聲光控開關(guān)的設(shè)計(jì)與制作

聲光控開關(guān)的設(shè)計(jì)與制作【背景】：越來越智能化的社會，許多服務(wù)于人類的電器、電子產(chǎn)品等等不再人為的去操控，而是自動的滿足人類的需要。其中聲光控開關(guān)就是這樣的產(chǎn)品。當(dāng)聲光控開關(guān)出現(xiàn)以后，人們就避免了因通過樓道或者一些街道時(shí)去尋找燈控開關(guān)的煩惱。甚至在漆黑的夜晚中尋找燈控開關(guān)出現(xiàn)碰傷。聲光控開關(guān)的出現(xiàn)就避免了這些問題。只要是環(huán)境的亮度達(dá)到某個(gè)值，人們的腳步聲就能打開聲光控開關(guān)。聲光控開關(guān)必須具備兩個(gè)條件聲光的作用才能開啟。一是環(huán)境的亮度達(dá)到某個(gè)值，二是具有聲響效果。聲光控開關(guān)又具有節(jié)能、使用方便的優(yōu)點(diǎn)，深受廣大用戶的喜愛。一、原理1.1傳感器的概念傳感器（英文名稱：transducer/sensor是一種將生活中常見的的力、熱、光、電、濕度、溫度等非電量轉(zhuǎn)換成一種可測量的電量的中間媒介口。它是一種檢測裝置，能夠檢測到被測量物的一些信息，并將該信息按一定的規(guī)律轉(zhuǎn)化成電信號或者其他所需的某種信號輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲和顯示等。傳感器是進(jìn)行自動檢測和自動控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。傳感器一般由敏感元件、基本轉(zhuǎn)換電路、轉(zhuǎn)換元件三部分組成，組成圖1人們要想從外界獲取信息，必須借助于人體感覺器官。但是僅靠人們自身的感覺器官，在研究一些自然現(xiàn)象和規(guī)律以及生產(chǎn)生活活動中人體感覺器官的功能已經(jīng)滿足不了人們的需求了。為改變這種情況，就需要傳感器裝置。新信息時(shí)代的到來，世界開始進(jìn)入大容量信息時(shí)代。在利用信息的過程中，最主要的就是要解決如何獲取準(zhǔn)確可靠的信息，而傳感器就是獲取自然界中信息的主要途徑與手段。1.2傳感器的作用?現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)尤其是在自動化生產(chǎn)過程中，就要用到各種傳感器來檢測和控制生產(chǎn)過程中的各個(gè)參數(shù)，使設(shè)備在正常狀態(tài)或者最佳狀態(tài)工作，并能生產(chǎn)出最好質(zhì)量的產(chǎn)品?？梢哉f，如果沒有傳感器，現(xiàn)代的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)也就失去了支柱。?在一些基礎(chǔ)學(xué)科領(lǐng)域中，傳感器更具有重要的地位。隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，已經(jīng)進(jìn)入了許多新領(lǐng)域：比如在宏觀上要觀察上千光年的茫茫宇宙，微觀上要觀察小到mm的粒子世界，縱向上要觀察長達(dá)數(shù)十萬年的天體演化，短到s的瞬間反應(yīng)。另外，隨著對深化物質(zhì)的認(rèn)識、開拓新的能源、新的材料等各種極端技術(shù)的研究，像超高溫、超低溫、超高壓、超高真空、超強(qiáng)磁場、超弱磁場等等。顯然，要獲取像這樣大量人類感官無法直接獲取的信息，沒有一定的傳感器是不可能實(shí)現(xiàn)的。1.3傳感器的分類

根據(jù)輸入物理量可分為：壓力傳感器、位移傳感器、速度傳感器、溫度傳感器等。根據(jù)其工作原理可分為：電容式、電阻式、電感式、及電勢式。根據(jù)輸出信號的性質(zhì)可分為：數(shù)字式傳感器和模擬式傳感器。即數(shù)字式傳感器輸出數(shù)字信號，模擬式傳感器輸出模擬信號。根據(jù)能量轉(zhuǎn)換原理可分為：無源傳感器和有源傳感器。1.4傳感器的特性傳感器的特性一般是指傳感器的輸入量和輸出量之間的一種對應(yīng)關(guān)系，通常分為兩種：動態(tài)特性和靜態(tài)特性。傳感器的動態(tài)特性指傳感器測量動態(tài)信號時(shí)，輸出對輸入的響應(yīng)特性。動態(tài)特性好的傳感器，其輸出變化曲線可以完全再現(xiàn)輸入變化曲線，即二者有相同的時(shí)間函數(shù)。通常根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)輸入特性來研究傳感器的動態(tài)特性常見的基本動態(tài)系統(tǒng)：零階傳感器一階傳感器ay常見的基本動態(tài)系統(tǒng)：零階傳感器一階傳感器ay=bxa蟲+ay=bx1dtoo二階傳感器d2y dy,二階傳感器a +a——+ay=bx2dt2 1dt0 0靜態(tài)特性表示傳感器在被測量各個(gè)值處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的輸入輸出關(guān)系。也即當(dāng)輸入量為常量，或變化極慢時(shí)的輸入輸出關(guān)系。1.5傳感器的輸入輸出圖取決于傳感器本身，可通過傳感器本身的改善來加以抑制，有時(shí)也可以對外界條件加以限制。2、光敏傳感器傳感器輸入輸出作用圖2.1光敏傳感器的工作原理利用光敏元件將光信號轉(zhuǎn)換為電信號的傳感器，它的敏感波長在可見光波長附近，包括紅外線波長和紫外線波長。光傳感器不只局限于對光的探測，它還可以作為探測元件組成其他傳感器，對許多非電量進(jìn)行檢測，只要將這些非電量轉(zhuǎn)換為光信號的變化即可。下圖為光敏電阻結(jié)構(gòu)，是在玻璃底板上均勻地涂上薄薄的一層半導(dǎo)體物質(zhì)，半導(dǎo)體的兩端裝上金屬電極，使電極與半導(dǎo)體層可靠地點(diǎn)接觸，然后，將它們壓入塑料封裝體內(nèi)。為了防止周圍介質(zhì)的污染，在半導(dǎo)體光敏層上覆蓋一層漆膜，漆膜成分的選擇應(yīng)該使它在光敏層最敏感的波長范圍內(nèi)射率最大。光敏電阻一般為半導(dǎo)體材料。

2、電路分析圖示為光敏電阻接線電路。把光敏電阻連接到外接電路中。在外加電壓的作用下，用光照射可改變電路中電流的大小。光敏電阻在受到光的照射時(shí)，其導(dǎo)電性能增強(qiáng)，電阻值下降，流過光敏負(fù)載電阻RL的電流及其兩端電壓也隨之變化。圖5圖53、聲音信號與延整電M非IC門時(shí)流子控光制電電開敏電路關(guān)阻圖1、聲光控開關(guān)節(jié)能燈控制電路方框圖2、整機(jī)電路組成和各部分作用聲光控開關(guān)節(jié)能燈電路由電源電路、聲控電路、光控電路、延時(shí)電子開關(guān)電路四大部分組成。3、電源電路電源電路它是給電路提供能源的設(shè)備，其作用是給電路提供電源，使電路能正常的工作。常用的電路有：半波整流、全波整流、橋式整流、而常用的電源電路使用的是橋式整流電路為主要電源電路部分。4、光敏傳感器聲光控開關(guān)的設(shè)計(jì)5、聲控電路聲控電路它是用聲音控制電路的設(shè)備，其作用是把送入的聲波轉(zhuǎn)換為電信號，從而用這種信號去控制所需要的電器設(shè)備。常用的電路有：小信號放大電路、聲波控制電路等。而常用的聲控電路使用的是聲波控制電路為主要的聲控電路部分。6、光控電路光控電路它是用外來的光源來控制電路的設(shè)備。其作用是把外來送入的光源轉(zhuǎn)換電信號，從而用這種信號去控制所需要的電器設(shè)備。在樓道、建筑走廊、洗漱室、廁所、廠房、庭院等場所，往往需要一些照明系統(tǒng)。一般的照明不能做到人走燈滅造成資源浪費(fèi)，一般的聲光控雖然解決了這個(gè)問題，但是在特殊情況下有不能滿足?？梢酝ㄟ^聲控、光控和延時(shí)技術(shù)為一體組成的自動照明開關(guān)，是合現(xiàn)代極理想的新穎綠色照明開關(guān)。3.1聲控電路聲控電路是用聲音控制電路的設(shè)備，其作用是把聲音轉(zhuǎn)換為電信號。從而用這種信號去控制所需要的電子設(shè)備。常用的電路有信號放大、聲波控等電路。4.1光控電路光控電路是用光源控制電路的設(shè)備，其作用是把光源轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)換為電信號，從而用這種電信號去控制電子設(shè)備。常用的電路有：光敏器件電路、發(fā)光器件電路和光電顯示器件電路等。5.1延時(shí)電子開關(guān)電路延時(shí)電子開關(guān)電路是用電路中送入的信號進(jìn)行控制電路的設(shè)備，其作用是用送入的信號去控制電路，使其電路達(dá)到延時(shí)的效果。常用的延時(shí)電路有按鍵延時(shí)電路、開關(guān)控制延時(shí)電路、感應(yīng)延時(shí)電路、光控延時(shí)電路、聲光雙控延時(shí)電路等。本文中所用到的延時(shí)電路是主要是聲光雙控延時(shí)電路。聲光雙控延時(shí)電路是光控開關(guān)、聲控開關(guān)的組合。它的原理主要是利用采集到的聲音信號和光敏電阻感應(yīng)光線的明暗來改變信號的高低電平，以達(dá)到控制電路輸出高低電平的目的，在利用穩(wěn)壓管高電平導(dǎo)通的原理控制電路的開關(guān)。電路圖如下：23.28fV:、聲光控單元電路的設(shè)計(jì)2.1聲光控開關(guān)的設(shè)計(jì)流程圖圖62.2電源電路的設(shè)計(jì)本文中為聲光控開關(guān)提供的電源為日常生活中的220V的交流電源，使得電源電路的設(shè)計(jì)使用方便。電源電路的好壞不可忽視。電路是否能夠穩(wěn)定可靠地工作，功能是否能夠穩(wěn)定的實(shí)現(xiàn)，不僅僅與電路元器件有關(guān)，同時(shí)還與電源電路的設(shè)計(jì)有關(guān)系。電源要求必須穩(wěn)定，不能斷電，所以說最好設(shè)計(jì)一個(gè)穩(wěn)壓電路以確保整個(gè)電路穩(wěn)定工作。2.3整流電路的設(shè)計(jì)橋式整流電路是使用最多的一種整流電路。這種電路,只要增加兩只二極管口連接成"橋"式結(jié)構(gòu),便具有全波整流電路的優(yōu)點(diǎn)，而同時(shí)在一定程度上克服了它的缺點(diǎn)。橋式整流電路的工作原理如下：e2為正半周時(shí)，對D1、D3和方向電壓,Dl,D3導(dǎo)通;對D2、D4加反向電壓,D2、D4截止。電路中構(gòu)成e2、Dl、Rfz、D3通電回路，在Rfz,上形成上正下負(fù)的半波整洗電壓,e2為負(fù)半周時(shí)，對D2、D4加正向電壓,D2、D4導(dǎo)通;對D1、D3加反向電壓,D1、D3截止。電路中構(gòu)成e2、D2Rfz、D4通電回路,同樣在Rfz上形成上正下負(fù)的另外半波的整流電壓。2.4聲控電路設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)聲控電路時(shí)，首要問題就是怎樣把聲音信號轉(zhuǎn)換為電信號。在聲控電路的設(shè)計(jì)中聲音信號的靈敏度不能太高，也不能太低，太高或者太低聲控電路都很難較好的控制。聲音信號的靈敏度最好是能很好的接收到如人的講話聲、口哨聲、拍手聲和腳踏地板等等。把這類聲音轉(zhuǎn)化為電信號的聲音傳感器很多，其中可用小型收錄機(jī)上常用的駐極體話筒接收聲音并轉(zhuǎn)化成電信號，就實(shí)現(xiàn)了聲音信號到電信號的轉(zhuǎn)換。一般來說，駐極體轉(zhuǎn)化成的電信號比較弱，同時(shí)要對轉(zhuǎn)化的電信號適當(dāng)?shù)姆糯?，才能起到控制功能。其中，可選擇的電路有運(yùn)放電路、功放電路和差動電路等，一般來說，運(yùn)放電路較好。因?yàn)檫\(yùn)放電路可以較好地提高信號的輸出電壓，控制零點(diǎn)漂移，減小失真等，但是，同時(shí)也會增加電路的體積和成本。轉(zhuǎn)換成電信號后，對聲控功能的實(shí)現(xiàn)也相對容易，可以采用三極管放大電路來放大駐極體話筒產(chǎn)生的電信號，觸發(fā)器使得電路導(dǎo)通或者截止，這樣不僅簡化了電路結(jié)構(gòu)，還使聲控電路的設(shè)計(jì)更加容易，對聲音的控制也更容易實(shí)現(xiàn)。但是，這樣的電路設(shè)計(jì)對元器件的要求相對較高，特別是半導(dǎo)體器件必須保證靈敏度高，各電子元件的參數(shù)精確穩(wěn)定，這樣電路才能高效工作，發(fā)揮出電路的應(yīng)有功能。2.5光控電路設(shè)計(jì)光控電路電子元器件和光傳感器組成。電子元器件和光傳感器組成的電路設(shè)計(jì)選擇方案很多。設(shè)計(jì)時(shí)必須要考慮的有很多，比如可靠性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性以及元器件的靈敏度。光控電路對電路元器件的要求很高，光傳感器是光控電路的功能實(shí)現(xiàn)核心，因此必須選擇可靠性穩(wěn)定靈敏度極高的元器件，才能保證電路各項(xiàng)功能參數(shù)的精確、可靠和穩(wěn)定，才能正常發(fā)揮電路的功能作用。因此，在設(shè)計(jì)光控電路時(shí)，不僅要盡量使電路結(jié)構(gòu)簡化、使用和經(jīng)濟(jì)，還要使電路功能能夠長期穩(wěn)定可靠。在設(shè)計(jì)時(shí)，可以利用光敏電阻的阻值隨著光照度的變化而變化的特點(diǎn)，將光敏電阻與晶體三極管、電阻等元器件共同構(gòu)成光電壓采樣控制電路。光敏電阻可以將變化著的環(huán)境光照度轉(zhuǎn)化為電阻值的變化，再通過電壓采樣電路將電阻值的變化轉(zhuǎn)化為電壓信號的變化。由于電壓信號的變化直接聯(lián)系著晶體三極管的開關(guān)狀態(tài)，由晶體三極管控制聲音信號的導(dǎo)通或者截止，從而達(dá)到自動光控制聲控信號的目的。廣德強(qiáng)弱可由光敏電阻傳感器轉(zhuǎn)換成電信號的強(qiáng)弱傳給控制器，使其導(dǎo)通或者截止。光控電路的主要功能就是當(dāng)外界光照度降低到一定范圍時(shí)，光控電路導(dǎo)通聲控電路傳來的聲控信號。2.6延時(shí)電子開關(guān)電路設(shè)計(jì)延時(shí)開關(guān)電路實(shí)際上就是定時(shí)電路。當(dāng)有電信號觸及到定時(shí)器電路的時(shí)候，定時(shí)器就會開啟定時(shí)工作，一段時(shí)間之后定時(shí)電路又恢復(fù)到原來的狀態(tài)，這樣就達(dá)到了延時(shí)一段時(shí)間的目的。延時(shí)開關(guān)電路一般由硬件或者硬件、軟件構(gòu)成。硬件構(gòu)成電路又可分為集成電子元器件和分離電子元器件。硬件構(gòu)成的定時(shí)器一般是通過R、C電子元件參數(shù)乘積值改變的大小來控制定時(shí)時(shí)間的長短，這樣的定時(shí)器，效率較高，成本較低，但是通用性和靈活性較差;由硬件和軟件構(gòu)成的定時(shí)器是通過單片機(jī)來執(zhí)行一段程序?qū)崿F(xiàn)定時(shí)的，通用性和靈活性較高，同時(shí)成本也較高但效率差，有時(shí)還會出現(xiàn)單片機(jī)死機(jī)的故障。通過比較這兩個(gè)方案的優(yōu)缺點(diǎn)，采用硬件構(gòu)成的方案來設(shè)計(jì)定時(shí)器電路，以使定時(shí)器電路成本低、效率高。三、整機(jī)電路及其工作原理

LA"www.wuya■藝LA"www.wuya■藝i.c（M控節(jié)電開美電路原混云峪■四、聲光控延時(shí)開關(guān)的制作PROTEUS軟件是目前為止世界上最新先進(jìn)的數(shù)字電路、模擬電路、模/數(shù)混合電路設(shè)計(jì)和仿真的平臺。經(jīng)過對電路的思考和分析，選用PROTEUS軟件設(shè)計(jì)和仿真組成聲光控開關(guān)電路。經(jīng)過反復(fù)的修改和優(yōu)化設(shè)計(jì)，最終通過仿真試驗(yàn)，電路設(shè)計(jì)基本完