简易声光控延时照明灯电路资料

郑州轻工业学院

电子技术课程

设计

题目：简易声光控延时照明灯电路

学生姓名：李振鹏

专业班级：自动化14-02班

学号： 541401010224 院（系）：电气信息工程学院

指导教师：黄春

完成时间： 2016年12月18日

郑州轻工业学院

课程设计（论文）任务书

题目简易声光控延时照明灯电路

专业自动化14-02学号 541401010224 姓名李振鹏

主要内容、基本要求、主要参考资料等：

主要内容

1．阅读相关科技文献。

2．学习protel软件的使用。

3．学会整理和总结设计文档报告。

4．学习如何查找器件手册及相关参数。

技术要求

1.要求电路能够通过照明灯开关对光线强弱的感应，控制照明灯第一级开关。

2.要求电路能够通过照明灯开关对声强的感应，在第一级开关开通的前提下，控制

照明灯的亮灭。

3.要求电路能够实现照明灯点亮时间t后自动关断，并且时间t可以手动调节。

4.要求电路如果在照明灯点亮期间又有新的声源出现，照明灯应重新通电时间t。

主要参考资料

1．何小艇，电子系统设计，浙江大学出版社，2001年6月

2．姚福安，电子电路设计与实践，山东科学技术出版社，2001年10月

3．王澄非，电路与数字逻辑设计实践，东南大学出版社，1999年10月

4．李银华，电子线路设计指导，北京航空航天大学出版社，2005年6月

5．康华光，电子技术基础，高教出版社，2003

完成期限： 2016年12月18日

指导教师签章：

专业负责人签章：

2016年12月12日

简易声光控延时照明灯电路

摘要

随着电子技术的发展，尤其是数字技术的发展，用数字电路实现灯的自动发亮节能省电，延长灯的寿命变得越来越重要，而且贴近我们的实际生活，声光控电路已成为人们日常生活必不可少的必需品，不仅是智能化，而且节约能源。

简易声光控延时照明灯电路由光敏传感电路、声敏传感电路、信号调理电路、555延时电路以及电源电路五部分组成。装置为555定时器构成的可重复触发单稳态电路、声敏传感电路的输入装置是咪头、光敏传感电路的输入装置是光敏二极管、信号调理电路是74LS04非门和74HC32或门、电源是由交流220V变12V在经整流后稳压为12V和5V的电源，电路的总体运行环境是在无光条件下声强监测处理电路检测到声音后就会触发555延时电路使之输出高电平继而使之电灯点亮。

关键词声光控光敏传感电路声敏传感电路信号调理电路 555延时电路

目录

1 方案概述 (1)

2 方案设计及设计原理 (2)

3 主要单元电路设计及原理 (3)

3.1 光敏传感电路 (3)

3.2 声敏传感电路 (4)

3.3 延时控制电路 (5)

3.4信号调理电路 (7)

3.4电源电路 (8)

4 555定时器简介 (9)

5 简易声光控延时照明灯原理图 (11)

6 结论 (12)

7 个人体会与致谢 (13)

8 参考文献 (14)

附录1 元器件清单 (15)

附录2 PCB电路图 (16)

附录3 PCB三维展示图 (17)

附录4 实物效果图 (18)

1.方案概述

声光控延时照明灯广泛用于公司、居民楼、工厂、学校、宾馆、酒店等单位的公共场所及楼道。它的工作原理对我们而言还是容易理解，就是在无光的条件下检测到声音之后触发延时电路，555定时器的输出端输出高电平，从而将电灯打开，延时时间t后等自动关闭，如果在照明灯点亮期间又有新的声源出现，照明灯重新通电时间t。根据基本原理，用声敏传感器和光敏传感器再加上一个555延时电路和一个LED灯就可组成一个简易声光控延时照明灯。通过查阅资料，获得以下方案：

简易声光控延时照明灯电路利用555定时器构成可重复触发单稳态电路及声敏传感器和光敏传感器等元件即可组成简易声光控延时照明灯电路。在无光条件下声强监测处理电路检测到声音后就会触发555延时电路，555延时输出点亮电灯时间t，如果在照明灯点亮期间又有新的声源出现，照明灯应重新通电时间t。时间长短可以通过555定时器的滑动电阻器进行调节。

2.方案设计及设计原理

简易声光控延时照明灯控制电路的总体框图如图1所示，由光敏传感电路、声敏传感电路、信号调理电路、延时控制电路、电源电路。

图1 简易声光控延时照明灯电路

2.1 光敏传感电路的功能：

利用光敏二极管对光线强弱的的感应来决定电路的通断。

2.2声敏传感电路的功能：

利用声敏传感器将声音转化为电信号来决定感知声音信号的强弱。

2.3延时控制电路的功能：

利用NE555可重复触发单稳态电路的特性，实现对声光控延时照明灯开关打开时间的精准控制。

2.4信号调理电路的功能：

利用74LS04将光信号取非后与声信号通过74HC32相与并输出。

2.5 电源电路的功能：

利用变压器及整流滤波电路将220V交流电变为12V直流电为电路供电。

3.主要单元电路设计及原理

3.1 光敏传感电路

图2-1 光敏二极管传感器接口电路

图2-2 光敏二极管传感器内部电路

图2-1为光敏传感电路的接口电路，四个接口分别为VCC,GND,模拟量输出通道（L_Aout），数字量输出通道（L_Dout）。

图2-2为光敏二极管传感器电路。可以检测周围环境的亮度和光强（与光敏电阻比较，方向性比较好，可以感知固定方向的光源），灵敏度可调（声敏传感器蓝色电位器调节）。

光敏二极管模块对环境光强最敏感，一般用来检测周围环境的亮度和光强，在大多数场合可以与光敏电阻传感器模块通用，二者区别在于，光敏二极管模块方向性较好，可以感知固定方向的光源。

模块在无光条件或者光强达不到设定阈值时，DO口输出高电平，当外界环境光强超过设定阈值时，模块D0输出低电平。

工作电压3.3V-5V。

输出形式：a 模拟量电压输出，b 数字开关量输出（0和1）。

3.2声敏传感电路

图3-1 声敏传感接口电路

图3-2 声敏传感电路

图3-1为声敏传感接口电路，引脚分别为：VCC、GND、声敏信号输出通道（S_Signal）。

图3-2为声敏传感电路。由于咪头接收到的信号非常微弱，后续电路无法继续进行处理，因此必须对接收的信号进行放大。电路中采用了LM393构成放大电路，这可以使电路的放大倍数比差分放大电路放大倍数增加若干倍，放大效果更好，从而得到更合适的信号。但是此传感器只能识别声音的有无（根据震动原理）不能识别声音的大小或者特定频率的声音。

工作电压 3.3V-5V

输出形式数字开关量输出（0 和 1 高低电平）。

使用说明：

声音模块对环境声音强度最敏感，一般用来检测周围环境的声音强度。

模块在环境声音强度达不到设定阈值时，OUT 输出高电平，当外界环境声音强度超过设定阈值时，模块 OUT 输出低电平；

模块数字量输出 OUT 可以与单片机直接相连，通过单片机来检测高

低电平，由此来检测环境的声音；

3.3 延时控制电路

图4 延时控制电路

图4为延时控制电路。延时控制电路的核心部分是555集成电路，555集成电路时一种非常有用的，并且应用十分灵活的集成电路。555集成电路的引脚图和功能表如下图所示，集成电路共有8个引脚，引脚1为接地端，引脚8为电源端，引脚2为触发电平端，引脚3为输出端，引脚4为清零端，引脚5为控制电平端，引脚6为阀值输入端，引脚7为放电端。从功能表中可以看出：555集成电路通过改变THR和TRIG端的电压值，来影响输出端和放电短的状态；同时它还具有储存信号的功能，因此555集成电路的应用十分广泛。需注意是控制电平端CV01t,当它接入任意电压Vcv01t时，THR和TRIG端的变化分界点就不再是（1/3）Vcc和（2/3）Vcc，而是（1/2）Vcv01t和Vcv01t。

如图所示，延时控制电路包括两部分：第一部分是由三极管构成的触发信号产生电路；第二部分是由555定时器构成的可重复触发的单稳态电路。

首先，声强信号处理电路的输出信号接V1接三极管T1的基极。因为MIC接收到了足够大的声强后，V1为高电平，则三极管T1饱和，使三极管T1的集电极和发射极之间的Vce约为0.3V,Vce接入555集成电路的TRIG端作为触发电平。555集成电路构成的可重复触发的单稳态电路处于稳态时，

Vthr<(2/3)Vcc,Vtrig>(1/3)Vcc,Q=0,放电管导通。当Vtrig=Vce=0.3V时，电路进入暂稳态，此时Q=1，放电管截止。同时直流电源通过可变电阻R2对电容C1充电，使得Vthr的值渐渐上升，当Vthr的值大于（2/3）Vcc时，电路重新进入稳态，Q=0，放电管导通。电路暂稳态的持续时间，即C1的充电时间取决于可变电阻R2和电容c1的数值，其计算公式为:

Tph=(R1+R2)Cln2=0.7(R1+R2)C

当MIC持续接收到足够大的声强时，那麽V1一直为高电平，T1始终饱和导通，Vce持续为0.3V，这样使T2始终导通，电容C1就可以T2进行放电，电路将无法对电容C1进行充电。这样电路就一直处于暂稳态，知道声强信号消失，电路才能重新进入稳态，从而可以满足设计要求。

延时电路的核心部分是555定时器构成的单稳态触发电路，来实现当光线较弱且有声音时，照明灯点亮，一段时间后，照明灯自动熄灭；但当照明灯点亮时有新的声音出现，照明灯会重新通电同样的时间。由555定时器构成的此单稳态触发电路，为保证该电路上电后，引脚3输出低电平，增加了R8和C16组成

的上电复位电路。复位电路可保证上电后，复位引脚4为低电平，引脚3输出为低电平，LED灯没有电流通过，不会被点亮。当节点8输入脉冲下降沿（即555定时器的引脚2有脉冲下降沿）时，触发单稳态电路进入暂稳态，引脚3输出高电平，使LED灯有电流通过，而被电亮。当定时器555内部放电管截止，电源通过电位器RP4、电阻R7向电容C15充电，当引脚6的电压超过2/3Vcc时，引脚3输出为低电平，LED灯中不再有电流通过，此时灯熄灭，555定时器返回上电后的初始状态，等待再一次脉冲下降沿的到来。

当光线弱，有声音时，照明灯点亮，经过一段时间后自动熄灭，该灯点亮时间（延时照明电路的延时时间）为：

Tw=1.1RC

3.4信号调理电路

图5 信号调理电路

如图5所示为信号调理电路。光敏传感器的输出数字量信号（L_Dout）经过74LS04的一引脚输入端，经过取非后从2引脚输出（L_Signal）。取非后的光敏信号（L_Signal）进入74LS32的1引脚，声敏传感器的输出信号（S_Signal）则进入74LS32的2引脚，两信号取或，输出信号为Out_Signal。

74LS04是6通道非门，内部含有6个CMOS反相器，74LS04的作用就是反相把1变成0。74HC32是4通道两输入或门，它的工作电压是2V～6V。

3.5 电源电路

图6-1 电源电路

图6-2 稳5V电路

图6-1、6-2为电源电路。如图所示：电路接了交流电后，通过变压器电路、整流电路、滤波电路和稳压电路将交流电通过7812和7805转换为直流电压.此直流电压可为前几个电路供电。电路中的变压器采用常规的铁心变压器，整流电路采用二极管桥式整流电路，C1,C2，C3，C9，C10，C11,C12有滤波功能，稳压电路用三端稳压集成电路来实现。最后将各单元电路组合在一起，就可构成简易声光控延时照明灯控制电路的原理图。

4. 555定时器简介

555定时器是一种应用广泛的中规模集成电路。该电路使用灵活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以构成单稳、多谐和施密特触发器。因而广泛用于信号的产生变换控制和检测。

目前生产的定时器有双极型和CMOS两种类型，其型号分别有NE555

（5G555）和C7555等多种。它们的结构及工作原理基本相同。通常，双极型定时器具有较大的驱动能力，而CMOS定时电路具有低功耗、输入阻抗高等优点。555定时器工作的电源电压很宽，并可承受较大的负载电流。双极型定时器电源电压范围为5—6V，最大负载电流可达200mA;COMS定时器电源电压范围为3-18V，最大负载电流在4mV以下。

555定时器内部结构的简化原理图如图7所示。它由3个阻值为5K欧姆的电阻组成的分压器、两个电压比较器C1、C2、基本RS触发器、放电BJT T以及缓冲器G组成。

图7 555内部电路图

定时器的主要功能取决于比较器，比较器的输出控制RS触发器和放电BJT T的状态。图中Ro为复位输入端，当Ro为低电平时，不管其他输入端的状态如何，输出Vo为低电平。因此在正常工作时，应将其接高电平。

表4-1 555定时器功能表

由表1可知，当VIC 没输入电压时，比较器C1和C2的比较电压分别为

2/3Vcc 和1/3Vcc 。

当VI1>2/3Vcc ，VI2>1/3Vcc 时，比较器C1输出低电平，比较器C2输

出高电平，基本RS 触发器被置0，放电三极管T 导通，输出端Vo 为低电

平。

当VI1<2/3Vcc,VI2<1/3Vcc 时，比较器C1输出高电平，C2输出低电平，

基本RS 触发器置1，放电三极管截止，输出端Vo 为高电平。

当VI1<2/3Vcc,VI2>1/3Vcc 时，基本RS 触发器R=1、S=1，触发器状态

不变，电路亦保持原状态不变。

输入 输出 阈值输入

（VI1）

触发输入（VI2） 复位（Ro ） 输出(Vo) 放电管T X

X 0 0 导通 <2/3Vcc

<1/3Vcc 1 1 截止 >2/3Vcc

>1/3Vcc 0 0 导通 <2/3Vcc >1/3Vcc 不变 不变 不变

5声光控延时电路

6 结论

通过对简易声光控延时照明灯电路的设计，使自己有很大的收获。首先，让进一步培养了自己独立思考、分析、设计、制作和检查电路的能力。其中自己学会了好多的方法。其次，自己在这一段时间里掌握了好多知识，又让我重归模拟电路，数字电路课本，理论与实践相结合，而且查阅了许多关于电子设计方面的参考资料，也知道了很多电子类网站，比如https://www.360docs.net/doc/7217130043.html,,https://www.360docs.net/doc/7217130043.html,。此次课程设计我学会了不同的元件来组成电路实现相同的功能，从中比较分析而确定最优的设计组合。在课程设计过程中我练习用了Altium Designer软件绘制电路图，更加熟悉了该软件。而且对芯片的选型也有了一个清晰的认识，原来电阻可以有好多类型的封装，每种类型的电阻由于功能不同也分为好多种类。

通过课程设计，我学会了充分利用图书馆资源和网络资源进行自主学习研究，对常见的集成电路器件的功能和引脚接法有了进一步的了解和认识。这让我明白了阅读查找文献的重要性，平时多积累知识，真正到了用的时候，做题才会得心应手。通过阅读芯片的数据手册英文原版，也发现了英语的重要性。

关于此次设计的电路，在实际生活中的应用非常广泛，像楼道、楼梯、走廊等一些照明灯都是本电路的应用，在日常生活中，节约能源。

7 个人体会与致谢

以前没做过课程设计，对课程设计的认识很茫然。虽然在这一周的课程设计期间我遇到不少挫折，我还是对课程设计有了清晰的认识，也学到不少新知识。

通过这次简易声光控延时照明灯电路的课程设计，让我了解了设计电路的程序，还学会用Altium Designer这个软件来画电路。当然老师的意思是让我们理解原理进而画出电路图，但由于我对此不懂，所以上网看了别人画的原理图，进行修改并理解。在这期间，我查资料、翻课本，去了解那些元器件的功能，进而进行整理。这次的课程设计让我知道了自己的不足之处从而进行查漏补缺，把以前掌握不熟的理论知识或是软件的运用掌握熟练。对它们都有一个整体的把握，从而更好的去理解这些知识以达到一个新的认识高度。还有的是，这次的课程设计理论与实践的结合，对我们当代大学生的意义非凡。而这次课程设计很好的使我们把学到的知识应用到实际操作中去。

这次课程设计时，由于不懂整体流程，等我画好PCB打出板子时，才发现自己买的元器件封装与所画的封装不同，导致元器件放不上去。在焊接第一个板子时，由于PCB的线间距为10mil，并且全部敷铜，导致焊锡连在了一起无法分开，导致短路，后通过一级一级排查错误，最终找出了问题的所在。在做第二版时，吸取第一次失败的教训，通过3根跳线，没有全部敷铜，成功避免了焊接短路问题。

这次的课程设计老师对我们很严格，严格到一丝一毫，是为了让我们用严谨的学习态度去对待课程设计，要用足够的耐心去画各种图。这也让我受益匪浅。在画图期间，由于对软件的不熟练我费了不少时间，但还是耐心的画完了还有一些元器件的用途我不是很清楚，就拿出自己的专业书一点点的看。还有就是，这次的课程设计同学给了我很大的帮助，我特别感谢他们耐心的教我。

总的来说，这次课程设计不仅巩固了我的理论知识，还使我学到了很多其他的东西。

8 参考文献

[1] 何小艇.电子系统设计[M].浙江大学出版社，2001,6

[2] 姚福安.电子电路设计与实践[M].山东科学技术出版社，2001,10

[3] 王澄非.电路与数字逻辑设计实践[M].东南大学出版社，1999,10

[4] 李银华.电子线路设计指导[M].北京航空航天大学出版社，2005,6

[5] 康华光.电子技术基础[M].高教出版社，2003

[6] 曹汉房.数字技术教程[M].电子工业出版社，1995

[7] 沈尚贤.电子技术导论[M].高教出版社，1985

[8] 李士雄.数字集成电子技术教程[M].高教出版社，1993

[9] 何希才.新型稳压电源及其应用[M].国防工业出版社，2002,1

[10] 孟贵华.电子元器件选用论文[J].机械工业出版社，2004,6

元件清单：

PCB电路图：