青岛理工大学工程训练
之电子电工创新产品
设计
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论文
设计题目 教室节能灯控制电路
姓 名 柳健
学 号 201024116
班 级 车辆101
指导老师 藏淑燕 赵先伟
日 期 2012年 5 月 10日
一、设计任务
教室用节能灯控制电路
二、设计要求
1.有光控功能，白天灯不亮；
2.天黑时有声音一楼灯亮，有人上楼梯时二楼灯亮，当人数少于一定时只有2楼灯亮，否则三楼开始亮，以此类推。
三、设计内容
1. 设计思想
教室用节能灯控制电路的主要设计理念是节能，但是和普通的声控节能灯也存在很大的区别，为了体现这一理念，我们在灯的选取上也采用了LED节能灯，但节能方式主要
表
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现在要求根据人数的不同采取智能的控制上。天黑或天色比较暗的时候一楼灯亮，这只需要普通的节能电路即可实现；当有人上楼时，二楼灯亮，而当人数多于一定时，三楼灯就自动打开，这需要对声音信好进行采集，经过过滤，放大，A/D转换后编码。不同的信号强度范围给予不同的编码，然后再输入到数据分配器，数据分配器的使能端通过光敏电阻接地，光敏电阻通过感应光线强弱的变化而自动改变其阻值，然后决定分配器的使能端是低电平还是高电平，这样就实现了对数据分配器的控制，也就控制了整个电路的导通情况。同时，还将经过编码处理的数字信号输入到延时器件中，这样能保证声控灯打开一段时间后熄灭，即实现了信号的延时。在晚上或白天光线变暗且有声音信号产生的时候，声音信号经过一系列处理过后输入数据分配器选择打开相应通道，再由延时器控制打开灯的时间，这样就实现了对不同楼层的灯的控制，也就实现了课题设计的要求。
2. 系统
方案
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或者电路结构框图
该电路主要由四个部分组成：声光信号采集部分，控制电路部分，延时装置部分，输出效应部分。
电路结构图如下图1所示：
图1，节能灯控制电路结构框图
以下是对各个部分的说明：
（1） 声光信号采集部分
声光信号的采集主要包括声音信号的采集，过滤，放大，A/D转换器和光信号的采集，声音信号（脚步声、掌声）通过麦克风接收并转换为电信号，然后经过滤波和放大得到一个稳定的，持续的电信号，然后根据声音信号频率范围划分实现对声音信号的编码，在编码之前要用A/D信号转换器将电流，电压等模拟信号转换为多位二进制数字信号。编码完成后，就可以将其作为信号源输入到控制电路部分。而为了使声控开关在白天自动断开，即灯不亮，则需要由光敏电阻组成光控电路。将光敏电路与数据分配器的使能端（高电平有效 ）串联，白天光线强时，光敏电阻呈现低电平状态，使数据分配器不工作，即电路断开，灯不亮。夜晚无光或白天光线昏暗时，光敏电阻的阻值陡增，数据分配器处于可工作状态，这时，只需要有输入信号输入到数据选择器即可实现工作。
（2） 控制电路部分
控制电路部分主要包括编码器（可选用优先数据编码器74148）和数据分配器（可选用74138译码器）两个元件。工作时，只需要用两个输入管脚，例如
和
，由于它们都是低电平有效，所以在输入前应将编码信号取非，其他输入管脚全部接地。这样，编码器编码过后的二进制数字信号取非后就可以直接输入到数据分配器，因为数据分配器的输入端为高电平有效。数据分配器同样只需要用两个输出端，例如
，
。此时，当信号输入编码器后，数据分配器也就相应的选择了
或
导通，而从其输出端接出的相应的节能灯就导通了。如果此时刚好光线比较昏暗，光敏电阻就产生一个高电阻，与之连接的使能端就呈现高电平状态，数据分配器可以开始工作，然后控制电路导通，节能灯就可以工作了。
（3） 延时装置部分
延时装置部分采用的器件主要是555定时器组成的单稳态触发器。在这里，同样要将采集到的声音信号经过滤波，放大和A/D转换处理过后得到二进制数字信号。当有一个声音信号输入时，将其转换后的数字信号取反后输入到555定时器的
端，这样，由其产生的输出信号就自动跳变到高电平，并为维持一段时间（比如说十秒钟）用以驱动节能灯工作，十秒钟过后，它即马上转变为低电平，电路停止工作。当有持续的声音信号输入时，控制电路将会维持长时间的导通。这样就实现了该控制电路的延时功能。
（4） 输出效应部分
输出效应部分是总信号的输出端和实现端。主要包括继电器和节能灯两个部分，其中继电器主要是起开关的作用，直接和节能灯串联。其工作原理是：当有电流经过时，电路自动导通，灯亮：没有电流经过时则相反。
3. 设计和使用说明
本设计主要采用一些简单的电路控制元件来实现节能灯开关的智能控制。白天的时候，整个电路由光敏电阻感应，产生一个很微弱的电阻，使数据分配器无法工作，此时不管有多大的声响，节能灯也亮不起来；而如果是晚上或者是光线比较昏暗的时候，光敏电阻通过产生一个很大的电阻使数据分配器工作，也就实现了整个节能控制电路的工作。使用时，只需要将出输出效应部分的前三部分安装在一楼楼梯通道 当中，然后将从数据分配器输出端接出的节能灯分别安装至二楼和三楼，即可在有人上楼时，通过脚步声或是掌声的强弱信号反应出人数的多少来实现对二楼和三楼灯光的控制。以此类推，在二楼楼梯通道中安装此装置即可控制三楼和四楼的灯光。而当一段时间过后，如果没有声响，电路延迟装置就自动将整个电路断开，即灯熄灭。满足课程设计的要求。
四、设计
总结
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此次设计，完成的是对教室节能灯控制电路的设计。在开始着手设计的时候，我认真分析和讨论了课程的设计要求，讨论结果为本次设计的关键是通过对上楼人数的多少的判断，对上一层或是上两层的节能灯的智能控制。起初的时候，我想到了对人体红外的感应来直接判断人数的多少，但是后来发现单单只用红外感应来智能的判断具体的人的个数比较困难。然后几经谈论，我还是认为要用声控来实现比较方便，而且更重要的是我对声控相对来说比较熟悉一些。当然声控也不能用那种普通的声控电路，因为这样不能满足设计的要求，最后 ，我选择了数电中的组合逻辑功能器件。确定了这样的方案过后，我就开始整理设计了，最后就得到了这个设计结果。在理论上是完全符合设计要求的，但是要真正的完成实物的设计或者正式投入使用，可能在很多方面需要改进和更加详细的调整，也包括对该产品的外加修饰。
在整个设计过程中，涉及到了一些数电和模电的知识，特别是关于组合逻辑功能器件的知识。经对课程的复习和进一步的探索，我不仅完成了本次设计，而且对课本知识的了解也更加深入和透彻。我觉得对课本知识的学习就应该如此，只有在实践支持下的学习才能走得更远，更加深入，同时，这也是一个快乐学习的过程。
五、参考资料
[1] 《数字电子技术基础》（第二版），彭荣修等编著，武汉理工大学出版社，2007。
[2] 《模拟电子技术基础》（第五版），康华光等编著，高等教育出版社，2006。
[3] 《电子系统设计》，马建国等编著，高等教育出版社，2004。
柳健
10车辆工程1班
2012年5月10日
浙公网安备 33021202002483