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一种声光双控节能自动开关的研制

2020-07-17 20:40140
1 引言 
    在学校、机关、厂矿企业等单位的公共场所以及居民区的公共楼道,长明灯现象十分普遍,这造成了能源的极大浪费。另外,由于频繁开关或者人为因素,墙壁开关的损坏率很高,增大了维修量、浪费了资金。为此,笔者设计并试制成功了一种电路新颖、安全节电、结构简单、安装方便、使用寿命长的声光双控白炽灯节能自动开关。使用时安装于原墙壁开关上方人手触摸不到的接线盒处,或者直接替代原墙壁开关。在我校安装运行两年多来,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。
2 电路原理图
3 电路功能
    本电路为一声光自动控制白炽灯开关。白天或夜晚光线较亮时,光控部分将开关自动关断,声控部分不起作用。当光线较暗时,光控部分将开关自动打开,负载电路的通断受控于声控部分。电路是否接通,取决于声音信号强度。当声强达到一定程度时,电路自动接通,点亮白炽灯,并开始延时,延时时间到,开关自动关断,等待下一次声音信号触发。这样,通过对环境声光信号的检测与处理,完成电路通断的自动开关控制。
4 电路组成
    1主电路:由整流桥V1~V4、晶闸管V5组成,V5为开关执行器件。
    2光控电路:由R4和光敏电阻GR组成,其中GR为光检测元件。
    3声控电路:由麦克风MIC、三极管V7、电容C2及电阻R5~R7组成,其中MIC为声检测元件。
    4逻辑电平反转及触发电路:由四二输入与非门IC及R1组成。
    5延时电路:由R3、C1、V6等元件组成。
    6电源电路:由R2、V8、C3等元件组成。
5 工作原理
    由电路原理图可见,当作为开关执行器件的晶闸管被触发导通后,交流电流的正半周流经V1、V5、V4、EL,负半周流经EL、V2、V3,在白炽灯EL上得到略低于220V的交流电压,此时相当于开关闭合,电路接通,白炽灯发光。当晶闸管的控制极上无触发信号时,由于白炽灯在电路中近于纯电阻负载,所以晶闸管V5能够可靠地正向阻断,此时相当于开关断开,电路呈关断状态。
    电路中晶闸管的通断,取决于控制极信号的有无。光敏电阻GR的阻值随着光照强度的变化而变化,当光照达到一定强度时,阻值变小到与R4分压后使IC(1)脚处于低电平,(1)脚所在的与非门被封死,这时不管有无声音信号输入,IC (11)脚都是低电平,晶闸管正向阻断。随着光照强度的减弱,GR阻值逐渐增大,(1)脚电位逐渐上升,当(1)脚电位上升到逻辑高电平后,即满足了开门条件,(3)脚是否反转只取决于(2)脚电位是否达到了逻辑高电平,此时声控开始起作用。
    当环境声音信号很弱时,三极管V7处于饱和状态,IC(2)脚为低电平,(11)脚亦为低电平,V5阻断。当环境声音信号达到一定强度时,通过MIC拾音输出、C2耦合到V7的基极,使集电极亦即IC(2)脚电位随着声强而高低变化,当(2)脚处于高电平时,由于(1)脚早已处于高电平而满足了与非门反转条件,(3)脚低电平,(4)脚高电平并经V6向C1充电,C1上的电压不断升高,当C1上的电压上升到IC逻辑高电平时,(10)脚变为低电平,(11)脚输出高电平,V5被触发导通。此时,C3上的电压降低,MIC拾音灵敏度降低,V7重新饱和,(3)脚为高电平,(4)脚变为低电平,由于V6的隔离作用,C1上的电压仍维持(8)、(9)脚高电平,(11)脚也为高电平。C1上的电压通过R3放电,直至C1上的电压降至IC逻辑低电平时,(11)脚变为低电平,晶闸管V5在正、负极间的电压过零时被正向阻断,C3上的电压重新升高,MIC恢复拾音灵敏度,等待下一次声控信号输入,IC(8)、(9)脚电位从高电平降低为低电平的时间,即为开关接通的维持时间,由C1和R3的数值确定。

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