1、 毕业论文题 目： 小区楼道灯设计 学生姓名： 学生学号： 系 别： 物理与电子信息系 专 业： 电子科学与信息技术 届 别： 2012 指导教师： 聂 文 艳 目录小区楼道灯设计学生： 指导教师： 淮南师范学院物理与电子信息系摘 要：小区楼道灯控制，一要节约用电、控制自动化；二要方便住户对楼道照明用电的管理；三要投资少。根据这三个原则，本文介绍了一款基于单片机的声光控小区楼道灯的设计。用声光控小区楼道灯代替住宅小区的楼道上的照明，只有在天黑以后，当有人走过楼梯通道，发出脚步声或其它声音时，楼道灯会自动点亮，提供照明，当人们进入家门或走出公寓，楼道灯延时几分钟后会自动熄灭。在白天，即使有声音，
2、楼道灯也不会亮，可以达到节能的目的。该设计可作为企业、宾馆、商场及住宅的走廊、楼梯、电梯间、卫生间、库房等处的自动开关，起到“人来灯自亮，人走灯自灭”的作用，既新颖方便，又节约用电，在某些场所还能起到威慑盗窃活动的防范作用。本设计结构简单，器件功耗很小，价格低廉，隐蔽性好，应用范围广，所以可以通过扩展而达到实际的应用。 关键词：声光控电路；延时；节能Residential corridor lamp designAuthor: Supervisor: Huainan Normal University Department of physics and electronic informati
3、onAbstract: Village corridor lights control, one is to save electricity, control automation; The convenience of corridor of illumination residents management; Third, we need less investment. According to the three principles, this paper introduces a based on SCM control village voice of corridor lig
4、hts design. By acoustic electric village corridor lights instead of residential area in the corridor of the lighting, only after dark, when someone walked by the stairs channel, a footsteps or other voice, the corridor to the parade automatic light, with lighting, when people enter the house or out
5、of the apartment, corridor lights will be a few minutes after delay goes out. During the day, even a voice, corridor lights also will not light, can achieve the purpose of saving energy. This design can be used as enterprises, hotels, stores and residential hallway, stair, elevator, toilet, the Trea
6、sury of the place such as automatic switch, rise to “people to the bright lights, people walk out the lights“ effect, both novel convenient, and to save electricity, and, in some places still can rise to the activities of the guard against theft deterrent effect. This design is simple in structure,
7、the power consumption of the device is very small, the price is cheap, easy to conceal, application range, so can be extended to reach of actual application. Keywords: sound electric circuit; Delay; Energy saving 前言电力作为一种洁净方便的能源广泛的应用与我们的生活与生产方面，因此电能的节能尤为重要，要节能首先就要做到节约能源，其次再通过科学研究发明更加人性化和节能的用电器。我国照明缺
8、乏独创产品，模仿产品居多，基础加工落后，只顾外表，轻视功能，产品的品种比较单一，性能差。尤其是在“智能”照明方面，缺乏创新，与国外智能灯具在技术研究方面有着不小的差距。我国现阶段的照明系统大多都是应用模拟电子技术进行设计，分立元件多，不可靠，而且许多声控开关的平均使用寿命不长，主要是因为电路作频繁的开关，启动电流非常大，导致功率元件可控硅由于过载而损坏。如果在设计中采用开关电压过零保护技术，可消除白炽灯开启瞬间的大电流冲击，有效地防止可控硅元件启动时的电流过载，大大地延长了开关的使用寿命，并且可以起到保护灯泡的作用。全球性的能源短缺和环境污染在经济高速发展的中国表现得尤为突出，节能和环保是中国
9、实现社会经济可持续发展所急需解决的问题。基于目前国内国际形势，尤其是能源紧缺，智能照明必是以后照明系统的发展方向。如今单片机技术已经相当成熟，未来的发展方向趋向于运用单片机可以设计出智能型的声控开关，电路设计好后，运用软件编程来实现其功能，灵活方便，修改简单。在使用过程中更加的安全节电，智能环保。同时，智能照明将会使人们利用起来更加便利，改善家庭环境，不仅为建筑照明提供多种的艺术效果，而且使灯具控制和维护变得更为简单，而且具有可靠性高、安装布线容易。1 课题分析1.1 课题现状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
10、量,为国家、单位、个人造成经济损失。因此，设计一个基于单片机的声光控小区楼道灯，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。1.2 课题的研究内容运用单片机可以设计出智能型的声光控楼道灯，电路设计好后，运用软件编程来实现其功能，灵活方便，修改简单，在使用过程中更加的安全节电，智能环保。1.3 课题意义（1）利用单片机作为中央处理器；（2）具有光控功能，白天不亮灯，晚上有声音时亮灯；（3）延时时间可调节；（4）具有过零检测功能；（5）所设计的电路系统应做到节能、智能、耐用、可靠性高以及维护方便。2 硬件系统的设计2.1 声音信号采集电
11、路的设计 如图 1 所示为声音信号采集电路。R6 为声传感器，当没有声音时，其输出为低电压信号，若有声音时，输出一电压值，该电压值经过运算放大器 OP07 放大，放大倍数为 R2/R4，R2 为可变电阻，可以调节其阻值，使其放大倍数改变，起到调节声音灵敏度的作用。图 1 声信号采集电路图 2 TLC2543 为 A/D 转换器， TLC2543 采用串行接口，与外围电路的连线简单，三个控制输入端为 CS（片选） 、输入/输出时钟（ I/O CLOCK）以及串行数据输出端（DATA INPUT） 。片内的 14 通道多路器可以选择 11 个输入中的任何一个或 3 个内部自测试电压中的一个，采用一
12、保持是自动的，转换结束，EOC输出变高。TLC2543 的引脚排列如图 2 所示。引脚功能说明如下：AIN0AIN10：模拟输入端，由内部多路器选择。对 4.1MHz 的 I/O CLOCK，驱动源阻抗必须小于或等于 50；CS ：片选端，CS 由高到低变化将复位内部计数器，并控制和使能 DATA OUT、 DATA INPUT 和 I/O CLOCK。CS 由低到高的变化将在一个设置时间内禁止 DATA INPUT 和 I/O CLOCK； DATA INPUT：串行数据输入端，串行数据以 MSB 为前导并在 I/O CLOCK的前 4 个上升沿移入 4 位地址，用来选择下一个要转换的模拟输
13、入信号或测试电压，之后 I/O CLOCK 将余下的几位依次输入；DATA OUT：A/D 转换结果三态输出端，在 CS 为高时，该引脚处于高阻状态；当 CS 为低时，该引脚由前一次转换结果的 MSB 值置成相应的逻辑电平；EOC：转换结束端。在最后的 I/O CLOCK 下降沿之后，EOC 由高电平变为低电平并保持到转换完成及数据准备传输； VCC、GND：电源正端、地；REF、 REF：正、负基准电压端。通常 REF接 VCC，REF接 GND。最大输入电压范围取决于两端电压差；I/O CLOCK：时钟输入/输出。图 2 TCL2543A/D 转换器TLC2543 的主要特性如下：（1）1
14、1 个模拟输入通道；（2）66ksps 的采样速率；（3）最大转换时间为 10s；（4）SPI 串行接口；（5）线性度误差最大为1LSB；（6）低供电电流（1mA 典型值） ；（7）掉点模式电流为 4A。由于 TLC2543 具有以上特点，其转换速度快，与单片机接口简单，占用的I/O 口少，因此在本设计中选择进行 A/D 转换，用于采集声音信号。2.2 光信号判断电路的设计楼道上的声控开关出了声音控制外，还必须有光控功能，即在白天时无论有无声音，都不会点亮灯泡，只有在夜晚或是光线较暗时，发出声音后，才会开灯。这就必须设计一个光控电路，原理图如图 3 所示。图 3 光信号判断电图中 D1 为光敏
15、电阻器，光敏电阻器的主要功能是，当没有光照或光线不足时，其阻值较大，达到兆欧级以上，相当于处于短路状态，此时 R1 电位器中间抽头输出为低电平。而当有光照时，光敏电阻阻值下降，阻值相当小，此时电位器 R1 的中间抽头输出为高电位。LM393 和电位器 R8 组成一电压比较器，当同相输入端电位高于反相输入端时，LM393 输出一高电平，反之，当反相输入端电位高于同相输入端时，LM393 输出一低电平，输出信号经过具有施密特功能的反相器 74LS14，送到单片机，由单片机进行检测，判断是否有光照。2.3 过零启动保护电路的设计普通的白炽灯正常发光时的灯丝与不发光时灯丝电阻值相差甚远，从而使得其在启
16、动瞬间的冲击电流非常大，例如一只 60W 的灯泡，在正常发光时，电阻约为 800 欧，工作在标准市电 220V 时，工作电流不到 0.3A。然而在不放光时，灯丝的电阻阻值约为 6 欧，当启动时，电流会很大，约有 3.5A 左右。这种大电流的冲击，很容易损坏可控硅。如图 4 为白炽灯启动时的电流波形图。图 5 白炽灯启动电流波形图市电电压是交流 220V，交流电始终是从零值到峰值的变化，只要使白炽灯在零值或零值附近启动，就可以避免大电流的冲击。如图 5 为过零启动保护电路。D2 为整流桥，SCR 为可控硅，过零启动主要是由电阻 Rx1Rx5，二极管 D3 和二极管 O6 组成。Rx2Rx3 是采
17、样电阻，当整流桥 2 号端子的电压处于低电压时，Rx2 和 Rx3 之间的电压也很低，Q6 处于截止工作状态，protect 端输出高电平。当整流桥的 2 号端口为高电压时，Rx2 和 Rx3 之间的电压亦很高，使 Q6 工作在导通状态，protect 端输出低电平。把 protect 的低电平信号送到单片机的 I/O 上进行检测，由单片机作出判断，再决定 SCR 端得电压值，当 protect 为高，此时的电压为低，可以驱动 SCR 导通，点亮白炽灯，当 protect 为低，此时的电压为高，使 SCR 关闭，暂时不点亮白炽灯，等到过零点电位时才运作。因此，无论什么时候有声音信号来，只有在低电位时，才驱动 SCR 可控硅打开，声控信号才起作用，实现零压启动。
