基于單片機(jī)的聲光控電路及節(jié)能照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
加入技術(shù)交流群
4 各組成電路韻設(shè)計(jì)與仿真
4.1 電源電路
全波整流；Lc、Rc濾波；三端穩(wěn)壓器穩(wěn)壓等。具體采用什么電路合適，則根據(jù)主體電路及執(zhí)行機(jī)構(gòu)的不同和可靠、價(jià)廉、有效益等要求進(jìn)行選用。根據(jù)安全、實(shí)用、廉價(jià)的要求，其電源的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖4所示。
圖4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖
電路設(shè)計(jì)使用的是±12V雙電源和+5V單電電源電路的種類繁多，如變壓器降壓：橋式整流源兩級電路。如圖5所示。
圖5 直流電源電路圖
電源電路由變壓，整流，濾波，穩(wěn)壓四部分構(gòu)成。變壓電路由普通的電源變壓器組成，將220V的交流電轉(zhuǎn)換成低壓交流電；整流電路由一個(gè)橋式整流組成，將低壓交流電轉(zhuǎn)換成脈動(dòng)直流電；濾波電路由濾波電容C1和C2構(gòu)成，濾除交流成分，增加直流成分；穩(wěn)壓電路主要由7812，7912及7805三個(gè)集成穩(wěn)壓器，輸入端電容C5、C6及輸出端電容C3，C4， C7，C8構(gòu)成。集成穩(wěn)壓器利用負(fù)反饋進(jìn)一步穩(wěn)定經(jīng)過濾波后的電壓，輸出端電容用以改善負(fù)載的瞬態(tài)效應(yīng)，消除電路的高頻噪聲，同時(shí)具有消振的作用； 發(fā)光二極管D2作為電源指示，電阻R1作為限流電阻保護(hù)發(fā)光二極管。除此之外，單排J1，J2，J3和J4 作為電源和地的輸出端。
4.2 聲控電路
聲控電路的主要原理：根據(jù)聲學(xué)和電子學(xué)的原理，用聲音傳感器將聲音信號轉(zhuǎn)換成電信號，從而推動(dòng)觸發(fā)器觸發(fā)使電路導(dǎo)通工作。
作為智能化聲控電路應(yīng)具有以下功能：
?。?）能在聲音控制下實(shí)現(xiàn)電路的導(dǎo)通與截止。
?。?）聲音的發(fā)出應(yīng)是多方面的，如腳步聲，物體打擊聲等。
（3）響應(yīng)時(shí)間應(yīng)越短越好。
為此在選擇電路元器件時(shí)應(yīng)選擇靈敏度較高的聲音傳感器（本設(shè)計(jì)選擇駐極體話筒MIC）組成聲控電路的前端，同時(shí)還要為該傳感器設(shè)簧傳感條件如聲音響度必須在20DB以上才能響應(yīng)等。中間端采用觸發(fā)器構(gòu)成，利用觸發(fā)器不觸不發(fā)，一觸即發(fā)的特點(diǎn)去推動(dòng)照明電路工作，觸發(fā)器的選擇也應(yīng)選擇靈敏度高，響應(yīng)時(shí)間短的觸發(fā)器如D觸發(fā)器，JK觸發(fā)器等。
聲控電路由拾音電路，兩級放大電路和遲滯比較器構(gòu)成，如圖6所示。
圖6 聲控電路圖
白天，因?yàn)楣饪仉娐纷钄?，所以，無論多大聲，燈都不會亮。到夜晚，光控電路導(dǎo)通，當(dāng)人走動(dòng)的腳步、聲傳到傳聲器MIC時(shí)，聲波轉(zhuǎn)換為電信號，拾音電路將聲音轉(zhuǎn)換成微弱的電壓信號。然后，微弱的電壓信號經(jīng)過兩級放大成伏特級的電壓，電壓通過遲滯比較器轉(zhuǎn)變成單片機(jī)識別的方波信號，經(jīng)過雙向穩(wěn)壓管變成±5V的方波，然后傳給單片機(jī)的外部中斷P3.4口 。
如圖7所示：第一條為50Hz的交流信號來替代人的聲音信號，輸入電壓的峰值為6mV，兩級放大后為4V，放大倍數(shù)為667倍，經(jīng)過遲滯比較器后輸出的方波，完全符合要求。在失真情況下，電路所消耗的能量最小。
圖7 聲控電路仿真
4.3 光控電路
光控電路的主要原理：利用光敏元件隨光照強(qiáng)度的變化而阻抗發(fā)生變化的特點(diǎn)，去控制電信號的強(qiáng)弱，再由傳感器將變化的電信號傳遞給觸發(fā)器，只要電信號強(qiáng)度達(dá)到一定程度將觸發(fā)觸發(fā)器使其導(dǎo)通工作。
在這樣的電路設(shè)計(jì)中，對電路元器件的要求也很高，尤其是光敏元件。光敏元件是光控電路功能實(shí)現(xiàn)的核心，必須保證其各項(xiàng)參數(shù)的精確、穩(wěn)定。
半導(dǎo)體光敏元件是基于半導(dǎo)體光電效應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換傳感器，又稱光電敏感器。采用光電技術(shù)能實(shí)現(xiàn)無接觸、遠(yuǎn)距離、快速和精確測量，因此半導(dǎo)體光敏元件還常用來間接測量能轉(zhuǎn)換成光量的其他物理或化學(xué)量。半導(dǎo)體光敏元件按光電效應(yīng)的不同而分為光導(dǎo)型和光生伏打型（見光電式傳感器）。光導(dǎo)型即光敏電阻，是一種半導(dǎo)體均質(zhì)結(jié)構(gòu)。光生伏打型包括光電二極管、光電三極管、光電池、光電場效應(yīng)管和光控可控硅等，它們屬于半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)型器件。
半導(dǎo)體光敏元件的主要參數(shù)和特性有靈敏度、探測率、光照率、光照特性、伏安特性、光譜特性、時(shí)間和頻率響應(yīng)特性以及溫度特性等，它們主要由材料、結(jié)構(gòu)和工藝決定。半導(dǎo)體光敏元件廣泛應(yīng)用于精密測量、光通信、計(jì)算技術(shù)、攝像、夜視、遙感、制導(dǎo)、機(jī)器人、質(zhì)量檢查、安全報(bào)警以及其他測量和控制裝置中。常見的光敏元件有：光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管等。
因此，在設(shè)計(jì)時(shí)不僅須考慮方案的可行性、穩(wěn)定性，還必須充分考慮元器件的靈敏度，尤其是光敏元件必須選擇靈敏度高的，這樣電路的功能才能較容易實(shí)現(xiàn)。
所謂光控就是利用光敏器件對不同光照呈現(xiàn)的阻抗不同，當(dāng)光敏電阻受光照時(shí)，電阻減小。運(yùn)放同向輸人端為低電平；當(dāng)光照較弱時(shí)，電阻增加，運(yùn)放同向輸入端為高電平。光控電路的輸出信號經(jīng)過電壓跟隨器后，將比較微弱的電流信號放大到單片機(jī)能夠識別的電流，然后由運(yùn)放輸出端將放大后的信號傳給單片機(jī)的P1.6口。電路圖中的集電極電阻R16作為限流電阻，保護(hù)三極管；調(diào)節(jié)變阻器R15能夠改變基極電流ib，從而控制發(fā)射極和集電極電流，進(jìn)而控制整個(gè)光控電路對光信號的靈敏度。
評論