設(shè)計一款美觀節(jié)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至關(guān)重要的作用，采用光控電路，可以根據(jù)光線的強弱來自動開啟和關(guān)閉照明燈，做到無人自動控制，可以減輕工人的勞動強度，有效的節(jié)約能源。但光控電路有其缺陷，就是夜晚無光線的時候，照明燈將一直工作著，這樣會造成資源的浪費，也會縮短照明燈的壽命。

　　這時若在光控電路的基礎(chǔ)上添加一個聲控電路，使得照明電路在無光線的時候，只受聲音的控制，當有腳步聲或其它較強聲響的時候，照明電路自動工作。當聲音消失的時候，照明燈自動熄滅，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延時電路，使照明燈點亮后，延時一定時間后自動熄滅。

　　本文設(shè)計的聲光控制照明燈，該電路夜間有聲音信號時，照明燈（用LED發(fā)光管模擬）點亮；無聲時延遲5秒后熄滅；如聲音間隔小于5秒，則LED持續(xù)點亮。白天有聲無聲均不點亮。這款小巧美觀又實用節(jié)能，可以用蚊釘固定在自家門口也可以安裝在走廊上，還可以用在廠房，建筑工地。

　　使用這種照明電路，人們就不必在黑暗中摸索開關(guān)，也不必再擔(dān)心點長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，燈便自動點亮，延時一定時間后自動熄滅。特別適用自動控制路燈照明以及走廊和樓道等處的短時照明。

　　二、 樓道聲控?zé)綦娐吩O(shè)計

　　2.1樓道聲控?zé)舻幕驹?/P>

　　該電路由聲控電路、光控電路及放大電路、單穩(wěn)態(tài)延時電路組成，下面對其功能進行逐一分析并確定電路結(jié)構(gòu)。

　　光控電路是根據(jù)光線的強弱來優(yōu)先決定電燈的亮滅。聲音信號由駐極體話筒BM接收，經(jīng)過反比放大，放大的信號送到NE555定時器的2,6腳。該電路可以對聲控延時電路進行控制，在白天光線較強時，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(yīng)，在晚上光線較弱時，光控電路將該電路的功能打開，使得該電路能根據(jù)外界聲音信號做出相應(yīng)的響應(yīng)。NE555定時器的輸出去控制74HC123聲控延時電路。該電路主要在光線較弱時起作用。這主要是通過光控電路的輸出來控制的。

圖1 樓道聲控?zé)綦娐穲D

　　2.2元器件的介紹

　　器件清單

表1 器件清單

　　2.2.1 電阻器

　　電阻器的種類有很多，通常分為三大類：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(dǎo)體的光電效應(yīng)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(zhuǎn)換（將光的變化轉(zhuǎn)化為電的變化）。

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

　　2.2.2 駐極體話筒BM

　　駐極體話筒具有體積小、結(jié)構(gòu)簡單、電聲性能好、價格低的特點，廣泛用于盒式錄音機、無線話筒及聲控等電路中。屬于最常用的電容話筒。由于輸入和輸出阻抗很高，所以要在這種話筒外殼內(nèi)設(shè)置一個場效應(yīng)管作為阻抗轉(zhuǎn)換器，為此駐極體電容式話筒在工作時需要直流工作電壓。構(gòu)造與原理駐極體話筒由聲電轉(zhuǎn)換和阻抗變換兩部分組成。

　　聲電轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵元件是駐極體振動膜。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)過高壓電場駐極后，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。這樣，蒸金膜與金屬極板之間就形成一個電容。當駐 極體膜片遇到聲波振動時，引起電容 兩端的電場 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。所以在話筒內(nèi)接入一只結(jié)型場效應(yīng)晶體三極管來進行阻抗變換。場效應(yīng)管的特點是輸入阻抗極高、噪聲系數(shù)低。普通場效應(yīng)管有源極（S）、柵極（G）和漏極（D）三個極。這里使用的是在內(nèi)部源極和柵極間再復(fù)合一只二極管的專用場效應(yīng)管。接二極管的目的是在場效應(yīng)管受強信號沖擊時起保護作用。場效應(yīng)管的柵極接金屬極板。這樣，駐極體話筒的輸出線便有三根。即源極S，一般用藍色塑線，漏極D，一般用紅色塑料線和連接金屬外殼的編織屏蔽線。

圖2 駐極體話筒

　　2.3、駐極體話筒工作原理

　　駐極體話筒體積小，結(jié)構(gòu)簡單，電聲性能好，價格低廉，應(yīng)用非常廣泛。

　　高分子極化膜上生產(chǎn)時就注入了一定的永久電荷（Q），由于沒有放電回路，這個電荷量是不變的，在聲波的作用下，極化膜隨著聲音震動，因此和背極的距離也跟著變化，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，電容量減小，電容兩極間的電壓就會成反比的升高，反之電容量增加時電容兩極間的電壓就會成反比的降低。最后再通過阻抗非常高的場效應(yīng)將電容兩端的電壓取出來，同時進行放大，我們就可以得到和聲音對應(yīng)的電壓了。由于場效應(yīng)管時有源器件，需要一定的偏置和電流才可以工作在放大狀態(tài)，因此，駐極體話筒都要加一個直流偏置才能工作。

　　2.4、駐極體話筒選配注意

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

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

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

　　2.5 555定時器電路

　　集成定時器555電路，是一種數(shù)字、模擬混合型的中規(guī)模集成電路，應(yīng)用十分廣泛。它是一種產(chǎn)生時間延遲和多種脈沖信號的電路，由于內(nèi)部電壓

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

　　555電路構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，如圖3所示。

圖3 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

　　555定時器內(nèi)部電路見圖4所示。

圖4 555定時器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

　　2.6 74HC123

　　74HC123是單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。其 RxCx （7,15） 和 Cx 端 （6,14） 接定時的電阻和電容， 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(fù)零， 不作復(fù)零時為高電平。Abar （1,9） 是下降沿觸發(fā)輸入端， 通過 Abar 用負脈沖觸發(fā)， 不用時保持高電平。 B （2,10） 是上升沿觸發(fā)輸入端， 通過 B 用正脈沖觸發(fā)， 不用時置低……Q （5,13） 與 Qbar （4,12） 分別輸出正負定時單脈沖。

　　器件中單穩(wěn)觸發(fā)器作用是不管觸發(fā)信號持續(xù)多長時間，只固定維持外圍阻容給定的一段時間就恢復(fù)觸發(fā)前狀態(tài)，外圍電阻電容決定單穩(wěn)時間，因為觸發(fā)是由邊緣觸發(fā)，上升或下降沿?？稍儆|發(fā)單穩(wěn)不同之處是前次觸發(fā)后的單穩(wěn)沒有恢復(fù)觸發(fā)前狀態(tài)而又有觸發(fā)信號時，可再觸發(fā)單穩(wěn)將在觸發(fā)邊緣開始繼續(xù)維持阻容給定的單穩(wěn)時間，而單穩(wěn)是不理會在翻轉(zhuǎn)后的觸發(fā)信號的。此芯片也可做多諧振蕩器用。

　　74HC123單穩(wěn)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元件，時間自己定，比74LS電路易用。 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74HC123及外圍電路來實現(xiàn)該功能。74HC123為雙可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)，其輸出脈沖的寬度主要取決于定時電阻R與定時電容C，脈寬的計算為電容值與電阻值的乘積即：WP=R?C，在實際設(shè)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)場效應(yīng)管2SC3306。

　　2.7 LM358

　　LM358里面包括有兩個高增益、獨立的、內(nèi)部頻率補償?shù)碾p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(yīng)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引線雙列直插式和貼片式兩種。

　　LM358的特點：

　　. 內(nèi)部頻率補償

　　. 低輸入偏流

　　. 低輸入失調(diào)電壓和失調(diào)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：單電源（3-30V）；

　　. 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(diào)試

　　在進行硬件安裝的過程中，我們遇到了很多的問題。第一次使用電路板，對它內(nèi)部的連接并不熟悉，從而出現(xiàn)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好的體現(xiàn)，使人一目了然，而且要達到美觀和線路連接簡易，盡量用到最少的線，是它看起來不亂。

　　然后要做的就是分析電路圖，在電路板上配線，用到的工具有各種鉗子，鑷子等。焊接，一般常用焊錫做焊料。它具有較好的流動性和附著性。在一定溫度、濕度及振動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。

　　焊劑：作用是除去油污，防止焊件受熱氧化，增強焊錫的流動性。

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

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

　　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?qū)Ь€。焊接前，電烙鐵要充分預(yù)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上。烙鐵頭在焊點處停留的時間控制在2~3秒鐘。

　　3、抬開烙鐵頭。左手仍持元件不動。待焊點處的錫冷卻凝固后，才可松開左手。

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

　　待線路連接好了之后，進行調(diào)試。正確的現(xiàn)象是接通電源燈亮一會熄滅，將光敏電阻遮住，拍一下手，燈亮，過幾秒之后燈滅。但在我們的設(shè)計過程中出現(xiàn)了錯誤：首先是線路有短路，沒有測量好電路板的內(nèi)部連接，接地線沒有接到一起。