燈泡被點亮延時熄滅。暫穩態的維持時間tw=（R7+RP1）C Ln3≈1.1（R7+RP1）C（適當調節可變電阻RP1，也可改變延時時間），之后電路又自動返回到穩定狀態，3腳恢復低電平輸出，單向可控硅截止，燈泡熄滅。

3.1.6 觸發電路

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

通過電路圖分析可知，只要有觸摸信號輸入，不管聲音和光信號如何，單穩態觸發器都工作在暫穩態，輸出高電平，使單向可控硅導通，燈泡點亮延時后熄滅。

在無觸摸信號作用時，電路的工作可分為以下四種情況：

（1）在無光—無聲狀態下，光敏電阻呈高阻狀態，則CD4011的2腳輸入為高電平。駐極體話筒MK1無音頻信號輸出，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。因為此時無觸發信號，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，單穩態觸發器穩態輸出低電平，單向可控硅截止，燈泡熄滅。

（2）在無光—有聲狀態下，光敏電阻呈高阻狀態，則CD4011的2腳輸入為高電平。駐極體話筒MK1有音頻信號輸出，則CD4011的1腳為高電平，3腳輸出低電平，4腳輸出高電平。無論此時有無觸發信號，74ls32的3腳輸出高電平，使得CD4011的10腳輸出低電平，觸發單穩態觸發器進入暫穩態，輸出高電平，單向可控硅導通，燈泡點亮延時熄滅。

（3）在有光—無聲狀態下，光敏電阻呈低阻狀態，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。因為此時無觸發信號，74ls32的3腳輸出低電平，使得CD4011的10腳輸出高電平，單穩態觸發器工作在穩定狀態，輸出低電平，單向可控硅截止，燈泡熄滅。

（4）在有光—有聲狀態下，光敏電阻呈低阻狀態，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。因此時無觸發信號，74ls32的3腳輸出低電平，使得CD4011的10腳輸出高電平，單穩態觸發器工作在穩定狀態，輸出低電平，單向可控硅截止，燈泡熄滅。

因此，本電路設計功能實現了白天或光照較強時，無論有沒有聲音信號輸入，燈保持熄滅;夜晚或光線較暗并且沒有聲音信號時，燈也是熄滅的;夜晚或光線較暗并有聲音信號（足夠大）時，燈即刻點亮，當聲音消失后燈延時點亮一段時間后自動熄滅;但如有特殊情況需要開燈時，可不需考慮光線和聲音信號影響直接通過觸摸控制將燈點亮。

4 結語

本電路是結合集成電路技術設計的，結構簡單、經濟節能，與市面上銷售的聲光控制照明燈相比性能更高、可靠更強、功能更多，更耐用，可在智能樓宇建筑照明，小區等公共照明領域得到廣泛推廣應用。

參考文獻

[1]李源生，蔣然.數字電子技術[M].北京大學出版社，2010（3）.

[2]譚琦耀.基于555電路的單穩態觸摸開關設計[J].煤炭技術，2012（06）：61-62.

[3]王君莉.基于CD4011的聲光控延時節能開關電路系統設計[J].價值工程，2014（30）：59-60.

[4]吳政江.簡易聲、光控制電子開關的設計與制作[J].電子制作，2007（5）：64-65.

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