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日志

 
 

【转载】声、光、触摸三控延时照明灯  

2013-11-21 19:26:42|  分类: 电子 |  标签: |举报 |字号 订阅

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      声光触摸控制照明灯开关,能自动控制白天开关、夜晚亮灯、人走灯灭。具有灵敏、低耗、性能稳定、使用寿命长、节能等特点。这里介绍声、光控制自动延时节能开关,综合了声、光和延时控制、工作稳定、节电并可延长灯泡寿命。在白天或光线较强的场合即使有较大的振动声响也能控制灯泡不亮;晚上或光线较暗时遇到声响、振动后灯自动点亮,经过约一分钟(时间可设定)自动可用于楼梯、厕所等公共场所照明灯的自动管理。本文阐述了简单的声光触摸控制照明灯开关的制作。选择声敏传感器、光敏传感器和磁敏传感器作为基本元件。光敏电阻,声控传感器和触摸传感器三种传感器形成了声控、光控和触摸三种控制的电路板。利用布局和布线规则完成了电路板的制作。实现了电子开关的三种控制,实验结果实现了灯的控制。 
            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。以往的声控开关大多都是应用模拟电子技术进行设计,分立元件多,不可靠,如今单片机技术已经相当成熟,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。目前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。本文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。本例介绍的声、光、触摸三控照明灯(二)是一款简单、实用的照明灯控制电路,即可以由声、光控制,也可以由人体触摸控制。将该装置安装在楼道、走廊或卫生间等场所,在夜间光线暗时,有人走动或发声时,灯会自动点亮并延时数分钟后方自动熄灭。在白天,若触摸电极片M,则照明灯也会受触发而点亮。

工作原理 
       声、光、触摸三控照明灯(二)的电路原理图如图所示,整个控制电路由电源、声控制、光控制、触摸控制、延时、继电器驱动等电路部分组成。交流220V电压经电源变压器T降压、整流桥堆UR整流、C4滤波及IC1稳压后,在C5两端产生5V直流电压,供给继电器和整个控制电路使用。

声、光、触摸三控时延照明灯 - yangxinqiu - yangxinqiu---博客乐园
 

      接通电源后,整个控制电路工作在待机状态,非门D5输出低电平,使晶体管VT截止,继电器K的常开触点不吸合,照明灯EL不亮。
当有人走近照明灯或有声响发出时,传声器BM将声音信号变换成电信号,此电信号经非门D1构成的交流线性放大器放大后,经非门D2反相后输出高电平,使非门D3的输出端变为低电平,二极管VDl导通,非门D5的输出端变为高电平,使晶体管VT饱和导通,继电器K的常开触点K1吸合,照明灯EL发光。
在白天,即使有人脚步声或其他声响,也不会有高电平加人非门D3的输人端,因为光敏电阻器RL受光照而电阻值变小,非门D3的输人端始终为低电平,输出端也保持高电平,二极管VDI和晶体管VT均处于截止状态,照明灯EL不亮。夜晚,光敏电阻器RL的电阻值变大,此时若传声器BM拾取到声音信号,则会有高电平加至非门D3的输人端,使二极管VDI和晶体管VT导通,继电器K的常开触点吸合,照明灯EL点亮。
不管白天和夜间,只要用手触摸电极片M后,人体感应信号将使非门D4的输人端变为高电平,其输出端变为低电平,又使二极管VD2导通,非门D5的输人端变为低电平,输出端变为高电平,晶体管VT饱和导通,K1吸合,照明灯EL点亮。
在二极管VDI或VDZ导通瞬间,电容器C3通过VDI或VD2被迅速充电,非门D5的输入端立即为低电平;当非门D3或D4的输出端由低电平变为高电平(随后又同时变为低电平)使VDI或VD2截止时,电容器C3通过电阻器R5缓慢放电,使非门D5的输人端仍维持一段时间的低电平,照明灯EL不会马上熄灭,直到C3放电结束,D5输入端变为高电平,输出端变为低电平,晶体管VT截止,继电器K释放,照明灯EL才熄灭。
元器件选择
IC1选用LM7805型三端集成稳压器;IC2选用CD4069型六非门数字集成电路。
VT选用9013或8050型硅NPN中功率晶体管,要求电流放大系数β>100。
UR选用2A, 50V整流桥堆,或用四只1N5401硅整流二极管桥式连接后代替。
VD1一VD3均选用1N4148开关二极管。
C1和C2选用CL11-63V型涤纶电容器;C3一C5均选用CD11-16V型电解电容器。
RL选用MG45-13或MG45-33型光敏电阻器。其余各电阻器选用RTX-1/4W碳膜电阻器。
RPl选用WH7-A型立式微调电位器。
BM选用CM-18W型高灵敏度驻极体传声器。
T选用220V/6V、low优质成品电源变压器,要求长时间空载运行不过热。


第2章 电路的工作原理

2.1设计中的电路功能介绍

       2.1 声控原理 

     

声控原理如图2

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 图a为声控电路部分,由图b声音感应、放大电路和图c单稳态电路构成。图(4)中三极管VT2VT3及其电阻、电容器组成了单稳态电路。电阻R3为三极管VT2提供了基极电流;而三极管VT3的基极电流则是从三极管VT2的集电极电阻R4上得到的。三极管VT2集电极与三极管VT3基极之间是直接耦合的;而三极管VT3集电极与三极管VT2基极之间的耦合则是由电容器C2来完成的。电阻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。电路在没有信号输入时,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0.3V以下。这样使三极管VT3稳定在截止状态。这就是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开始导通,它的集电极电压下降;经电容C2的藕合又使三极管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,很快达到一个新的状态。此时三极管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R3进行放电,随着放电的进行,三极管VT2的基极电压逐渐升高,当它达到0.5V以上时,三极管VT2开始导通,正反馈现象再次发生,整个电路很快又回到VT2饱和导通,VT3截止的稳定状态。电容C2通过电阻R3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×R3×C2。在本电路中电阻R3510KΩ,电容C247μF,所以t17s.根据这个公式改变电阻R3或电容C2的参数,可以延长或缩短电路的延迟时间。电路复原后,电容器C2通过电阻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是一只驻极体传声器,它能将声音信号转变为电信号。驻极体传声器压所转换的电信号较微弱,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管VT2的基极上时,可以使单稳态电路翻转
  
在电路的稳态过程下,单稳态电路中三极管VT2导通,三极管VT3截止。三极管VT3的集电极为高电平,接在它上面的三极管VT4PNP型三极管,所以三极管VT4没有导通,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的基极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管VT4也导通,继电器吸合,LED电路导通从而灯亮。

  2.2触摸控制原理

    触摸控制原理在搞懂单稳态电路原理的基础上,很好的利用单稳态电路的性质尝试了触摸控制的实现,经试验得到了两个点可以通过触摸来控制的即R6电阻两端(VT3的集电极和VT4的基极),取的是VT4基极,这样有利于我焊接分布元件。如图(5),当人体触摸A点时,人体感应电压使得VT4的基极电压降低,VT4导通。继电器吸合,LED发光。其熄灭原理与声控电路相同。

 


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                              (5)

 

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                                   图(6)

   

2.3光控原理

光敏二极管性质:当有光照时(达到一定强度)相当于断路,当无光照时,相当于导线。如图(6)当有光照D2时,三极管VT6的基极与R10的交叉点断路,VT6截止,从而VT5也截止。当无光照时,VT6导通,其集电极电压接入VT5基极使其导通,VT5发射极的电压触发继电器吸合。LED电路通路。(之所以这样设计,是为了直接实现光控功能。也可以将光控作为电路的总开关。)

第三章   电路板的焊接、调试及故障分析

电路板的焊接安装时首先将电阻焊到电路板上,然后依次将三极管、发光二极管、光敏二极管、开关、电解电容、555定时器焊到电路板上(在电路板上的高度由低到高依次焊接),注意电解电容器的极性和三极管的管脚排列。只要元器件正确,焊接可靠,电路基本不再需调整就可以工作了。首次通电,继电器会吸合。当灯熄灭后,可以拍手使灯亮,也可以触摸图钉A使灯亮,这两种方法点亮灯后约17秒(t=0.7×R3×C2=16.779)后灯自动熄掉,可以调节R3C2控制亮灯时间。三、电路工作原理 1、声控原理

3.1 焊接

 3.1.1 印刷板的设计要求

1、正确

这是印制板设计最基本、最重要的要求,准确实现电原理图的连接关系,避免出现“短路”和“断路”这两个简单而致命的错误。这一基本要求在手工设计和用简单CAD软件设计的PCB中并不容易做到,一般的产品都要经过两轮以上试制修改,功能较强的CAD软件则有检验功能,可以保证电气连接的正确性。

2、可靠

这是PCB 设计中较高一层的要求。连接正确的电路板不一定可靠性好,例如板材选择不合理,板厚及安装固定不正确,元器件布局布线不当等都可能导致PCB不能可靠地工作,早期失效甚至根本不能正确工作。再如多层板和单、双面板相比,设计时要容易得多,但就可靠而言却不如单、双面板。从可靠性的角度讲,结构越简单,使用面越小,板子层数越少,可靠性越高。

3、合理

这是PCB 设计中更深一层,更不容易达到的要求。一个印制板组件,从印制板的制造、检验、装配、调试到整机装配、调试,直到使用维修,无不与印制板的合理与否息息相关,例如板子形状选得不好加工困难,引线孔太小装配困难,没留试点高度困难,板外连接选择不当维修困难等等。每一个困难都可能导致成本增加,工时延长。而每一个造成困难的原因都源于设计者的失误。没有绝对合理的设计,只有不断合理化的过程。它需要设计者的责任心和严谨的作风,以及实践中为断总结、提高的经验。

4、经济

这是一个不难达到、又不易达到,但必须达到的目标。说“不难”,板材选低价,板子尺寸尽量小,连接用直焊导线,表面涂覆用最便宜的,选择价格最低的加工厂等等,印制板制造价格就会下降。但是不要忘记,这些廉价的选择可能造成工艺性,可靠性变差,使制造费用、维修费用上升,总体经济性不一定分理处,因此说“不易”。“必须”则是市场竞争的原则。竞争是无情的,一个原理先进,技术高新的产品可能因为经济性原因夭折。

体会:

1、要有合理的走向:如输入/输出,交流/直流,强/弱信号,高频/低频,高压/低压等,它们的走向应该是呈线形的(或分离),不得相互交融。其目的是防止相互干扰。最好的走向是按直线,但一般不易实现,最不利的走向是环形,所幸的是可以设隔离带来改善。对于是直流,小信号,低电压PCB设计的要求可以低些。所以“合理”是相对的。

2、选择好接地点:小小的接地点不知有多少工程技术人员对它做过多少论述,足见其重要性。一般情况下要求共点地,如:前向放大器的多条地线应汇合后再与干线地相连等等。现实中,因受各种限制很难完全办到,但应尽力遵循。这个问题在实际中是相当灵活的。每个人都有自己的一套解决方案。如能针对具体的电路板来解释就容易理解。

3、合理布置电源滤波/退耦电容:一般在原理图中仅画出若干电源滤波/退耦电容,但未指出它们各自应接于何处。其实这些电容是为开关器件(门电路)或其它需要滤波/退耦的部件而设置的,布置这些电容就应尽量靠近这些元部件,离得太远就没有作用了。有趣的是,当电源滤波/退耦电容布置的合理时,接地点的问题就显得不那么明显。

4、线条有讲究:有条件做宽的线决不做细;高压及高频线应园滑,不得有尖锐的倒角,拐弯也不得采用直角。地线应尽量宽,最好使用大面积敷铜,这对接地点问题有相当大的改善。

3.1.2印刷板的线路设计 

1.电源线设计

根据印制线路板电流的大小,尽量加租电源线宽度,减少环路电阻。同时、使电源线、地线的走向和数据传递的方向一致,这样有助于增强抗噪声能力。                                                             

2.地线设计的原则

(1)数字地与模拟地分开。若线路板上既有逻辑电路又有线性电路,应使它们尽量分开。低频电路的地应尽量采用单点并联接地,实际布线有困难时可部分串联后再并联接地。高频电路宜采用多点串联接地,地线应短而租,高频元件周围尽量用栅格状大面积地箔。                       

(2)接地线应尽量加粗。若接地线用很纫的线条,则接地电位随电流的变化而变化,使抗噪性能降低。因此应将接地线加粗,使它能通过三倍于印制板上的允许电流。如有可能,接地线应在2~3mm以上。

(3)接地线构成闭环路。只由数字电路组成的印制板,其接地电路布成团环路大多能提高抗噪声能力。

 3.1.3印刷板的焊接设计

1手工焊接方法

手工焊接是传统的焊接方法,虽然批量电子产品生产已较少采用手工焊接了,但对电子产品的维修、调试中不可避免地还会用到手工焊接。焊接质量的好坏也直接影响到维修效果。手工焊接是一项实践性很强的技能,在了解一般方法后,要多练;多实践,才能有较好的焊接质量。
   
手工焊接握电烙铁的方法,有正握、反握及握笔式三种。焊接元器件及维修电路板时以握笔式较为方便。

 手工焊接一般分四步骤进行。①准备焊接:清洁被焊元件处的积尘及油污,再将被焊元器件周围的元器件左右掰一掰,让电烙铁头可以触到被焊元器件的焊锡处,以免烙铁头伸向焊接处时烫坏其他元器件。焊接新的元器件时,应对元器件的引线镀锡。②加热焊接:将沾有少许焊锡和松香的电烙铁头接触被焊元器件约几秒钟。若是要拆下印刷板上的元器件,则待烙铁头加热后,用手或银子轻轻拉动元器件,看是否可以取下。③清理焊接面:若所焊部位焊锡过多,可将烙铁头上的焊锡甩掉(注意不要烫伤皮肤,也不要甩到印刷电路板上!),用光烙锡头""些焊锡出来。若焊点焊锡过少、不圆滑时,可以用电烙铁头""些焊锡对焊点进行补焊。④检查焊点:看焊点是否圆润、光亮、牢固,是否有与周围元器件连焊的现象。                                      

3造成焊接质量不高的常见原因

1)焊锡用量过多,形成焊点的锡堆积;焊锡过少,不足以包裹焊点。

冷焊。焊接时烙铁温度过低或加热时间不足,焊锡未完全熔化、浸润、焊锡表面不光亮(不光滑),有细小裂纹(如同豆腐渣一样!)

2)夹松香焊接,焊锡与元器件或印刷板之间夹杂着一层松香,造成电连接不良。若夹杂加热不足的松香,则焊点下有一层黄褐色松香膜;若加热温度太高,则焊点下有一层碳化松香的黑色膜。对于有加热不足的松香膜的情况,可以用烙铁进行补焊。对于已形成黑膜的,则要""净焊锡,清洁被焊元器件或印刷板表面,重新进行焊接才行。

3)焊锡连桥。指焊锡量过多,造成元器件的焊点之间短路。这在对超小元器件及细小印刷电路板进行焊接时要尤为注意。

4)焊剂过量,焊点明围松香残渣很多。当少量松香残留时,可以用电烙铁再轻轻加热一下,让松香挥发掉,也可以用蘸有无水酒精的棉球,擦去多余的松香或焊剂。

5)焊点表面的焊锡形成尖锐的突尖。这多是由于加热温度不足或焊剂过少,以及烙铁离开焊点时角度不当浩成的。

3.2 调试及故障分析

电路的调试在起初选用三个控制电路的时候,三个电路的工作电压是不同的。触摸与声控合并后,难点就在于光控与其他两个电路的整合(将三个信号直接控制继电器吸合的信号加在一个控制点)。当时在实验的时候,第一次灯控电路直接无效,无法实现光控功能。作出几种假设:

一、光控电路放大信号不足以使继电器吸合。
  
二、单稳态电路间接影响了VT5发射极的电试,经多次调节两个电路电阻,最后可以光控,但光控同样会被单稳态电路锁定17秒。而与预想的控制不同。这个原因很明显,光控电路触发了单稳态电路,使其稳定状态受破坏。LED的发光情况间接的由单稳态电路控制。用万用表测各节点电压发现:在声控和触摸都没激发单稳态的时候,光控信号一旦过大,VT5发射极的高电平信号将直接加在VT4的集电极,这样可能是使单稳态电路的稳态被破坏的直接原因。通过多次控制D2的进光量观察,最后解决了电路的融合。还有在刚开始进行声控电路调试时,须很大的声音才可以触发LED发光,很明显,声音信号的放大还不够触发单稳态电路。肯定是放大电路放大不够,然后翻开以前的模电书找到放大电路的章节。重新设置了R1R2,起初由于设置阻值不合理,光控电路会被锁定。多次调节测试找到了一个适中的声控点。在整个过程中还遇到了很多细小的问题,在此就不再细说了。

简易电路图:

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                                   触摸控制原理图

 
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S9014小功率三极管:

S9014小功率三极管KCD  TO-92  0.1A/50V/0.45W/NPN

其它三极管参数
名称 型号 品牌 封装 规格参数
三极管  TIP41C KCD TO-220 6A/140V/65W/NPN
三极管 TIP42C KCD TO-220 6A/140V/65W/PNP
三极管 TIP127 KCD TO-220 5A/100V/65W/PNP
三极管 TIP122 KCD TO-220 5A/100V/65W/NPN
三极管 2SC2655 KCD TO-92L 2A/50V/0.9W/NPN
三极管 A94 KCD TO-92 0.3A/500V/0.625W/PNP
三极管 A44 KCD TO-92 0.3A/500V/0.625W/PNP
三极管 A92 KCD TO-92 0.5A/300V/0.625W/PNP
三极管 A42 KCD TO-92 0.5A/300V/0.625W/NPN
三极管 S8550 KCD TO-92 1.5A/40V/1W/PNP
三极管 S8050 KCD TO-92 1.5A/40V/1W/NPN
三极管 S9018 KCD TO-92 0.05A/30V/0.4W/NPN
三极管 S9016 KCD TO-92 0.025A/30V/0.4W/NPN
三极管 S9015 KCD TO-92 0.1A/50V/0.45W/PNP
三极管 S9014 KCD TO-92 0.1A/50V/0.45W/NPN
三极管 S9013 KCD TO-92 0.5A/40V/0.625W/NPN
三极管 S9012 KCD TO-92 0.5A/40V/0.625W/PNP
三极管 S1015 KCD TO-92 0.15A/50V/0.4W/PNP
三极管 2SC1815 KCD TO-92 0.15A/60V/0.4W/NPN
三极管 2SC945 KCD TO-92 0.15A/60V/0.25W/NPN
三极管 2N5551 KCD TO-92 0.6A/160V/0.625W/NPN
三极管 2N5401 KCD TO-92 0.6A/160V/0.625W/PNP
三极管 2SD882 KCD TO-126 3A/40V/10W/NPN
三极管 2SB772 KCD TO-126 3A/40V/10W/PNP
 

 
单向微触发可控硅(SCR):
    

㊣【品牌】KCD
◇品名 = 0.6A单向微触发可控硅(SCR) 
☆型号 = PCR606 (我家楼梯间用这种)
◇电流 = 0.6(A) 
◇电压 = 600(V) 
◇结温 = 125(℃) 
◇封装形式 = TO-92

【主要用途】
 各种万能开关器,调光调速开关,,继电器与灯控制,
 小型马达控制器,灯饰、电风扇、家电控制电路,漏电保护器,
 摩托车点火器等线路功率控制。

【主要参数】
◎通态电流IT(AV) = 0.5A
◎浪涌电流ITSM =  10A
◎正向耐压VDRM> 600V
◎反向耐压VRRM> 600V
◎触发电流IGT< 200uA(微触发)
◎通态压降VTM< 1.7V(ITM=2A)
◎直接代换其它品牌型号:MCR100-6(声控开关可控硅MCR100-6代触摸开关可控硅PCR606已试用,效果很好。)


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