設計一款美觀節(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，也不必再擔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(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構。

　　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，處于關閉狀態(tài)，對任何聲音信號都不響應，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的響應。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(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構，以便吸收更多的光能。當它受到光的照射時，半導體片（光敏層）內(nèi)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 駐極體話筒BM

　　駐極體話筒具有體積小、結構簡單、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)設置一個場效應管作為阻抗轉(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)接入一只結型場效應晶體三極管來進行阻抗變換。場效應管的特點是輸入阻抗極高、噪聲系數(shù)低。普通場效應管有源極（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合一只二極管的專用場效應管。接二極管的目的是在場效應管受強信號沖擊時起保護作用。場效應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，結構簡單，電聲性能好，價格低廉，應用非常廣泛。

　　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的電壓了。由于場效應管時有源器件，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，二者的結構和工作原理類似。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)部結構

　　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） 是低電平復零， 不作復零時為高電平。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)量直接關系到整塊電路板能否正常工作，也是每個操作人員要學會并掌握的基本功。

　　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。