物理 数学建模小论文(3)

引言： 楼道灯原来都是采用手动开关控制，不仅给生活带来不方便，更主要会造成能源浪费，所以近年来有人开发了基于声控开关的楼道灯，当人们需要灯光时只要发出一定强度的声音就可打开楼道灯，但由于设计原理的限制，许多正在使用的声控楼道灯有许多问题，比如白天有声音时也会打开，或是长明灯―即没有起到用完以后自动关闭的效果，浪费了能源。所以我们设计了一种基于光敏电阻、传声器、晶体管和触发可控硅等元器件的楼道灯。不仅可以起到一般声控灯的结果，由于使用了基于光敏电阻的光控电路，使楼道灯白天不会被接通，也不会成为长明灯，极大地节约了能源。

一、设计目的和要求 1，目的

设计一个可以通过光和声音联合控制的楼道灯，白天时因为有自然光，所以即使有声音，灯也不开启；当自然光太暗或晚上时，当人们需要灯光时，需发出一定强度的声音触发声控开关，这时即可打开电灯。 2，要求

220V市电在光和声音的联合控制下除了要给电灯提供电源外，还要给控制电路部分提供低压直流稳压电源，所以要有变压稳压部分。

二、原理设计

声控照明电路的主要原理是利用了声学和电子学的原理，即用声音传感器（简称传声器）将声音信号转换成电信号，最终推动触发继电器，使电路导通而工作。

作为一个声控照明电路应具有以下功能：（1）能在声音的控制下实现电路的开和关。（2）声音的发出应是多方面的，比如脚步声、拍打声等。（3）声音响应时间应越短越好，不能发出声音后老长时间电灯才亮。（4）白天时电灯不能亮，更不能成为长明灯。

所以在选择电路元器件时，（1）应选择灵敏度较高的传声器组成声控照明电灯的控制电路的前端，同时我们还要为该传声器设置传声条件，比如声音必须在多少分贝以上才能响应，分贝是量度声音的物理量。（2）中间端采用触发继电器构成，利用触发器不触不发，一触即发的特点去推动照明电路开和关，触发器的选择也应选择灵敏度高，响应时间短的触发器。(3)末端采用可控硅，可控硅由触发继电器制控导通和截止，从而控制电灯的开和关。（4）前端还要使用光敏电阻，以便和传声器联合控制电灯的开关，使得电灯只有在自然光不够强，需要灯光时，并且人们发出一定强度的任意声音时，才能打开电灯开关。

1、传声器把声音转化为电信号部分

传声器把声音转化为电信号部分原理图见图1。

图1传声器把声音转化为电信号部分原理图

传声器利用声音振动引起传声器里的膜片的振动，膜片振动引起电路里电信号的变化，这样就把声音转化成了电信号。传声器工作需要的电源由脚1、2提供。传声器脚2、3给出转化后的电信号。传声器的更具体的原理可以不考虑。

2、电信号的晶体管放大电路部分的设计

经过第一部分把声音信号转化成了电信号，但这个信号太小，还不能够驱动开关，必须进行放大。电信号的放大部分的设计使用了已经非常成熟的晶体管放大电路，见图2。

图2电信号的晶体管放大部分的设计

图2中1、2、3脚分别与图1的1、2、3脚连接。图2中R2、R4为可变电阻，BG1为第一级放大用晶体管，R3、R5、R7为一般电阻。C1、C3为电容器，用来隔断直流，因为我们只需要声信号中变化的部分来表示有没有声音信号。但一级放大太小，需要第二级放大，BG2就是第二级放大用晶体管，把经C3过来的第一级信号继续放大，并经脚5、6输出，备下面使用。

3、光敏电阻部分电路设计

光敏电阻的使用是为了使得电灯在白天时不被打开，其电路很 简单，只是在图2所示的电路中的晶体三极管BG1的基极与发射极之间接入一只光敏电阻，具体就是图2中C1后面与脚2之间。其电路图见图3。光敏电阻在一定光强的光照射时导通，使得晶体三极管BG1的基极与发射同电位，这时声信号被短路，BG1不工作，从而不会引起后边触发继电器，以及可控硅工作，电灯电路处于断开状态，保证了电灯在白天时不被打开。

图3 加了光敏电阻后的电信号的晶体管放大部分的设计

4、控制信号引出部分的电路

经第二级放大后的光声联合控制信号由图4所示电路传给出，以备下一级开关控制部分使用。图4中脚4、5、6与图3中脚4、5、6连接。放大后的信号由4、5脚，经互感器传给脚9、10。

图4控制信号引出部分的电路

5、继电器开关电路部分

由图4部分引出的信号是交流信号，还不能够直接驱动触发继电

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