設計一款美觀(guān)節能的樓道聲光控制照明燈

　　一、引言

　　光控電路在城市路燈或樓道照明中有著(zhù)至關(guān)重要的作用，采用光控電路，可以根據光線(xiàn)的強弱來(lái)自動(dòng)開(kāi)啟和關(guān)閉照明燈，做到無(wú)人自動(dòng)控制，可以減輕工人的勞動(dòng)強度，有效的節約能源。但光控電路有其缺陷，就是夜晚無(wú)光線(xiàn)的時(shí)候，照明燈將一直工作著(zhù)，這樣會(huì )造成資源的浪費，也會(huì )縮短照明燈的壽命。

　　這時(shí)若在光控電路的基礎上添加一個(gè)聲控電路，使得照明電路在無(wú)光線(xiàn)的時(shí)候，只受聲音的控制，當有腳步聲或其它較強聲響的時(shí)候，照明電路自動(dòng)工作。當聲音消失的時(shí)候，照明燈自動(dòng)熄滅，這就需要在光控電路和聲控電路聯(lián)合工作的條件下添加一個(gè)延時(shí)電路，使照明燈點(diǎn)亮后，延時(shí)一定時(shí)間后自動(dòng)熄滅。

　　本文設計的聲光控制照明燈，該電路夜間有聲音信號時(shí)，照明燈（用LED發(fā)光管模擬）點(diǎn)亮；無(wú)聲時(shí)延遲5秒后熄滅；如聲音間隔小于5秒，則LED持續點(diǎn)亮。白天有聲無(wú)聲均不點(diǎn)亮。這款小巧美觀(guān)又實(shí)用節能，可以用蚊釘固定在自家門(mén)口也可以安裝在走廊上，還可以用在廠(chǎng)房，建筑工地。

　　使用這種照明電路，人們就不必在黑暗中摸索開(kāi)關(guān)，也不必再擔心點(diǎn)長(cháng)明燈費電和損壞燈泡了。夜間只要有腳步聲或其它較強的聲響時(shí)，燈便自動(dòng)點(diǎn)亮，延時(shí)一定時(shí)間后自動(dòng)熄滅。特別適用自動(dòng)控制路燈照明以及走廊和樓道等處的短時(shí)照明。

　　二、 樓道聲控燈電路設計

　　2.1樓道聲控燈的基本原理

　　該電路由聲控電路、光控電路及放大電路、單穩態(tài)延時(shí)電路組成，下面對其功能進(jìn)行逐一分析并確定電路結構。

　　光控電路是根據光線(xiàn)的強弱來(lái)優(yōu)先決定電燈的亮滅。聲音信號由駐極體話(huà)筒BM接收，經(jīng)過(guò)反比放大，放大的信號送到NE555定時(shí)器的2,6腳。該電路可以對聲控延時(shí)電路進(jìn)行控制，在白天光線(xiàn)較強時(shí)，該電路在光控電路的作用下，處于關(guān)閉狀態(tài)，對任何聲音信號都不響應，在晚上光線(xiàn)較弱時(shí)，光控電路將該電路的功能打開(kāi)，使得該電路能根據外界聲音信號做出相應的響應。NE555定時(shí)器的輸出去控制74HC123聲控延時(shí)電路。該電路主要在光線(xiàn)較弱時(shí)起作用。這主要是通過(guò)光控電路的輸出來(lái)控制的。

圖1 樓道聲控燈電路圖

　　2.2元器件的介紹

　　器件清單

表1 器件清單

　　2.2.1 電阻器

　　電阻器的種類(lèi)有很多，通常分為三大類(lèi)：固定電阻、可變電阻、特種電阻。

　　光敏電阻是一種電阻值隨外界光照強弱（明暗）變化而變化的原件，光越強阻值越小，光越弱阻值越大。光敏電阻器又叫光敏電阻，是利用半導體的光電效應制成的一種電阻值隨入射光的強弱而改變的電阻器，一般用于光的測量、光的控制和光電轉換（將光的變化轉化為電的變化）。

　　通常，光敏電阻器都制成薄片結構，以便吸收更多的光能。當它受到光的照射時(shí)，半導體片（光敏層）內就激發(fā)出電子一空穴對，參與導電，使電路中電流增強。

　　2.2.2 駐極體話(huà)筒BM

　　駐極體話(huà)筒具有體積小、結構簡(jiǎn)單、電聲性能好、價(jià)格低的特點(diǎn)，廣泛用于盒式錄音機、無(wú)線(xiàn)話(huà)筒及聲控等電路中。屬于最常用的電容話(huà)筒。由于輸入和輸出阻抗很高，所以要在這種話(huà)筒外殼內設置一個(gè)場(chǎng)效應管作為阻抗轉換器，為此駐極體電容式話(huà)筒在工作時(shí)需要直流工作電壓。構造與原理駐極體話(huà)筒由聲電轉換和阻抗變換兩部分組成。

　　聲電轉換的關(guān)鍵元件是駐極體振動(dòng)膜。它是一片極薄的塑料膜片，在其中一面蒸發(fā)上一層純金薄膜。然后再經(jīng)過(guò)高壓電場(chǎng)駐極后，兩面分別駐有異性電荷。膜片的蒸金面向外，與金屬外殼相連通。膜片的另一面與金屬極板之間用薄的絕緣襯圈隔離開(kāi)。這樣，蒸金膜與金屬極板之間就形成一個(gè)電容。當駐 極體膜片遇到聲波振動(dòng)時(shí)，引起電容 兩端的電場(chǎng) 發(fā)生變化，從而產(chǎn)生了隨聲波變化而變化的交變電壓。駐極體膜片與金屬極板之間的電容量比較小，一般為幾十pF。因而它的輸出阻抗值很高（Xc＝1／2~tfc），約幾十兆歐以上。這樣高的阻抗是不能直接與音頻放大器相匹配的。所以在話(huà)筒內接入一只結型場(chǎng)效應晶體三極管來(lái)進(jìn)行阻抗變換。場(chǎng)效應管的特點(diǎn)是輸入阻抗極高、噪聲系數低。普通場(chǎng)效應管有源極（S）、柵極（G）和漏極（D）三個(gè)極。這里使用的是在內部源極和柵極間再復合一只二極管的專(zhuān)用場(chǎng)效應管。接二極管的目的是在場(chǎng)效應管受強信號沖擊時(shí)起保護作用。場(chǎng)效應管的柵極接金屬極板。這樣，駐極體話(huà)筒的輸出線(xiàn)便有三根。即源極S，一般用藍色塑線(xiàn)，漏極D，一般用紅色塑料線(xiàn)和連接金屬外殼的編織屏蔽線(xiàn)。

圖2 駐極體話(huà)筒

　　2.3、駐極體話(huà)筒工作原理

　　駐極體話(huà)筒體積小，結構簡(jiǎn)單，電聲性能好，價(jià)格低廉，應用非常廣泛。

　　高分子極化膜上生產(chǎn)時(shí)就注入了一定的永久電荷（Q），由于沒(méi)有放電回路，這個(gè)電荷量是不變的，在聲波的作用下，極化膜隨著(zhù)聲音震動(dòng)，因此和背極的距離也跟著(zhù)變化，也就是鎖極化膜和背極間的電容是隨聲波變化。

　　我們知道電容上電荷的公式是Q＝C×V，反之V＝Q/C也是成立的。駐極體總的電荷量是不變，當極板在聲波壓力下后退時(shí)，電容量減小，電容兩極間的電壓就會(huì )成反比的升高，反之電容量增加時(shí)電容兩極間的電壓就會(huì )成反比的降低。最后再通過(guò)阻抗非常高的場(chǎng)效應將電容兩端的電壓取出來(lái)，同時(shí)進(jìn)行放大，我們就可以得到和聲音對應的電壓了。由于場(chǎng)效應管時(shí)有源器件，需要一定的偏置和電流才可以工作在放大狀態(tài)，因此，駐極體話(huà)筒都要加一個(gè)直流偏置才能工作。

　　2.4、駐極體話(huà)筒選配注意

　　駐極體話(huà)筒價(jià)格很低，損壞后做更換處理，關(guān)于駐極體話(huà)筒選配要注意以下幾點(diǎn)：

　?。?）兩根和三根引腳的駐極體話(huà)筒之間不能直接替代，一般情況下也不做改動(dòng)電路的代替。

　?。?）這種話(huà)筒沒(méi)有型號之分，相同引腳數的話(huà)筒可以代替，只是存在性能上的差別。

　　2.5 555定時(shí)器電路

　　集成定時(shí)器555電路，是一種數字、模擬混合型的中規模集成電路，應用十分廣泛。它是一種產(chǎn)生時(shí)間延遲和多種脈沖信號的電路，由于內部電壓

　　標準使用了三個(gè)5K電阻，故取名555電路。其電路類(lèi)型有雙極型和CMOS型兩大類(lèi)，二者的結構和工作原理類(lèi)似。二者的邏輯功能和引腳排列完全相同，易于互換。

　　555電路構成單穩態(tài)觸發(fā)器，如圖3所示。

圖3 單穩態(tài)觸發(fā)器

　　555定時(shí)器內部電路見(jiàn)圖4所示。

圖4 555定時(shí)器的內部結構

　　2.6 74HC123

　　74HC123是單穩態(tài)觸發(fā)器。其 RxCx （7,15） 和 Cx 端 （6,14） 接定時(shí)的電阻和電容， 即決定觸發(fā)后 Q 端產(chǎn)生的單脈沖寬度。 Rbar （3,11） 是低電平復零， 不作復零時(shí)為高電平。Abar （1,9） 是下降沿觸發(fā)輸入端， 通過(guò) Abar 用負脈沖觸發(fā)， 不用時(shí)保持高電平。 B （2,10） 是上升沿觸發(fā)輸入端， 通過(guò) B 用正脈沖觸發(fā)， 不用時(shí)置低……Q （5,13） 與 Qbar （4,12） 分別輸出正負定時(shí)單脈沖。

　　器件中單穩觸發(fā)器作用是不管觸發(fā)信號持續多長(cháng)時(shí)間，只固定維持外圍阻容給定的一段時(shí)間就恢復觸發(fā)前狀態(tài)，外圍電阻電容決定單穩時(shí)間，因為觸發(fā)是由邊緣觸發(fā)，上升或下降沿?？稍儆|發(fā)單穩不同之處是前次觸發(fā)后的單穩沒(méi)有恢復觸發(fā)前狀態(tài)而又有觸發(fā)信號時(shí)，可再觸發(fā)單穩將在觸發(fā)邊緣開(kāi)始繼續維持阻容給定的單穩時(shí)間，而單穩是不理會(huì )在翻轉后的觸發(fā)信號的。此芯片也可做多諧振蕩器用。

　　74HC123單穩態(tài)觸發(fā)器。它有兩種輸入，A為低電平有效，B為高電平有效。有兩種輸出，正好相反。用外接的電阻電容作定時(shí)元件，時(shí)間自己定，比74LS電路易用。 單穩態(tài)觸發(fā)器74HC123及外圍電路來(lái)實(shí)現該功能。74HC123為雙可重復觸發(fā)的單穩態(tài)，其輸出脈沖的寬度主要取決于定時(shí)電阻R與定時(shí)電容C，脈寬的計算為電容值與電阻值的乘積即：WP=R?C，在實(shí)際設計中R=5kW，C=80pF，輸出脈寬為400ns、幅度約5V。脈沖快沿放大與射極跟隨輸出電路，主要作用是對整形與展寬后的觸發(fā)脈沖進(jìn)行加速和放大，以便得到有較高幅度和較快上升沿的脈沖信號去觸發(fā)場(chǎng)效應管2SC3306。

　　2.7 LM358

　　LM358里面包括有兩個(gè)高增益、獨立的、內部頻率補償的雙運放，適用于電壓范圍很寬的單電源，而且也適用于雙電源工作方式，它的應用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運放的地方使用。

LM358引腳圖及引腳功能

　　LM358封裝有塑封8引線(xiàn)雙列直插式和貼片式兩種。

　　LM358的特點(diǎn)：

　　. 內部頻率補償

　　. 低輸入偏流

　　. 低輸入失調電壓和失調電流

　　. 共模輸入電壓范圍寬，包括接地

　　. 差模輸入電壓范圍寬，等于電源電壓范圍

　　. 直流電壓增益高（約100dB）

　　. 單位增益頻帶寬（約1MHz）

　　. 電源電壓范圍寬：?jiǎn)坞娫矗?-30V）；

　　. 雙電源（±1.5 一±15V）

　　. 低功耗電流，適合于電池供電

　　. 輸出電壓擺幅大（0 至Vcc-1.5V）

　　三、 硬件電路安裝及調試

　　在進(jìn)行硬件安裝的過(guò)程中，我們遇到了很多的問(wèn)題。第一次使用電路板，對它內部的連接并不熟悉，從而出現了很多的錯誤。

　　首先是安裝元件，把他們的位置擺放好。兩兩之間的關(guān)系在電路板上有一個(gè)好的體現，使人一目了然，而且要達到美觀(guān)和線(xiàn)路連接簡(jiǎn)易，盡量用到最少的線(xiàn)，是它看起來(lái)不亂。

　　然后要做的就是分析電路圖，在電路板上配線(xiàn)，用到的工具有各種鉗子，鑷子等。焊接，一般常用焊錫做焊料。它具有較好的流動(dòng)性和附著(zhù)性。在一定溫度、濕度及振動(dòng)沖擊下有足夠的機械強度。而且具有耐腐蝕性，使用方便等優(yōu)點(diǎn)。

　　焊劑：作用是除去油污，防止焊件受熱氧化，增強焊錫的流動(dòng)性。

　　常用的電烙鐵有外熱式、內熱式和速熱式三種。一般功率不能過(guò)大，若選用的功率過(guò)大，不易掌握火候，很容易使元件過(guò)熱而損壞。

　　焊點(diǎn)的質(zhì)量直接關(guān)系到整塊電路板能否正常工作，也是每個(gè)操作人員要學(xué)會(huì )并掌握的基本功。

　　焊接順序及方法

　　先測量，作好記錄、清潔、掛錫焊接、最后在檢查測量。

　　焊接方法：

　　1、右手持電烙鐵。左手用尖嘴鉗或鑷子夾持元件或導線(xiàn)。焊接前，電烙鐵要充分預熱。烙鐵頭刃面上要吃錫，及帶上一定量焊錫。

　　2、將烙鐵頭刃面緊貼在焊點(diǎn)處。電烙鐵與水平面大約成60度角。以便于熔化的錫從烙鐵頭上流到焊點(diǎn)上。烙鐵頭在焊點(diǎn)處停留的時(shí)間控制在2~3秒鐘。

　　3、抬開(kāi)烙鐵頭。左手仍持元件不動(dòng)。待焊點(diǎn)處的錫冷卻凝固后，才可松開(kāi)左手。

　　4、用鑷子轉動(dòng)引線(xiàn)，確認不松動(dòng)，然后可用偏口鉗剪去多余的引線(xiàn)。

　　待線(xiàn)路連接好了之后，進(jìn)行調試。正確的現象是接通電源燈亮一會(huì )熄滅，將光敏電阻遮住，拍一下手，燈亮，過(guò)幾秒之后燈滅。但在我們的設計過(guò)程中出現了錯誤：首先是線(xiàn)路有短路，沒(méi)有測量好電路板的內部連接，接地線(xiàn)沒(méi)有接到一起。