任務(wù)五聲光控開關(guān)的設(shè)計與制作一、任務(wù)描述設(shè)計并制作一個聲光控開關(guān)，能夠用聲音和光照度控制的開關(guān)，當(dāng)環(huán)境的亮度達(dá)到某個設(shè)定值以下，同時環(huán)境的噪音超過某個值，這種開關(guān)就會開啟。在白天的時候，光敏電阻的阻值較小，這樣即使有很大的聲音，由于光敏電阻的下拉導(dǎo)致信號無法繼續(xù)傳送，所以白天的時候不亮。而夜晚的時候，光敏電阻阻值變大。此時如果有較大的聲音的話，就會推動晶閘管導(dǎo)通，此時燈泡就會點亮。但是當(dāng)電容器中的電荷放盡的時候，晶閘管就會在交流過零后自動關(guān)閉，此時燈泡就會熄滅了。二、任務(wù)分析（一）聲光控開關(guān)電路分析1.聲光控延時開關(guān)的功能近年來，完全智能化的聲光自控延時開關(guān)漸漸地被人們認(rèn)識和采用，這種節(jié)能開關(guān)，真正實現(xiàn)了人來燈亮，人走燈滅，既方便，又節(jié)能，目前已成為公共場所照明開關(guān)的主流產(chǎn)品。作為一種新型產(chǎn)品，在選擇、安裝、使用上必然有它的自身特點，如果使用不當(dāng)，就可能使開關(guān)的功能特點得不到充分發(fā)揮甚至浪費，這就需要我們深入了解這種開關(guān)的相關(guān)功能特點。2.聲光控延時開關(guān)的特點聲光控延時開關(guān)可在白天關(guān)閉電燈，晚上人來有聲音時自動開燈，延時一分鐘自動熄滅，真正做到了人來燈亮，人走燈滅，這種開關(guān)有許多優(yōu)點。一是省電，由于燈泡大部分時間不工作，因此節(jié)電效率很高，達(dá)80%左右；二是方便，首先，不用接觸，全自動智能控制，另外，接線簡單、安裝方便，不用更改原照明電路；三是省燈泡，正常情況下，一只燈泡可使用兩年左右。另外，是在一定場所使用還可起防盜作用。實踐證明，此種產(chǎn)品是公共場所照明開關(guān)的理想選擇，被人們譽為“長明燈的克星”。3.電路結(jié)構(gòu)本電路可分為幾大部分。它們分別是電源變換電路、觸發(fā)驅(qū)動電路、延時關(guān)斷電路、光敏控制電路和音頻放大電路、延時關(guān)斷電路。（1）電源變換電路：由D2、D6、Q1、R6和C1組成。（2）觸發(fā)控制電路：由R7、CD4011的A單元組成，目標(biāo)直指單向可控硅Q1、BT169門極。（3）光敏控制電路：由R3、Rg與CD4011的D單元組成。（4）音頻放大電路：由R1、BM1、C2、R2與CD4011的C單元組成。（5）延時關(guān)斷電路：由C4、R8與CD4011的B單元組成。4.聲光控延時開關(guān)的發(fā)展應(yīng)用前景隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，公共場所照明控制手段也將逐步更新，除現(xiàn)在已有的聲光控開關(guān)外，還有微波感應(yīng)開關(guān)和熱釋遠(yuǎn)紅外感應(yīng)開關(guān)．目前，微波感應(yīng)開關(guān)的抗干擾性能尚不理想，紅外感應(yīng)開關(guān)在性能上較為理想，但安裝復(fù)雜，比較嬌氣，價格也偏高，比較適合在一些管理完善的場所如賓館、大飯店樓道及居家庭走廊應(yīng)用，在普通住宅樓、辦公樓道等場所的照明控制考慮到價格、管理及安裝方便等因素，根據(jù)我國國情，可以預(yù)計在相當(dāng)一段時期內(nèi)，聲光控延時開關(guān)將是首選的主流產(chǎn)品。（二）聲光控開關(guān)電路設(shè)計1.電源變換電路JP1是接市電插頭，市電經(jīng)二極管D2半波整流、電阻R2限流和電容C1濾波作為CD4011的工作電源Vcc。R2的作用是通過限流而降低工作電源Vcc的電壓，以滿足CD4011的安全工作需要（實際測量Vcc大約5.5V~5.6V之間）。注:電路中的“地”只是參考電平,并不是真正的“地”,對人體而言仍是危險電壓。高壓二極管D3-D6組成橋式整流電路，燈泡DS1是在路負(fù)載。JP1接交流電壓，電流方向要么為①→DS1→D6→Q1→D5→②，要么為②→D6→Q1→D4→DS1→①。即流過燈泡DS1的是交流電流，流過單向可控硅Q1的是脈動直流電流，如果采用雙向可控硅高壓二極管D3-D6完全可以去掉，如圖所示。2.觸發(fā)控制電路觸發(fā)控制電路由R7、CD4011的A單元組成，控制邏輯如表5-1。

CD4011管腳狀態(tài)表管教狀態(tài)

功能CD4011的③端為高電平 Q1觸發(fā)、正向?qū)–D4011的③端為低電平 Q1不能觸發(fā)、正向阻斷3.光敏控制電路光敏電阻Rg的等效電阻隨光照而變化，R3和Rg分壓值也隨之改變，從而影響D單元的輸出狀態(tài)而光敏電阻又有多種型號，它們的亮/暗電阻有多種檔次，如表。因此，R3必須和光敏電阻配合選用，不同的光敏電阻就要匹配不同的上拉電阻。光敏電阻測試表序號 有光照

光照

R3匹配阻值范圍1 3.5~3.8K

20~21.5K

8~12K2 8~12K

85~90K

33~47K3 65~95K

650~750K

200~470K有光照時等效電路無光照時等效電路（1）有光照射光敏電阻如圖5-2，有光照射到光敏電阻時，D單元狀態(tài)如表5-3（第一行）。表5-3光敏電阻的邏輯輸出狀態(tài)有光照射 D單元兩端輸入為邏輯0 D單元輸出為邏輯1 D1導(dǎo)通 ①端邏輯1無光照射 D單元兩端輸入為邏輯1 D單元輸出為邏輯0 D1截止 ①端邏輯0此時無論⑩端的狀態(tài)如何都不會影響①端電壓，這是因為D1的鉗位作用使①端電壓置于高電位。也就是說CD4100的D單元鎖定其輸出為高電平、繼而鉗位位①端于高電平的優(yōu)先級最高。結(jié)合上面已經(jīng)分析出②端為高電平，于是③端為低電平，單向可控硅因沒有控制信號而不能導(dǎo)通。（2）無光照射光敏電阻如圖5-3，無光照射（光敏電阻）時，D單元狀態(tài)如表5-3（第二行），此時D1反向截止，①端電壓將由C單元輸出狀態(tài)決定。4.音頻放大電路在分析音頻放大電路時假定光敏電阻Rg無光照射，即D單元輸出為低電平，D1反向截止，對①端無控制作用。參考電路原理圖，R1為駐極體話筒提供工作電壓（駐極體話筒工作的必要條件，動圈式話筒工作不需要偏置電壓），聲音震動引起電壓波動、經(jīng)C2耦合輸入到C單元。R2跨接于反C單元兩端，此時C單元的作用類似于運算放大器，⑩端輸出放大電壓信號——數(shù)字電路模擬（線性）使用，如圖。如果突然拍手，經(jīng)C單元電壓放大、輸出振幅很大的信號拉低⑩端電壓（實際上是某一個幅度較大的波谷拉低⑩端電壓）、經(jīng)R4傳導(dǎo)到①端，即①端突變?yōu)榈碗娖剑谑洽鄱擞伞?”變?yōu)椤?”觸發(fā)Q1導(dǎo)通、DS1點亮，突發(fā)狀態(tài)波形如圖5-4。5.延時關(guān)斷電路緊接上面的描述，當(dāng)③端由0→1時，⑤端由0→1（電容兩端電壓不能突變）。但是⑤端高電平不能持續(xù)維持，隨著電容C4充電的不斷進行，⑤端電壓會逐漸下降，直到⑤端1→0，③端由1→0，如圖。電路全圖三、相關(guān)知識（一）光敏電阻光敏電阻器又叫光感電阻，如圖5-7，是利用半導(dǎo)體光電效應(yīng)制成的一種電阻值隨入射光的強弱而改變的電阻器。受到適當(dāng)波長的光線照射時在光敏電阻兩端的金屬電極之間加上電壓便有電流通過，大多數(shù)具有如下基本特性：入射光強、電阻減小，入射光弱、電阻增大。光敏電阻沒有極性，純粹是一個電阻器件，使用時既可加直流電壓，也可以加交流電壓。通常光敏電阻器都制成薄片結(jié)構(gòu)以便吸收更多的光能。光敏電阻器又稱為光電導(dǎo)探測器；并不是所有都具有入射光強，電阻減小，入射光弱，電阻增大的特性，還有另一種入射光弱，電阻減小，入射光強，電阻增大。1.光敏電阻的分類（1）按半導(dǎo)體材料分：本征型光敏電阻、摻雜型光敏電阻。后者性能穩(wěn)定，特性較好，故大都采用它。（2）根據(jù)光敏電阻的光譜特性，可分為三種光敏電阻器：①紫外光敏電阻器：對紫外線較靈敏，包括硫化鎘、硒化鎘光敏電阻器等，用于探測紫外線。②紅外光敏電阻器：主要有硫化鉛、碲化鉛、硒化鉛。銻化銦等光敏電阻器，廣泛用于導(dǎo)彈制導(dǎo)、天文探測、非接觸測量、人體病變探測、紅外光譜，紅外通信等國防、科學(xué)研究和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。③可見光光敏電阻器：包括硒、硫化鎘、硒化鎘、碲化鎘、砷化鎵、硅、鍺、硫化鋅光敏電阻器等。主要用于各種光電控制系統(tǒng)，如光電自動開關(guān)門戶，航標(biāo)燈、路燈和其他照明系統(tǒng)的自動亮滅，自動給水和自動停水裝置，機械上的自動保護裝置和“位置檢測器”，極薄零件的厚度檢測器，照相機自動曝光裝置，光電計數(shù)器，煙霧報警器，光電跟蹤系統(tǒng)等方面。2.光敏電阻的作用光敏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)換為電的變化）。常用的光敏電阻器硫化鎘光敏電阻器，它是由半導(dǎo)體材料制成的。光敏電阻器對光的敏感性（即光譜特性）與人眼對可見光（0.4~0.76）μm的響應(yīng)很接近，只要人眼可感受的光，都會引起它的阻值變化。設(shè)計光控電路時，都用白熾燈泡（小電珠）光線或自然光線作控制光源，使設(shè)計大為簡化。3.光敏電阻的參數(shù)特性光敏電阻的主要參數(shù)有：（1）光電流、亮電阻。光敏電阻器在一定的外加電壓下，當(dāng)有光照射時，流過的電流稱為光電流，外加電壓與光電流之比稱為亮電阻，常用“100LX”表示。（2）暗電流、暗電