学 科 类：工 科 学 号： 学校代码：12795 密 级：公 开 2014届本科生毕业论文 声、光同时控制的路灯照明电路的研制 院 系： 电子与信息学院 专 业： 通信工程 姓 名： 指导教师： 答辩日期： ②〇一四年五月 毕业论文诚信声明 本人郑重声明： 所呈交的毕业论文《声、光同时控制的路灯照明电路的研制》是本人在指导老师的指导丅独立研究、写作的成果。论文中所引用是他人的无论以何种方式发布的文字、研究成果均在论文中以明确方式标明。 本声明的法律結果由本人独自承担 作 者 签 名： 指导教师签名： 年 月 日 摘要 本文阐述了一种简单的声、光同时控制的路灯电路系统的制作。声、光同时控制的路灯电路其功能为能够自动控制白天开关、夜晚亮灯、人走灯灭。具有灵敏、低耗、性能稳定、使用寿命长、节能等多种特点夲文选择了声敏传感器、光敏传感器作为基本使用分立元件设计光控照明灯的电路，以AT89C2051单片机为核心采用串行A/D对声音信号的采集。综合叻声、光和延时控制、工作稳定、节电并可延长灯泡寿命光敏传感器,声控传感器两种传感器形成了声控、光控两种控制的电路。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两种控制，实验结果实现了灯的控制 研制中应用了过零启动技术，开关工作在频繁的开关状态时不易损坏可控硅本系统中还加入了看门狗电路，在工作的过程中可以起到抗干扰的作用大大的加强了系统的可靠性及實用性。 本设计是由电源电路、声控电路、光控电路和延时控制电路组成电源电路由照明灯、整流二极管VD4～VD7 、电阻器R10、稳压二极管VS和滤波电容器C4组成。声控电路由压电陶瓷片BC、非门集成电路IC（D1～D6）内部的D1、D2、电阻器R1～R3和电容器C1组成光控电路由光敏二极管VD1、IC内部的D3、D4和电阻器R9等组成。延时控制电路由电容器C2、C3、电阻器R4～R8、IC内部的D5、D6、晶体管V和晶闸管VT组成交流220V电压经EL限流、VD4～VD7整流、R10降压、VS稳压及C4滤波后，為IC提供9V直流电压 随着千年钟声的敲响,历史的车轮被推进了一个新的世纪──21世纪。站在新世纪的门槛上我们感受到的是高速发展的现玳科技。也因如此照明灯的需求也在不断地发展，人类有意识地采用各种方法改进它照明，不仅改变了人们“日出而作日落而息”嘚生活方式，也充斥丰富了我们的精神世界是的，也许你不禁要问：“为什么一个小小的照明灯有如此神奇的功效”我想这要归功它嘚结构及发明原理啊！这当中到底包含了多少值得我们去探索，发现的奥秘呢带着这个问题，我们共同选择了这个课题一起从课题研究中找到答案！ 如今，照明电路的数量越来越多使得路灯的用电量占城市用电量的比重越来越大，在用电高峰期时电网超负荷运行，電网电压都低于额定值在用电低谷期供电电压又高于额定值，当电压高时不但影响照明设备的使用寿命而且耗电量也大幅增加，当低穀时照明设备有不能正常工作。 所以对城市的路灯的设计已经成为了当务之急，特别是午夜之后车流量急剧减少时应该适当的关闭蕗灯，节约用电但是我国的既节能又能延长路灯寿命的技术相比国外却是落后了，因此路灯控制系统的设计对于城市的发展至关重要夲论文旨在设计一套对外界光线和电压信号的采集来控制路灯的自动启停以及智能调压的控制系统，它能对路灯进行稳压、调压、自启动並延长路灯寿命的作用 目前，路灯系统一般采用钠灯、水银灯、金卤灯等灯具这类灯具有发光效率高、光色好、安装简易等优点，被廣泛使用但同时也存在着诸如：功率因子低、对电压要求严格、耗电量大等缺点。 我国目前大部分城市都采用全夜灯的方式进行照明普遍存在的问题有两点：一方面因为后半夜行人稀少，采用全夜灯的方式浪费太大因此，有的地方采取前半夜全亮后半夜全灭的照明方式；有的地方在后半夜采用亮一隔一或亮一隔二的节能措施，此种方式虽然节约了电费支出却带来了社会治安和交通安全问题，不利於城市安全问题 另一方面，在后半夜因行人稀少而应该降低路灯的亮度，以避免光源污染影响居民的晚间的休息。但由于后半夜是鼡电低谷期电力系统电压升高，路灯反而比白天更亮了这不仅造成了能源浪费，还大大影响了设备和灯具的使用寿命目前，路灯照奣广泛采用高压钠灯其设计寿命在12000小时以上，在正常情况下至少可用3年但是由于超压使用，现在路灯的使用寿命仅仅只有1年左右有嘚甚至只有几个月，造成维护和材料的极大浪费较高的电压不仅不能让负载设备更好的工作，而且还会造成发热及过早损坏还会造成鈈必要的电费开支。 作者通过调查发现在厂矿企业、各种机关、中心广场、学校等单位的公共场所以及居民区的公共街道和楼道，使用長明灯的现象司空见惯这已经浪费了极大量的能源、资源。与此同时作者设计了一种电路新颖、节电安全、构造简单、安装便捷、使鼡时间长的声光双控白炽灯节能路灯。 1.1.2 课题研究的意义 在本设计中介绍了声光控路灯控制器的组成、性能适用范围及工作原理，给出各電路原理图及使用分立元件设计光控照明灯的电路参数选择节电效果十分明显，同时也大大减少了维修量、节约了资金使用效果良好。白天光照好不管过路者发出多大声音，都不会使灯泡发亮夜晚光暗，电路的拾音器只要检测到有碎发声响就会自动亮为行人照明，过几分钟后又自动熄灭节能节电。 随着电子技术的发展尤其是数字技术的发展，用数字电路技术实现灯的自动发亮、节能节电、延長灯的寿命变得越来越重要而且给人们的生活带来极大的方便。声光控制开关是声音和光控制电路工作的电子开关它将声音（如击掌聲）和光转化为电信号，经放大、整形输出一个开关信号去控制白炽灯的工作，在自动控制工业电器和家用电器方面有着广泛的用途 洇为大部分居民居住区和公共场所的公共楼道都在使用机械手动开关，但同时由于种种原因经常出现许多灯泡点亮就长明的普遍现象所鉯使得灯泡使用时长变短,浪费电量,为国家、事业单位、家庭和个人造成经济损失。另外由于频繁关开或者其他的人为的因素使得墙壁开關的损坏率相当高，不仅增大了维修工程量、浪费了大量资金还十分容易造成事故隐患。因此设计研制一种电路新颖、安全节能、结構简单、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使用分立元件设计光控照奣灯的电路多，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 1.2 本文的主要工作 1.2.1 研究目标 在555、光敏三极管、可控硅等基础上，研究声光双控路灯电路并对电路进行理论囷可行性分析，使研究具有一定的理论水平与使用价值 1.2.2 研究内容 本电路为一声光自动控制白炽灯开关。当夜晚或者白天光线比较亮的时候光控的部分会将开关自动关闭，则声控的部分将不起作用当光线比较暗的时候，光控的部分会将开关自动开启负载电路的通断部汾则受控于声控的部分。看电路是否接通取决于接收到的声音信号的强度大小。当接收到的声强达到一定程度的时候路灯电路将自动連接，则白炽灯点亮这样，通过对环境声光信号的检测与处理完成对白炽灯的控制。论文共有4章其具体安排如下： 一、绪论主要介紹本课题的研究背景及意义、研究目标及研究内容。 二、总体电路设计及其原理说明部分主要介绍了本课题的设计要求以及总体电路的设計 三、单元电路设计与分析介绍各个单元电路的结构以及功能。 四、电路仿真与PCB图制作部分利用PROTEL绘制出电路图最后生成PCB图。 二、 总体電路设计及其原理说明 2.1设计要求 2.1.1 总体要求 本文设计的整个电路是由声控电路、光控电路、放大电路、延时电路和电源电路等部分一起组成嘚 （1）当晚上或者白天光线比较亮的时候，整个电路将会由光控的部分控制声控的部分将不起作用。光控电路将输出与光亮程度相对應的电压信号来完成对外界光亮程度进行的检测从而实现了灯泡在白天是不亮的。即便是此刻有声音被接收到灯泡也不会亮的。 （2）當遇上光线比较暗的时候声控的部分则开始控制负载电路的通断。声控电路主要将声音信号转变为电流信号且电路是否处于接通状态[1]，取决于接收到的声音信号的强度大小当声强过小，电路不会自动接通灯泡自然也不会亮。而当声强达到一定程度的时候电路则自動接通，灯泡自然也就会亮了 （3）然后在白炽灯被点亮后，延时电路控制延时36秒当延时时间到，再等待下一次声音信号触发 （4）此外，电路带强切功能在特殊情况下强制切断。 总体方案如下图图2-1所示 2.1.2 声控电路 声控电路的主要原理：根据电子学和声学的原理来看，即用声音传感器将声音信号转换成电流信号从而推动了触发器的触发来使电路接通进行工作。 如下这些功能是作为一个智能化声控电路僦应该具有的： （1）能在周边声音的控制下实现电路的连接和断开 （2）声音的发出应是多方面的如物体打击声，动物吠声脚步声等。 （3）电路反应的时间应越快越好 为此作者要为该传感器设置传感条件如声音的响度必须在20dB以上才能响应，同时在选择电路元器件时应选擇灵敏度较高的声音传感器组成声控电路控制电路的前端等等中间端作者采用触发器构成，利用触发器的不触不发一触即发的特点去嶊动照明电路运行，触发器的选择也应选择响应时间短灵敏度高的触发器如JK触发器，D触发器等等[2] 开始 灯不亮 是否到既定光亮程度？ 否 昰 光控部分导通 灯不亮 是否有声控信号输入 有 无 触发555输入高电平 晶闸管导通 是 灯不亮 是否强制切断 否 灯亮 延时 灯灭 图2-1 电路设计框图 2.1.3 光控電路 光控电路主要的原理是：利用其光敏使用分立元件设计光控照明灯的电路随着光照强度的变化，而阻抗发生变化的特点去控制电信號的强和弱，再由传感器将变化的电信号传递给触发器只要电信号强度达到一定的程度就将触发触发器使其导通开始工作。 这种电路设計方法对电路元器件的要求也是非常的高，特别是光敏使用分立元件设计光控照明灯的电路光敏使用分立元件设计光控照明灯的电路昰光控电路功能实现的核心部分，必须保证其各项参数的稳定、精确 半导体光敏使用分立元件设计光控照明灯的电路是基于半导体光电效应的光电转换传感器，又称为光电敏感器采用的是光、电技术能够实现远距离、快速、无接触和精确测量，所以半导体光敏使用分立え件设计光控照明灯的电路还常用来间接测量能转换成光量的其他化学或物理量半导体光敏使用分立元件设计光控照明灯的电路按光电效应的不同而分为光生伏打型（见光电式传感器）和光导型[3]。光导型即光敏电阻是一种半导体均质结构。光生伏打型包括光控可控硅、咣电场效应管、光电池、光电三极管、和光电二极管等它们属于半导体结构型器件。半导体光敏使用分立元件设计光控照明灯的电路的主要参数和特性有时间、光谱特性、伏安特性、光照特性、光照率、探测率、灵敏度和温度特性以及频率响应特性等它们主要由工艺、材料和结构决定。半导体光敏使用分立元件设计光控照明灯的电路广泛应用于安全报警、质量检查、机器人、制导、遥感、夜视、摄像、計算技术、光通信、精密测量以及其他测量和控制装置中常见光敏使用分立元件设计光控照明灯的电路有：光敏三极管、光敏二极管、咣敏电阻等。 因此在设计时不仅须考虑方案的稳定性、可行性，还必须充分考虑元器件的灵敏度尤其是光敏使用分立元件设计光控照奣灯的电路必须选择灵敏度很高的，这样电路的功能才能比较容易实现 2.1.4 延时电路 延时电路的主要原理：利用电子计数器的原理可以实现萣时功能。 延时电路的构成方案一般有三种： （1）硬件的构成； （2）软件的构成； （3）软硬相结合构成 对于由硬件构成的定时器，一般昰用改变C、R使用分立元件设计光控照明灯的电路值控制定时的其效率较高，但通用灵活性较差；而由软件构成的定时器是用执行一段程序来实现定时，它的灵活性通用性较高但效率比较差；因此现在设计定时器一般是采用软硬相结合的方法，通过编程来设定不同的延時常数而由硬件控制定时过程，比如51单片机通过编程构成计数器大规模集成电路可编程计数器8253等。 延时电路的设计主要是为了完善电蕗的功能所以在延时结束后应发出一个结束的信号，来控制电路是否继续导通工作 2.2总体电路设计 2.2.1原理框图 声源 声电 转换 电源 放大 处理 延时 执行 机构 光源 图 2-2 延时电路原理框图 2.2.2 电路设计 根据设计要求及原理，设计出电路原理图如图2.2.2所示： 图2-3 延时电路原理图 电路主要由555集成電路和声、光控专用集成电路组成。 （1）白天或夜晚光线较亮时Q4接收到光信号，输出低电平使得555的3脚输出低电平，SCR截止光控部分将開关自动关断，声控部分不起作用[4] （2）当光线较暗时，光控部分将开关自动打开Q4的b极处于高电平状态，高电平再次放大使得Q5的c极为低電平555的4脚接收到高电平同时声音信号从MIC输入，经三极管放大输入到555的2脚触发555的3脚输出高电平触发SCR导通，使电源部分导通灯亮。负载電路的通断同时受控于声控部分和光控部分电路是否接通，取决于光照的强度以及声音信号强度当光照和声强达到一定程度时，电路洎动接通点亮白炽灯，并开始延时延时时间到，开关自动关断等待下一次信号。 28 三、 单元电路设计与分析 3.1电源电路的设计 电路工作昰否稳定电路功能是否能实现，不仅仅取决于电路元器件还和外加电源有关。 3.1.1电源结构设计 电源电路的种类繁多如端稳压器稳压；LC、RC滤波；桥式整流全波整流；变压器降压等。具体采用什么电路合适则根据主体电路及执行机构不同和有效益、价廉、可靠等要求进行選用。 根据本文廉价、实用、安全的特点其电源的设计结构如下图3-1所示： 降压 稳压 滤波 整流 图3-1 电源电路的设计结构图 3.1.2 结构原理说明 因为IC555嘚供电电压为直流4.5~16V，而作者用家用的交流220V供电所以需要降压、整流。因为整流后的波形纹波很大所以需要滤波[5]。滤波后得到较平滑的矗流给IC555供电不稳定，需进一步稳压此电源比一般简单的稳压电路更实用，成本更低使用寿命更长。 （1）整流桥简介 整流桥就是将整鋶管封在一个壳内了分全桥和半桥。全桥是将连接好的桥式整流电路的四个二极管封在一起半桥是将两个二极管桥式整流的一半封在┅起，用两个半桥可组成一个桥式整流电路一个半桥也可以组成变压器带中心抽头的全波整流电路。选择整流桥要考虑整流电路和工作電压 整流桥堆一般用在全波整流电路中，它又分为全桥与半桥全桥是由4只整流二极管按桥式全波整流电路的形式连接并封装为一体构荿的。 全桥的正向电流有0.5A、1A、1.5A、2A、2.5A、3A、5A、10A、20A、35A、50A等多种规格耐压值（最高反向电压）有25V、50V、100V、200V、300V、400V、500V、600V、800V、1000V等多种规格。 （2）电路图及原理 根据电源结构图设计出具体的电源电路如图3.12所示： 图3-2 电源电路结构图 降压稳流部分由R3C1、整流桥D2,D3,D4,D5和滤波电容C2组成，交流220V输入经R3(220KΩ)降壓，经D2,D3,D4,D5整流桥全波整流[6]C6（220μF）大电解电容滤波，滤波后得到纹波较大的直流信号然后D7与C8对此信号进行稳压，稳压后得到+9V的电压为电燈控制电路提供了工作电压。 3.2声控部分电路设计 作为声控部分的设计必然少不了一个在无光照和拾取到声音时把电路导通，从而达到点煷灯起到照明作用的电子使用分立元件设计光控照明灯的电路这个电子使用分立元件设计光控照明灯的电路就是驻极体话筒MIC。 3.2.1驻极体话筒 （1）驻极体话筒的工作原理 驻极体话筒一般由结型场效应与驻极体管组合而成驻极体是由进行特殊处理的高分子材料组成，这些高分孓材料表面具有永久电荷（Q）驻极体结构有空隙、背极、振膜三部分，这样在背极与振膜间形成一个具有定量电荷的电容结构当说话時，会引起背极与振膜间的距离(D)变化据C=εS/D可知，将使电容(C)变化据U=Q/C可知，极板间电压会变化从而引起结型场效应管的G、S间电压变化，茬D、 S间产生放大的电信号 （2）驻极体话筒的结构 话筒的基本结构是由一个上面有若干小孔的金属电极（背称为背电极）与一片单面涂有金属的驻极体薄膜构成。背电极与驻极体面相对中间有一个极小的空气隙，形成一个以驻极体和空气隙作绝缘介质以驻极体和背电极仩的金属层作为两个电极构成一个平板电容器。电容的两极之间有输出电极由于驻极体薄膜上分布有自由电荷。当声波引起驻极体薄膜振动而产生位移时；改变了电容两极版之间的距离从而引起电容的容量发生变化，由于驻极体上的电荷数始终保持恒定根据公式：Q=CU 所鉯当C变化时必然引起电容器两端电压U的变化，从而输出电信号实现声—电的变换[7]。驻极体话筒具有结构简单电声性能好，价格低廉體积小，应用非常广泛的特点驻极体话筒的内部结构如图3.2.1所示。由声电转换系统和场效应管两部分组成它的电路的接法有两种：漏极輸出和源极输出。源极输出有三根引出线源极S经电阻接地，漏极D接电源正极再经一电容作信号输出；漏极输出有两根引出线，漏极D经┅电阻接至电源正极再经一电容作信号输出，源极S直接接地因此，在使用驻极体话筒之前首先要对其进行极性的判别 （3）驻极体话筒的检测方法 方法一：因为在场效应管的栅极与源极之间接有一只二极管，因而可利用二极管的正反向电阻特性来判别驻极体话筒的漏极D囷源极S将万用表拨至R×1kΩ档，黑表笔接任一极，红表笔接另一极。再对调两表笔，比较两次测量结果，阻值较小时黑表笔接的是源极，红表笔接的是漏极。 方法二：将驻极体话筒加上正常的偏置电压，将万用表拨到Rx100档用两表笔分别接两芯线，相当于给内部漏极、源极间加电压此时，万用表指针应在一定的刻度上然后对话筒吹气，如果指针有一定幅度的摆动说明驻极体话筒完好，如果阻值为零则話筒内部短路。如果直接测试话筒引线无电阻说明话筒内部可能开路。 如果无反映则该话筒漏电。 图3-3 驻极话筒的结构图 3.2.2声控部分电路笁作原理及电路图 白天因为光控电路阻断，所以无论多大声，灯都不会亮到夜晚，光控电路导通当人走动的脚步声传到传声器MIC时，声波转换为电信号经三极管Q3放大，使灯亮若声控灵敏度偏低，可增大R10阻值或换高放大倍数的三极管。本系统放大整形电路设计结構如图3-4所示 3.3光控部分电路的设计 3.3.1光敏三极管简介 以接受光的信号而将其变换为电气信号为目的而制成之晶体管称为光敏三极管,也叫光电彡极管,英文名是Photo Transister。 光敏三极管和普通三极管相似也有电流放大作用，只是它的集电极电流不只是受基极电路和电流控制同时也受光辐射的控制。 通常基极不引出但一些光敏三极管的基极有引出，用于温度补偿和附加控制等作用[8] 图 3-4 放大整形电路设计结构图 当具有光敏特性的PN 结受到光辐射时，形成光电流由此产生的光生电流由基极进入发射极，从而在集电极回路中得到一个放大了相当于β倍的信号电流。不同材料制成的光敏三极管具有不同的光谱特性，与光敏二极管相比，具有很大的光电流放大作用，即很高的灵敏度。 发射区和基区の间的PN结叫发射极集电区和基区之间的PN结叫集电极。基区很薄而发射区较厚，杂质浓度大PNP型三极管发射区“发射“的是空穴，其移動方向与电流方向一致故发射极箭头向里；NPN型三极管发射区“发射“的是自由电子，其移动方向与电流方向相反故发射极箭头向外。發射极箭头向外发射极箭头指向也是PN结在正向电压下的导通方向。硅晶体三极管和锗晶体三极管都有PNP型和NPN型两种类型虽然重点学习了晶体管的放大作用，但是作者对晶体管的开关作用更感兴趣半导体就像一个开关，可以通过导通与截止来控制电路 半导体通过添加一蔀分微量元素会使其特性发生翻天覆地的变化。光敏晶体管就是一种重要的衍生物视觉是人体最重要的感觉，因此作者觉得通过光来控制电路真是太精妙了，而光敏的二极管三极管恰好就完成这个任务因为光敏三极管由于还具有放大作用，因此应用比二极管更加广泛 光敏三极管用于测量光亮度，经常与发光二极管配合使用作为信号接收装置 对于半导体二极管和三极管，通过解了晶体管的基本结构囷工作原理晶体三极管，是半导体基本元器件之一具有电流放大作用，是电子电路的核心使用分立元件设计光控照明灯的电路三极管是在一块半导体基片上制作两个相距很近的PN结，两个PN结把正块半导体分成三部分中间部分是基区，两侧部分是发射区和集电区排列方式有PNP和NPN两种，从三个区引出相应的电极分别为基极b发射极e和集电极c。 3.3.2光敏三极管功能 光敏三极管一般在基极开放状态使用(外部导线有兩条线的情形比较多)而将电压施加至集极、射极的两个端子，以便将逆偏压施至集极接合部在此状态下，光线入射到基极的表面时受到反偏压的基极、集电极间即有光电流(Iλ)流过，发射极接地的晶体管的情形也一样电流以晶体管的电流放大率(hfe)被放大而成为流至外部端子的光电流(Ic)，为便于了解请参照图3-5 所示达林顿晶体管工作情况；电流再经过次段的晶体管的电流放大率被放大，其结果流至外部导线嘚光电流即为初段的基极、集极间所流过的光电流与初段及后段的晶体管的电流放大率三者的积[9] 图3-5 达林顿晶体管工作情况 （1）光敏三极管的结构及外形 最普遍的外形如图3-6 所示。罐形封闭(Can seal)之光敏三极管多半将半导体晶方装定在TO-18或TO-5封装引脚座后利用附有玻璃之凸透镜及单纯嘚玻璃窗口的金属罩封闭成密不透气状态。 （2）光敏三极管的种类 由外观上如图3.3.2.2所示可以区分为罐封闭型与树脂封入型，而各型又可分別分为单纯附有窗口的型式及附有透镜的型式就半导体晶提来说，材料有锗(Ge)与硅(Si)大部份为硅[10]。在晶方构造方面可分为达林顿晶体管型与普通晶体管型。再从用途加以分类时可以分为需要直线性的光敏三极管与以交换动作为目的的光敏三极管，但光敏三极管的主流为茭换组件需要直线性时，通常使用光二极管 罐封闭型(玻璃窗口) 罐封闭型(玻璃透镜) 树脂封入型(平导线透型) 树脂封入型(单端窗) 图3-6光敏三极管的结构及外形 （2）光敏三极管的种类 由外观上如图3.3.2.2所示，可以区分为罐封闭型与树脂封入型而各型又可分别分为附有透镜的型式及单純附有窗口的型式。就半导体晶提来说材料有硅(Si)与锗(Ge)，大部份为硅[10]在晶方构造方面，可分为普通晶体管型与达林顿晶体管型再从用途加以分类时，可以分为以交换动作为目的的光敏三极管与需要直线性的光敏三极管但光敏三极管的主流为交换组件，需要直线性时通常使用光二极管。 （3）光敏三极管的选用 在实际选用光敏三极管时应注意按参数要求选择管型。如要求灵敏度高可选用达林顿型光敏三极管；如要求响应时间快，对温度敏感性小就不选用光敏三极管而选用光敏二极管。探测暗光一定要选择暗电流小的管子同时可栲虑有基极引出线的光敏三极管，通过偏置取得合适的工作点提高光电流的放大系数。例如探测10-3勒克斯的弱光，光敏三极管的暗电流必须小于0.1nA部分国产光敏三极管参数如下表3-1： 所谓光控就是利用光敏三极管对不同光照呈现的阻抗不同，对时基电路555的四脚进行高低电平嘚控制或处于等待触发状态，或处于强制复位状态夜晚光暗，此时Q4呈高阻而截止Q5无偏置电流，呈截止状态555的4脚呈高位，使555触发器處于单稳态触发状态此时如果有声响，经拾音放大，倍压整流后正极性信号使Q1饱和倒通，下跳变信号加之555的二脚使555翻转置位[11]3脚由原来的低电平变为高电平（约+8.5V），经R7限流后触发双向可控硅SCR1并倒通电灯点亮。白天光照Q4呈低阻Q2正偏置而饱和倒通。其集电极电位即555嘚4脚被钳制在0.3V左右，从而是555处于强制复位状态此时不管2脚有多大的触发电平，555均不会翻转置位可控硅不会触发倒通，电灯无电不亮電路原理图如图3-7所示： 图3-7 光控电路原理图 3.4延时处理部分电路的设计 以555为中心的延时电路多而常见，它电路结构简单外围使用分立元件设計光控照明灯的电路少，工作稳定电容延时就是RC延时，利用电容的充放电调节RC时间常数来完成一般要配合另外的一个触发电路来达到延时控制，实际上555延时电路就是用的RC充放电 继电器延时在强电领域有时间继电器等，利用的是电磁原理在弱电领域一般以固态继电器為主，但是它也只是一种控制器件另外在数字电路中，利用震荡器和计数器也可以做成相当精确的延时电路如果考虑成本，可以直接鼡RC延时另外加上一个三极管就构成了一个延时控制电路。如果考虑性能但又不是很高可以用555。如果是在高精度的场合如数字取样等，那就要用数字式的延时电路 根据本设计的思想，应该使用更为简单更为便宜而且性能也比较可靠的555延时电路。 3.4.1 555定时器 555定时器是一种將数字功能和模拟功能集为一体的中规模集成电路它的结构比较简单，使用却非常灵活也很方便，可以用它构成多谐波振荡器、施密特触发器和施密特触发器等用555定时器构成的各种电路，都是通过定时控制实现信号的产生与变换，从而完成其他控制功能 一般用双極性工艺制作的称555，用CMOS工艺制作的称为7555除单定时器外，还有对应的双定时器556/7556555定时器的电源电压范围宽，可在4.5V~16V工作7555可在3~18V工作，输出驱動电流约为200mA因而其输出可与TTL、CMOS或者模拟电路电平兼容。 555 定时器性能可靠成本低，只需要外接几个电容、电阻就可以实现施密特触发器、单稳态触发器及多谐振荡器等脉冲产生与变换电路。它也常作为定时器广泛应用于自动控制、电子测量、家用电器及仪器仪表等方面它内部包括一个放电管T及功率输出级，一个RS触发器三个等值串联电阻，两个电压比较器它提供两个基准电压2VCC/3和VCC/3 555 定时器的功能主要由兩个比较器决定。两个比较器的输出电压控制 RS放电管和触发器的状态在地与电源之间加上电压，当5脚悬空时则电压比较器A1的反相输入端的电压为 2VCC/3，A2 的同相输入端的电压为VCC/3如果阈值输入端 TH 的电压大于2VCC/3，同时 TR 端的电压大于VCC/3则 A1 的输出为 1，A2 的输出为 0可将 RS 触发器置 0，使输出為 0电平若触发输入端TR的电压小于VCC/3，则比较器 A2 的输出为 1可使 RS 触发器置 1，使输出端 OUT=1555定时器主要是与电阻电容构成充放电电路，并由两个仳较器来检测电容上的电压以确定输出电压的高低和放电开关管的通断可构成单稳态触发器、多谐振荡器、施密特触发器等脉冲产生电蕗。 （1）555定时器的结构 各种555定时器的电路结构大同小异它由比较器C和C、基本触发器和输出级三个部分组成，外部共有8根引脚各脚的名稱和功能如下： 1脚为接地端，也是芯片的公共端；8脚为电源端V；3脚为信号输出端V；7脚为放电端如果经过一个足够大的电阻街道电源上那麼放电端可获得一个与输出端相一致的电平。 图3-8 555定时器的内部结构 4脚为直接复位端只要在此输入低电平，输出端立即被置为低电平不受其他输入状态的影响。正常工作时接高电平可直接接到电源上[12] 6脚为C比较器的信号输入端V又称阈值段TH；2脚为C比较器的信号输入端V又称为触發端它们输入的信号可以是数字信号也可以是模拟信号，分别与比较器所设置的参考电压进行比较便于控制输出状态 5脚为控制电压输叺端V。如果V端没有外加电压时两个比较器的参考电压由电源电压经过三个等值电阻分压提供，则V=VV=V。在这种情况下该端可通过电容（0.01F）接地，防干扰信号窜入如果该端接入外电压V时， 则V= V， V=V因此V可改变参考电压值V。 （2）芯片功能 ① 若=0不管其它输入如何输出端都为低电平。 ② 若=1当V>()V且V>(V)时，比较器C输出为0C输出为1，即V=0V=1，基本RS触发器状态Q置成0输出V为低电平；同时放电管T导通。 ③若=1当V>()V且V(V)时，比较器C、C输出都为1, 即V=V=1, 基本RS触发器状态Q保持不变V和放电管状态会保持不变。 输入 各级输出 T状态 V V V V 触发器输出Q 输出V T状态 0 0 低电平 用555定时器连接成施密特觸发器端2和端6接在一起作为输入信号，5端和8端接接直流电源4端接电容，即可得到施密特触发器为了提高其稳定性常在4端接0.01左右的电嫆[13]。 6端和2端处的输入信号为V 当VV以后V=0，Q=0故V=V；因此V=V。 其次再看V从高于V开始下降的过程： 当V