声控灯设计

编号：

商丘工学院

毕业论文（设计）

题 目：声控灯的原理与设计

院 系： 机械工程学院

专 业： 电气自动化

学生姓名：

学 号：

指导教师：

成 绩：

2013年 01月

摘 要

社会的进一步发展，各式各样的灯层出不穷，为了防止公物损坏，节约用电，设计了各种控制灯，例如公共场所和居民居住区的公共楼道普遍使用机械手动开关, 由于各种原因往往出现许多灯泡点亮长明的现象, 故使灯泡寿命短, 浪费电量, 为国家、单位、个人造成经济损失。

另外，由于频繁开关或其他人为因素，墙壁开关的损坏率很高，既增大了维修量、浪费了资金，又容易造成事故隐患。因此，设计研制一种电路新颖、安全节电、结构简单、安装方便的声控灯节能自动开关显得相当有必要。使公共场所和居民居住区的公共楼道灯在白天时不亮，晚上闻声自亮，待人走后，几十秒后自动关闭，既方便，又省电。

关键词：电路板 声控开关 控制 省电

ABSTRACT

For the further development of a wide variety of light after another, in order to prevent damage to public property, saving electricity, has designed various control lights, such as public places and those who are living in the public corridor widespread use of mechanical manual switch, for various reasons are often there were many light bulbs lit Changming phenomenon, it is to make lamp life is short, a waste of electricity for the country, units and individuals causing economic losses. In addition, due to frequent switching, or other man-made factors, the failure rate of a high wall switch, both increasing the amount of maintenance, waste of funds, but also easily lead to accidents. Therefore, the circuit design and development of a novel, safe energy-saving, simple structure, easy to install voice-activated energy-saving automatic switch corridor lights appeared to be quite necessary.To make public places and those who are living in the public corridor lights during the day without light at night from Wen Sheng-liang, treat people left, tens of seconds automatically shut down, which is convenient, but also energy saving. The following introduces the principle of voice-activated switch.

Keywords : Circuit board V oice-activated switch Control Power

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目 录

引 言 ................................................................... 1

第一章 电路工作原理 ...................................................... 2

第二章 声控灯的制作 ...................................................... 4

2.1元器件的准备 ...................................................... 4

2.2 电路的制作 ........................................................ 4

第三章 声控灯的测量 ...................................................... 5

3.1 电压测量法 ........................................................ 5

3.2磁感应法 .......................................................... 5

第四章 声控灯在生活中新优缺点探讨与新设 .................................. 7

结 论 ................................................................ 11

致 谢 ................................................................ 12

参考文献 ................................................................ 13

III

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引 言

科技的进步使电灯的样式、种类以及对灯的控制方式千变万化，随着社会的发展，资源的大量开采，能源在逐渐的减少，所以我们要建立起节约能源的意识，电能的节约首当其冲，而电灯的使用最为普遍，所以设计一种自动控制灯开关的电路是非常必要的，声控灯开关就是其中的一种。声控电路已成为人们日常中不可缺少的必须品，它不需要开关，当有人经过时会自动的亮；广泛应用于走廊、楼道招待所等公共场所，给人们的生活带来及大的方便。因此，得到了广泛的应用。声光控电路是声音和光控制电路工作的电子开关。它将声音（如跺脚）和光转化为电信号，经放大、整形，输出一个开关信号去控制各种电器的工作，在自动控制工业电器和家用电器方面有着广泛的用途。由于本电路应用于人们的日常生活中，所以，起到很大的作用。

该电路在设计时应用了仿真软件，来进行仿真然后才确定下来的，虽然用的仅仅是EWB 软件，但是在论文中也上比较有特色的，能够使人们在不知不觉 感受到方便。公共场所和居民居住区的公共楼道普遍使用机械手动开关, 由于各种原因往往出现许多灯泡点亮长明的现象, 故使灯泡寿命短, 浪费电量, 为国家、单位、个人造成经济损失。另外，由于频繁开关或其他人为因素，墙壁开关的损坏率很高，既增大了维修量、浪费了资金，又容易造成事故隐患。因此，设计研制一种电路新颖、安全节电、结构简单、安装方便的声光双控白炽灯节能自动开关显得相当有必要。使公共场所和居民居住区的公共楼道灯在白天时不亮，晚上闻声自亮，待人走后，几十秒后自动关闭，既方便，又省电。

声控灯的原理与设计

第一章 电路工作原理

原理如图

1:

图1-1 原理图

其中三极管VT2、VT3及其电阻器、电容器组成了单稳态电路 电阻器R3为三极 管VT2提供了基极电流；而三极管VT3的基极电漉则是从三极管VT2的集电极电阻R4上得到的； 三极管VT2集电极与三极管V ’r3基极之间是直接耦合的F 而三极管VT3集电极与三极管VT2基极之间的耦合贝!f 是由电容器c2来完戚的 电阻器R4是三极管VT2的集电极负载·三极管VT3的集电极负载是电阻器R5。单稳态电路的特点是它只有一个稳定状态 电路在没有信号输^ 时．选择合理的R3使三极管VT2稳定在饱和状态，此时它的集电极电压约为0．3伏以下这样使三极管VT3稳定在截止状态 这就单稳态电路的稳定状态。当一个负脉冲通过C1到达三极管VT2的基极时．三极管VT2开始趋向截止．它的集电极电流减小．集电极电压升高；经过直接耦合．使三极管VT3的基极电压升高三极管VT3开始导遁．它的集电极电压下降；经电容C2的耦台又使三极管VT2的基极电压进一步下降(虽然这时负脉冲已经不再存在) ，形成一个正反馈．很袂达到一个新的状态． 此时三撮管VT2截止，三极管VT3饱和导通。这就是单稳态电路的暂稳态现象。

单稳态电路的暂稳态是不能持久的。在暂稳态期间．电容器C2通过电阻器R3进行放电，随着放电的进行三极营VT2 的基撮电压逐渐升高，当它选到0．5V 上时．三极管VT2开始导通．正反馈现象再次发生，整个电路很快叉回到VT2饱和导通．VT3截止的稳定状态 电容c2通过电阻R 3的放电过程决定了电路暂稳态的维持时间 根据计算，这个时间t-0 7×R3XC2。在本电路中电阻R3为330kf2，电容C2为47 F．所以t 一0 7×330×10 ×47×10 ≈ 11秒。根据这个公式改变电阻R8或电容C2的参数．可以延长或缩短电路的延迟时间．

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电路复原后，电容器C2通过电阻器R5和三极管VT2的发射结进行充电 充电完成后电路才可以接收下一次的触发.

电路中的B 是～ 只压电陶瓷片，它能将声音信号转变为电信号：压电陶瓷片所转换的电信号很微弱，只有通过由三极管VT1组成的放大器把微弱的信号进行放大后，才能去触发单稳态电路。放大后信号中的负脉冲作用在三极营VT2的基极上时．可以使单稳态电路翻转。电路中舶电容器C3是电源退耦滤渡电容器在电路的稳态过程下，单稳态电路中三撮管VT2导通．三撮管VT3截止 三极管VT3的集电撮为高电平．接在它上面的三极管VT4是PNP 型三极管，所以三极管VT4投有导通．继电器不工作=一旦有外界的声音来触发电路，单稳态电路中三极管VT2的基撮受到负脉冲的作用而截止，单稳态电路处在了暂态的过程中 这时三极管VT3导通，它的集电极电压下降，导致与它连接的三极营VT4也导通，继电器吸台。由于单稳态电路的暂态时间是由电阻器R3与电容器C2的参数决定的．所以十秒钟后单稳态电路会自动恢复到稳态过程下．继电器停止工作。

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第二章 声控灯的制作

2.1元器件的准备

电子元件需要：电阻器6只，全部是1／SW 碳膜电阻器。其中680gl 、680k~、330k~、13kn 各一只；2．7kn 三只 lOaF 、47 F 、1O0>F电解电容器各一只，电解电容器耐压全部为lOV 。9014等NPN 型三极管3只}90159012等PNP 型三极管一只：1N4148二极管一只 ]RC4o98型6V 继电器一只。?227的压电陶瓷片一只 6V 电池夹一只。小开关一只 50mm ×25mm 电路扳一块.

2.2 电路的制作

图2-1是声控小灯的电路扳安装图。对照电原理图中元器件的数值认清元器件。安装时首先将六只电阻器焊到电路板上．然后依次将电替器、二撮管、三撮管、继电器焊到电路板上，注意电解电容器的撮性和三管的管脚排列．压电陶瓷片要通过导线与电路扳连接．注意在焊接 E 电陶瓷片时时间不能太长以免疆坏压电陶瓷片的镀银层 小型开关和电池夹也通垃导线与电路板连接 只要元器件正确．焊接可靠，电路不需调整就可进行工作。

图2-1声控小灯的电路扳安装图

元器件装好后可接通直流电源进行调试。首次通过时继电器会吸台几秒钟然后释放 这时可 拍手来触发声控电路，每拍一下手．继电器就应驳台，十秒钟后继电器会自动释放。继电器的一组常开触点可以作为受控电器的开关，这一部分在电原理图中没有画出 电路扳安装图的右边两接点即为继电器的常开触点=声控电路调试成功后就可用这两点作为电灯开关。

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第三章 声控灯的测量

3.1 电压测量法

在变压器任一绕组外加低于标称值的交变电压，然后用万用表的交流电压档测量另一组绕组电压，再测量一下L1 、L2两只绕组两根引线相连后，另两根引线之间的电压，如果第二次测量的电压大于第一次测量的电压，则绕组为异名端串联，如图3-1所示：反之为同名端串联，如图3-2所示。

图3-1 并联

图3-2 串联

高、中断频变压器的相位测定，外加电压应为音频信号，测量方法同上。

3.2磁感应法

这种方法判断扬声器的相位较适用，因音箱里、高、中、低音扬声器需同相并联，判断相位时候万用表的直流电流微安档与扬声器联接，如图3-3所示。

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图3-3 连接图

用手指轻敲音膜防尘罩．这时音圈会下上运动．切割磁力线产生的感生电压将使万用表的指针摆动．记住扬声器与表笔的极性，再用同样的方法检测别的扬声器，当万用表指针摆动方向与测试第一只扬声器时的摆动方向一致时，则各次万用表的正表笔(或负表笔) 所接的一端即为扬声器的同名端。两个具有互感M 的电感线圈．它们的同名端决定于两线圈的实际绕向和它们之间的相对位置。但在无法判断其绕向和相互位置时．

例如线圈被封装在不易打开的壳子中，可根据同名端的定义．选择上述实验方法来确定。顺便在这里指出一个值得注意的问题：那就是对两个具有互感的线圈来说，如果有一个线圈中流过的是直流，则在另一个线圈中不能感应出互感电压，也就是说互感对直流不起作用。

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第四章 声控灯在生活中新优缺点探讨与新设

大家都知道：声光控灯在市场上是很常见的，我们生活中也有很多单位用着这种灯，在楼道上，在门厅口以及在各种人员流动不太频繁也不太稀少的地方，其原理是：利用声音与光来共同控制灯的明亮，当白天时(光线比较强烈时) 即便有再强的声音，灯也不会亮，而当夜晚时(光线达到临界状态时) 声控装置才会真正的被启动年，而这时，就是这种“声光控灯”大显身手的时候。即，当有声音响动的时候，灯才会亮起来，如果是人们活动，则有很强的适应性与活动性，当没人活动的时候，也不会造成无端的能源浪费。如果与普通的手动灯比较，当人在黑暗中的时候，很难找到开关的位置，乱找不一定能找到，甚至有时候会伤害到自己的人身安全(在黑暗中找不到方向，乱撞很可能会撞上对人体有害的东西，比如被硬物绊倒被摔伤，碰到尖锐的东西被割伤等) ，而对于声光控灯来说，人们只需要造出某种声音，比如拍手，大喊一声等，就可以启动声光控 制灯，从而办完自己想办的事情。

另外，这种灯在一定程度上还有防止外来入侵者的功能。

当主人在夜间睡着时，虽然可能会被入侵者的声音惊醒，但当熟睡时，则很可能不会有反应，而这时，声光控灯又会发出光来启动另一层报警装置，即光照，～方面，入侵者受到警告，另一方面，主人被警觉的概率也会更大。这样则有助干人们采取相应的措施。综上所述，这种灯的特点是在夜晚会因响动而自动亮起来，但笔者认为这种灯还有不足之处。今天，就这种灯的优缺点，笔者再提一些自己的看法与建议以及改进的方法从上面我们可以知道：声光控灯就是利用光控与声控同行的方式来达到节能的目的，因为如果长时间无人来往而灯常开会浪费很多的能量，而如果不开又会给人们的生活带来很多不便。声光控灯有效的解决了这一问题，但其也有不足之处。首先，我们把情境设在走廊上，走廊上有很多声光控灯，这些灯真的在什么情况下都能达到节能的效果吗? 我们来设想这样一种情况，拿大学来说，因空闲时间比较多，而个人支配时间的方式是不同的。走廊上的人群情况大体是陆陆续续但又是接连不断的，在这种情况下，声光控灯需要不断的被启动。而我们又知道，灯的启动要比延续用更多的能量，故若处在连续启动状态是一种能量的浪费，再就是即便不在乎浪费，需要造出声音不断启动也给人们的生活带来很多不便之处，隔上几分钟边必须要

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造出声音去启动，即便自己不怕麻烦，断断续续的声音会成为噪音，在可以回响的楼道间更会如此，这样就会打扰别人的休息与正常的生活，会引起别人的反感，在人潮往来多与杂乱的地方更为突出，况且这种灯的应用是在晚上，而我们又知道，在晚上，大多数人是在休息的，是不愿意在人为的断断续续的噪音的干扰下去睡觉的。 但是，在生活中这种设置并不在少数，总上，从生活的方便角度上，我们可以看到，甚至大多数人经受过的这种灯的微小瑕疵。

可以知道，其实这种灯的应用在很大程度上其方便程度与其外界环境有很大的关系，而我们知道，这种灯更多的被用在人流复杂的环境下，比如宾馆，比如大学等。大学的休息行动时间大体上还算是比较集中的，但对于宾馆或其他，人流不同的行动休息习惯却会使这种弊端显现的更为突出。再就是比如宾馆其营业的连夜性与客流的随即性在加上生意的火暴性就使这种情况更加突出。

以上，我们举例从某些侧面道出了一些瑕疵。

以上所述为弊一。

同样，针对其他弊端，我们还以举例的方式进行一些论述：

我们看第二种情况：我们还把情境设在一个学校中，比如一个学校在比较繁忙的马路旁边，学校里有很多这种灯，而马路上车辆来往不息，噪音也就断断续续，很多情况下夜间也是如此。那么，这个学校的夜晚也会是灯火通明，车来车往，灯灭灯明，而车来车往的频率只要很小就能达到这种状态(因为声光控灯有一定的延时作用) 甚至当频率达到一定界限后声光控灯会整夜亮着，能量的浪费也就不言而喻，或许一家单位或某些个人不在乎这一点浪费，但天长日久单位与个人的浪费的数目决非小数，而更何况有很多个单位与个体在延续着这种情况? 即便他们不在意这些，那么，在我们国家的这种电力并不充沛的情况下不采取任何措施的进行浪费是不道德的，况且节约是中华民族的传统美德。而且，在生活中这样的情况也非常多多，比如邻近有工地连夜施工，损坏的木板随风有节奏的碰撞响动，甚至一夜的雷雨声等，那么，能量的浪费就不用说了，全国有多少个单位，有多少个个人，在多少个夜晚，已经浪费了多少资金与能源并正在浪费着? 决非小数。并且，如果灯一直开着，那么我们上面提到的优点可以防范外来者就不会有功效，相反的，反而会影响人们的正常生活，以上为弊二。

综上，那么，我们可以做一些什么改进呢? 我们可以作一

些什么改动来使其更完善呢? 使其更好的为我们的生活与生产服

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务呢?

以下，笔者提三种解决的方案，也是改进的方法：

方法一：

我们大家都知道，红外线可以用来防盗，因为红外技术可以探测到人类以及一些生物体身上发出的红外线而达到报警的目的。那么，我们可以尝试着将声光控灯技术红外线技术结合起来。即，除了声光控灯原来的两重防护外，再加上一层防护，即红外线感测仪，为什么加上一层红外感测仪就能解决问题呢?

因为，声光控灯究其根底是为了人们生活更方便而设定的，而红外线感测仪能感测到人体的红外线，如果这两种技术结合起来的话，那么在黑夜里就可以更好的防止与排除一些并不是人们本来要达到的效果，即非人本意效果。这样，依旧用上面的例子来说，车来车往不会影响他的正常的节约工作程序，随风而动的节奏木板也不会影响他，等等。具体设计流程如下，加上红外技术，与声控还有光控结合。三者并列起来作为三重防护，就可以达到如下效果，只有人有意让灯亮时灯才会亮。但如果红外技术不能识别人与非人生物(如家庭宠物等) 的红外线的区别时，就还有可能造成能量浪费，但如果家里没有宠物或我们采用的是高能精度的红外技术的话(可以识别人与宠物的红外技术) ，我们就不会有这些小的设计问题了。这样，我们的声光控控制灯就有更大应用范围了，并且多了一层防护，应该是声音，红外，光亮共同控制的了。

以上为改进方法一A

改进方法二

这种改进方法主要针对上面所述的弊端二而来的，那就是对不同的地方的声光控灯采取不同的技术构造，这一点我们可以在精度上做一些有差别的改动，即其对声音音调与音高的识别不同而采取不同的对策电路。在其中加一个声音辨别器，比如用上面的马路边的学校来说，就可以将各种车声过滤掉，从而达到抗干扰的目的。这是针对一种声因或几种声音来说。 另外我们可以设置一种开关声音，即：只有这种声音能启动这种灯，比如说，脚步声，比如说拍手声，等等。

这两种设计都用到了声音辨别器，不同之处是一个过滤一种或几种声音，另一种专门识别某种声音而已。B

以下为设计三

相比设计一与二，设计三是在外界加了一个外围控制电路，用来控制声光控控制灯的开与关，以次用来达到抵消以上所说的弊端问题，这种设计的缺点是需要大量的

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工作去确定最好的方式，当达不到电子控制要求时需要人为的手动控制

那就是在整个声光控电路外端加一控制电路，做为一并接分支【带开关K 一开关线路并联【开关G 】。这样，在人活动很少时关G ，开K 。就是声光控模式。在外界人活动频繁时关K ，开G ，就是长明状态。在外界噪音干扰强烈时关K 与G ，就是长灭状态，又不会干扰其他电器工作。最后，在长灭状态下【外界干扰强烈】，可加一手动开关Z ，这样既不影响使用又能达到节能的效果。C 另外，开关的控制又因不同单位不同环境不同人流而不同。对于这种情况有可先做一写调查，调查出这个单位地段与人流特点[可用统计的方法进行】，策划出最优方式后在前加一个微电子控制器全方位控制也非不可【时间控制等加入】。注：以下为第三种方法的应用举例单位假期选第三种状态。人流活动高峰期选第一种状态。

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结 论

通过对以上声控灯的工作原理和制作以及结合生活当中对声控灯在生活中新优缺点探讨与改进，已经很全面的阐述了声控灯。

经过两个星期的设计里，过程曲折可谓一语难尽。在此期间我们也失落过，也曾一度热情高涨。从开始时的满富激情到后来汗水背后的复杂心情，点点滴滴无不令我回味无长。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。

我相信在未来的生活当中，声控灯还会在更多的层面上发挥作用，并且不断的改进，达到高效，节能，环保，人性化标准的。

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致 谢

在完成本篇毕业论文的过程中，本人得到了指导老师的帮助，是他为此付出了心血和精力，在此请允许我向他表示最衷心的感谢！我要感谢我的导师。当然，这些都离不开父母和老师们平时的谆谆教诲和的尽心辅导。本篇论文从提纲到初稿乃至成稿，都经过他们精心的指导和修改，提出了严格的要求和许多宝贵的意见。可以说，我的整篇论文凝聚着他们的心血。

三年的大学生活不知不觉中就要结束了，在这段难忘的生活中，有我许多美好的回忆。在这份大学的最后一页里，首先感谢学院给我们提供这个能自我展示的平台，感谢我们的指导老师，你们从一开始的论文方向的选定，到最后的整篇文论的完成，都非常耐心的对我进行指导。给我提供了大量数据资料和建议，告诉我应该注意的细节问题，细心的给我指出错误，修改论文。谢谢我们班主任和在我三年的学习中无私传授我知识的各位老师，是你们将自己宝贵的财富无私地奉献给了我们，让我们能在学业上有所成绩；是你们让我倍感教师职业的伟大，交给我们知识，又不忘教育我们如何做人！在此，我还要感谢寝室的兄弟们在我完成论文的过程中给予我的帮助和鼓励，也是他们陪我度过这三年的生活。

其次，我要感谢教学中心的老师。是他们对论文选题、选材、编写格式等方面给予了细心的指导，使本人的毕业论文设计得以有条不紊地进行。

最后，我要感谢所有参考文献的作者。我论文是建立在他们研究基础上的。

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参考文献

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[2] 赵家贵编 传感器电路设计手册 中国计量出版社 2002年

[3] 王俊杰编 检测技术与仪表 武汉理工大学出版社 2002年

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[5] 马忠梅编 单片的C 语言应用程序设计（第三版） 北京航空航天大学出版社 2003

[6] 康华光. 电子技术基础（模拟部分）第五版[M]..北京：高等教育出版社.1998

[7] 康华光. 电子技术基础（数字部分）第五版[M]..北京：高等教育出版社.1998

[8] 阮礽忠. 数字电路指南(第1 版)[M]北京：工业技术出版社. 2004

[9] 安德宁. 数字电路与逻辑设计学习指南[M]北京：人民邮电出版社. 1994

[10] 李士雄. 数字集成电子技术教程[M]北京：高等教育出版社. 1993