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楼道照明灯控制系统设计
光敏电阻器RG是用来实现光线控制的,白天,光敏电阻器RG受光照射而成低阻态,使与非门G1的一个输入端(IC的2脚)为低电平,G1锁定输出高电平,声控电路不起作用,G2输出低电平, D6截止,G3输出高电平,G4输出低电平,T2截止,照明灯不亮。
夜晚,RG无光照射而成高阻态,G1的一个输入端(IC的2脚)变为高电平。只有RG在高阻态的情况下,声控电路才能进入工作状态,传声器BM是用来实现声控的接受部件,同时还担当着将声音信号转化为电信号的职责。当传声器BM接收到声音信号(例如脚步声、咳嗽声等)时,BM会将该声音信号转化为微弱的电信号,这时电信号进入放大电路,经T1对该电信号进行放大,使G1的另一个输入端(IC的1脚)也变为高电平,G1将输出低电平,G2输出高电平,使D6导通,对电容器C4迅速充电,使G3输入端电压不断升高,G3输出低电平,当C4充满电时,G4输出高电平,使T2受触发而导通,照明灯通电点亮。
当声音信号消失后,延时电路开始作用,这时,G1恢复输出高电平,G2输出低电平,D6截止,C4经R7缓慢放电,约30s左右,C4放电结束,G3的输入端变为低电平,G4的输出端由高电平变为低电平,T2截止,照明灯熄灭。
通过以上步骤,声光延时控制电路完成一个周期的工作,在现实中的表现就是,在光线黑暗到一定程度,再有声音出现的情况下,灯泡自然点亮,约持续30s的光亮后,自动熄灭。
接下来,将对该电路各个模块进行逐一介绍。
2.3 单元电路分析
1.主电路
主电路是用来控制照明灯的点亮和熄灭的。如图2-3 所示,它由整流桥D1~D4、晶闸管 T2、照明灯组成。
图 2-3主电路
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晶闸管的阳极和阴极之间等效为一个电子开关,晶闸管导通时相当于电子开关闭合,关断时,相当于电子开关断开。
在声光延时控制电路中,由于负载是固定不变的,所以只能通过降低阳极电位来关断晶闸管。如图2-3所示,在市电进入正半周且控制极加入触发信号时,晶闸管导通,灯亮;当控制极的触发信号消失后,只有在220交流电过零进入负半周时,晶闸管关断,使灯灭,但是由于市电频率为50Hz,周期为20ms,非常短暂,因此给人的错觉好像是控制极的触发信号加入或消失的同时就点亮或熄灭照明灯,因此后述将简化晶闸管触发与关断的过程描述。
其中在此,整流电路作为声光控制电路所需的直流电源,触发信号来源于声光控制电路,D1~D4选用1N4007硅整流二极管,T2选用MCR100—6型晶闸管。
2.电源电路
电源电路是用来给主电路、光控电路、声控电路、延时电路、逻辑转换电路供电的,如图2-4所示,由整流桥D1~D4、限流电阻器R4、稳压二极管D5、滤波电容器C1组成。其中D1~D4构成桥式整流电路,在照明灯未点亮时VG= 0.9 ×220V = 198V。R4、D5构成并联型稳压电路,VA= 6.2V ,作为声光控制电路所需的直流电源。灯亮后,VG下降至75V左右,VA下降至3V,由于A点电压随负载工作状态的变化而变化,所以图2-2中所用与非门一定选CMOS 类型,这种类型集成电路的电源电压范围3V~18V 。
其中R4选用1/2W金属膜电阻器,C1选用耐压值为16V的铝电解电容器, D5选用1W,6.2V硅稳压二极管。
图 2-4电源电路
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3.光控电路
光控电路是指用光线的强弱来控制器件通断的电路。如图2-5所示,由电阻器R3、光敏电阻器RG组成。显然,C点电位为:
VC=VARG /(R3+RG)
(2-1)
由于光敏电阻 RG 的阻值反映了光线的强弱,当VC到达某一电压时,才能使声控电压起作用,这个电压被称为阈值电压,其电压值为:
VTH =0.5VDD=0.5VA=3.1V
(2-2)
因此,要使该电路正常工作,在白天或者夜晚光线较亮时,应该满足VC<VTH,应该注意到的是,此时RG上的阻值是其在亮态下的电阻值,这时,VC使门G1关闭,声控电路不起作用;而在夜晚光线较暗时,RG的阻值进入暗态阻值,满足VC>VTH,门G1打开,门G1的输出状态取决于声控电路。因此根据上述二式及实测光敏电阻的亮阻和暗阻可确定电路正常工作时R3的范围。
在电路中RG选用MG45系列光敏电阻器,R3选用1/4W金属膜电阻器或碳膜电阻器。
图2-5 光控电路
4.声控电路
声控电路是指用声音的强弱控制器件的通断电路。这部分电路主要包括声电转化电路,放大电路。如图2-6所示,由三极管T1、电阻器R1、R2、R5、电容器C2、C3、驻极体传声器BM组成。传声器BM将声音的强弱变化为电信号,并经三极管 T1与电阻R2、R5构成共发射极放大电路放大,由于R5引入了交直流电压并联负反馈,可以稳定电压放大倍数、减小输出电阻及输入电阻。静态时有以下
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