声光控开关的设计与制作

声光控开关的设计与制作【背景】:越来越智能化的社会，许多服务于人类的电器、电子产品等等不再人为的去操控，而是自动的满足人类的需要。其中声光控开关就是这样的产品。当声光控开关出现以后，人们就避免了因通过楼道或者一些街道时去寻找灯控开关的烦恼。甚至在漆黑的夜晚中寻找灯控开关出现碰伤。声光控开关的出现就避免了这些问题。只要是环境的亮度达到某个值，人们的脚步声就能打开声光控开关。声光控开关必须具备两个条件声光的作用才能开启。一是环境的亮度达到某个值，二是具有声响效果。声光控开关又具有节能、使用方便的优点，深受广大用户的喜爱。一、原理1.1传感器的概念传感器（英文名称：transducer/sensor）是一种将生活中常见的的力、热、光、电、湿度、温度等非电量转换成一种可测量的电量的中间媒介［］。它是一种检测装置，能够检测到被测量物的一些信息，并将该信息按一定的规律转化成电信号或者其他所需的某种信号输出，以满足信息的传输、处理、存储和显示等。传感器是进行自动检测和自动控制的关键环节。传感器一般由敏感元件、基本转换电路、转换元件三部分组成，组成框图见图1。图1人们要想从外界获取信息，必须借助于人体感觉器官。但是仅靠人们自身的感觉器官，在研究一些自然现象和规律以及生产生活活动中人体感觉器官的功能已经满足不了人们的需求了。为改变这种情况，就需要传感器装置。新信息时代的到来，世界开始进入大容量信息时代。在利用信息的过程中，最主要的就是要解决如何获取准确可靠的信息，而传感器就是获取自然界中信息的主要途径与手段。1.2传感器的作用•现代工农业生产尤其是在自动化生产过程中，就要用到各种传感器来检测和控制生产过程中的各个参数，使设备在正常状态或者最佳状态工作，并能生产出最好质量的产品。可以说，如果没有传感器，现代的工农业生产也就失去了支柱。•在一些基础学科领域中，传感器更具有重要的地位。随着现代科技的发展，已经进入了许多新领域：比如在宏观上要观察上千光年的茫茫宇宙，微观上要观察小到mm的粒子世界，纵向上要观察长达数十万年的天体演化，短到s的瞬间反应。另外，随着对深化物质的认识、开拓新的能源、新的材料等各种极端技术的研究，像超高温、超低温、超高压、超高真空、超强磁场、超弱磁场等等。显然，要获取像这样大量人类感官无法直接获取的信息，没有一定的传感器是不可能实现的。敏感元件基本转换电路转换元件传感器1.3传感器的分类①根据输入物理量可分为：压力传感器、位移传感器、速度传感器、温度传感器等。②根据其工作原理可分为：电容式、电阻式、电感式、及电势式。③根据输出信号的性质可分为：数字式传感器和模拟式传感器。即数字式传感器输出数字信号，模拟式传感器输出模拟信号。④根据能量转换原理可分为：无源传感器和有源传感器。1.4传感器的特性传感器的特性一般是指传感器的输入量和输出量之间的一种对应关系，通常分为两种：动态特性和静态特性。传感器的动态特性指传感器测量动态信号时，输出对输入的响应特性。动态特性好的传感器，其输出变化曲线可以完全再现输入变化曲线，即二者有相同的时间函数。通常根据标准输入特性来研究传感器的动态特性常见的基本动态系统：零阶传感器xbya00一阶传感器xbyadtdya001二阶传感器xbyadtdyadtyda001222静态特性表示传感器在被测量各个值处于稳定状态时的输入输出关系。也即当输入量为常量，或变化极慢时的输入输出关系。1.5传感器的输入输出图2、光敏传感器2.1光敏传感器的工作原理利用光敏元件将光信号转换为电信号的传感器，它的敏感波长在可见光波长附近，包括红外线波长和紫外线波长。光传感器不只局限于对光的探测，它还可以作为探测元件组成其他传感器，对许多非电量进行检测，只要将这些非电量转换为光信号的变化即可。稳定性(零漂)传感器温度供电各种干扰稳定性温漂分辨力冲击与振动电磁场线性滞后重复性灵敏度误差因素外界影响传感器输入输出作用图输出输入输出取决于传感器本身，可通过传感器本身的改善来加以抑制，有时也可以对外界条件加以限制。下图为光敏电阻结构，是在玻璃底板上均匀地涂上薄薄的一层半导体物质，半导体的两端装上金属电极，使电极与半导体层可靠地点接触，然后，将它们压入塑料封装体内。为了防止周围介质的污染，在半导体光敏层上覆盖一层漆膜，漆膜成分的选择应该使它在光敏层最敏感的波长范围内射率最大。光敏电阻一般为半导体材料。图2玻璃底板半导体电极图32、电路分析图示为光敏电阻接线电路。把光敏电阻连接到外接电路中。在外加电压的作用下，用光照射可改变电路中电流的大小。光敏电阻在受到光的照射时，其导电性能增强，电阻值下降，流过光敏负载电阻RL的电流及其两端电压也随之变化。图43、实际应用光敏传感器声光控开关的结构框图图5声音信号与延整电M非IC门时流子控光制电电开敏电路关阻图1、声光控开关节能灯控制电路方框图2、整机电路组成和各部分作用声光控开关节能灯电路由电源电路、声控电路、光控电路、延时电子开关电路四大部分组成。3、电源电路电源电路它是给电路提供能源的设备，其作用是给电路提供电源，使电路能正常的工作。常用的电路有：半波整流、全波整流、桥式整流、而常用的电源电路使用的是桥式整流电路为主要电源电路部分。4、光敏传感器声光控开关的设计5、声控电路声控电路它是用声音控制电路的设备，其作用是把送入的声波转换为电信号，从而用这种信号去控制所需要的电器设备。常用的电路有：小信号放大电路、声波控制电路等。而常用的声控电路使用的是声波控制电路为主要的声控电路部分。6、光控电路光控电路它是用外来的光源来控制电路的设备。其作用是把外来送入的光源转换电信号，从而用这种信号去控制所需要的电器设备。在楼道、建筑走廊、洗漱室、厕所、厂房、庭院等场所，往往需要一些照明系统。一般的照明不能做到人走灯灭造成资源浪费，一般的声光控虽然解决了这个问题，但是在特殊情况下有不能满足。可以通过声控、光控和延时技术为一体组成的自动照明开关，是合现代极理想的新颖绿色照明开关。3.1声控电路声控电路是用声音控制电路的设备，其作用是把声音转换为电信号。从而用这种信号去控制所需要的电子设备。常用的电路有信号放大、声波控等电路。4.1光控电路光控电路是用光源控制电路的设备，其作用是把光源转换为转换为电信号，从而用这种电信号去控制电子设备。常用的电路有：光敏器件电路、发光器件电路和光电显示器件电路等。5.1延时电子开关电路延时电子开关电路是用电路中送入的信号进行控制电路的设备，其作用是用送入的信号去控制电路，使其电路达到延时的效果。常用的延时电路有按键延时电路、开关控制延时电路、感应延时电路、光控延时电路、声光双控延时电路等。本文中所用到的延时电路是主要是声光双控延时电路。声光双控延时电路是光控开关、声控开关的组合。它的原理主要是利用采集到的声音信号和光敏电阻感应光线的明暗来改变信号的高低电平，以达到控制电路输出高低电平的目的，在利用稳压管高电平导通的原理控制电路的开关。电路图如下：二、声光控单元电路的设计2.1声光控开关的设计流程图图62.2电源电路的设计本文中为声光控开关提供的电源为日常生活中的220V的交流电源，使得电源电路的设计使用方便。电源电路的好坏不可忽视。电路是否能够稳定可靠地工作，功能是否能够稳定的实现，不仅仅与电路元器件有关，同时还与电源电路的设计有关系。电源要求必须稳定，不能断电，所以说最好设计一个稳压电路以确保整个电路稳定工作。2.3整流电路的设计桥式整流电路是使用最多的一种整流电路。这种电路,只要增加两只二极管口连接成桥式结构,便具有全波整流电路的优点,而同时在一定程度上克服了它的缺点。桥式整流电路的工作原理如下:驻极体话筒声控电路光控电路光敏电阻电源电路延时开关电路灯泡D1D4RLD2D3图7e2为正半周时,对D1、D3和方向电压,Dl,D3导通;对D2、D4加反向电压,D2、D4截止。电路中构成e2、Dl、Rfz、D3通电回路,在Rfz,上形成上正下负的半波整洗电压,e2为负半周时,对D2、D4加正向电压,D2、D4导通;对D1、D3加反向电压,D1、D3截止。电路中构成e2、D2Rfz、D4通电回路,同样在Rfz上形成上正下负的另外半波的整流电压。2.4声控电路设计在设计声控电路时，首要问题就是怎样把声音信号转换为电信号。在声控电路的设计中声音信号的灵敏度不能太高，也不能太低，太高或者太低声控电路都很难较好的控制。声音信号的灵敏度最好是能很好的接收到如人的讲话声、口哨声、拍手声和脚踏地板等等。把这类声音转化为电信号的声音传感器很多，其中可用小型收录机上常用的驻极体话筒接收声音并转化成电信号，就实现了声音信号到电信号的转换。一般来说，驻极体转化成的电信号比较弱，同时要对转化的电信号适当的放大，才能起到控制功能。其中，可选择的电路有运放电路、功放电路和差动电路等，一般来说，运放电路较好。因为运放电路可以较好地提高信号的输出电压，控制零点漂移，减小失真等，但是，同时也会增加电路的体积和成本。转换成电信号后，对声控功能的实现也相对容易，可以采用三极管放大电路来放大驻极体话筒产生的电信号，触发器使得电路导通或者截止，这样不仅简化了电路结构，还使声控电路的设计更加容易，对声音的控制也更容易实现。但是，这样的电路设计对元器件的要求相对较高，特别是半导体器件必须保证灵敏度高，各电子元件的参数精确稳定，这样电路才能高效工作，发挥出电路的应有功能。2.5光控电路设计光控电路电子元器件和光传感器组成。电子元器件和光传感器组成的电路设计选择方案很多。设计时必须要考虑的有很多，比如可靠性、稳定性、经济性以及元器件的灵敏度。光控电路对电路元器件的要求很高，光传感器是光控电路的功能实现核心，因此必须选择可靠性稳定灵敏度极高的元器件，才能保证电路各项功能参数的精确、可靠和稳定，才能正常发挥电路的功能作用。因此，在设计光控电路时，不仅要尽量使电路结构简化、使用和经济，还要使电路功能能够长期稳定可靠。在设计时，可以利用光敏电阻的阻值随着光照度的变化而变化的特点，将光敏电阻与晶体三极管、电阻等元器件共同构成光电压采样控制电路。光敏电阻可以将变化着的环境光照度转化为电阻值的变化，再通过电压采样电路将电阻值的变化转化为电压信号的变化。由于电压信号的变化直接联系着晶体三极管的开关状态，由晶体三极管控制声音信号的导通或者截止，从而达到自动光控制声控信号的目的。广德强弱可由光敏电阻传感器转换成电信号的强弱传给控制器，使其导通或者截止。光控电路的主要功能就是当外界光照度降低到一定范围时，光控电路导通声控电路传来的声控信号。2.6延时电子开关电路设计延时开关电路实际上就是定时电路。当有电信号触及到定时器电路的时候，定时器就会开启定时工作，一段时间之后定时电路又恢复到原来的状态，这样就达到了延时一段时间的目的。延时开关电路一般由硬件或者硬件、软件构成。硬件构成电路又可分为集成电子元器件和分离电子元器件。硬件构成的定时器一般是通过R、C电子元件参数乘积值改变的大小来控制定时时间的长短，这样的定时器，效率较高，成本较低，但是通用性和灵活性较差;由硬件和软件构成的定时器是通过单片机来执行一段程序实现定时的，通用性和灵活性较高，同时成本也较高但效率差，有时还会出现单片机死机的故障。通过比较这两个方案的优缺点，采用硬件构成的方案来设计定时器电路，以使定时器电路成本低、效率高。三、整机电路及其工作原理四、声光控延时开关的制作PROTEUS软件是目前为止世界上最新先进的数字电路、模拟电路、模/数混合电路设计和仿真的平台。经过对电路的思考和分析，选用PROTEUS软件设计和仿真组成声光控开关电路。经过反复的修改和优化设计，最终通过仿真试验，电路设计基本完成。对电路进行焊接安装调试试验。完成后的电路图如下:五、试验测试（1）用遮光体挡住光敏电阻，测试电路对声音的灵敏度的控制，然后适当的调整，使其对人的讲话声、口哨声、脚踏地板和拍手声等都有很好的响应和控制。（2）调节光敏电阻上的光的强弱，使得电路对光强弱都有一个很好的响应和控制，实现当外界的