总第３４０期 ２０１６年２月（上） ｜ｌｆ缸又ｃ‘ Ｔｈｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ Ａｒｔｉｃｌｅ Ｃｏｌｌｅｃｔｓ Ｔ０ｔａ１．３４０ Ｆｅｂｒｕａｒｙ ２０１６（Ａ） 声光控延时开关电路的设计与制作 耿子庆 （吉林财经学校吉林・吉林１３２０１１） 中图分类号：ＴＭ５６４ 文献标识码：Ａ 摘要本文主要介绍了具有声控、光控以及带有延时作用 的节电开关的设计与制作。从爱迪生发明了电灯泡以来，电 灯的照明技术就开始飞速发展，现代的电子技术科研人员 研究出各式各样功能的电灯用来照明，使照明技术更加自 动化，更加智能化，同时也越来越好地为人们生活服务。它 不仅能适用于居民住宅，而且也适用于大型工厂、学校等公 共场所，具有形状美观、体积小巧、制作简单、工作性能好、 节约能源等优点。主要由整流、滤波、稳压和集成电路以及 光敏电阻等元件组成。 关键词印制电路板声光控可控硅 Ｔｈｅ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ Ｃｉｒｃｕｉｔ ｏｆ Ｄｅｌａｙ Ｓｗｉｔｃｈｅｓ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｂｙ Ｓｏｕｎｄ ａｎｄ Ｌｉｇｈｔ／／Ｇｅｎｇ Ｚｉｑｉｎｇ Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｍａｉｎｌｙ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｆａｂｒｉｃａ－ ｔｉｏｎ ｏｆ ｐｏｗｅｒ－ｓａｖｉｎｇ ｓｗｉｔｃｈｅｓ ｗｉｔｈ ｓｏｕｎｄ ａｎｄ ｌｉｇｈｔ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｅｌａｙ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｎｅｄ ｂｙ ｓｏｕｎｄ ａｎｄ ｌｉｇｈｔ．Ｓｉｎｃｅ ｔｈｅ ｉｎｖｅｎ－ ｔｉｏｎ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｂｕｌｂｓ．ｂｙ Ｅｄｉｓｏｎ，ｔｈｅ ｌｉｇｈｔｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｌｉｇｈｔｓ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ ｒａｐｉｄｌｙ，ａｎｄ ｍｏｄｅｒｎ ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ ｒｅ－ ｓｅａｒｃｈｅｒｓ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｒｅ ｓｔａｒｔｉｎｇ ｔｏ ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｌｌ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｌｉｇｈｔｓ ｗｉｈｔ ｖａｒｉｏｕｓ ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ，ｍａｋｉｎｇ ｌｉｇｈｔｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｍｏｒｅ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ａｎｄ ｉｎｔｅＵｉｇｅｎｔ ａｎｄ ｂｅｔｔｅｒ ｓｅｌＴｅ ｐｅｏ－ ｐｉｅ’Ｓ ｌｉｆｅ．Ｗ ａ ｂｅａｕｔｉｆｕｌ ａｐｐｅａｒａｎｃｅ，ｓｍａｌｌ ｓｉｚｅ，ｓｉｍｐｌｅ ｔｅｃｈ－ ｎｉｑｕｅ，ｇｏｏｄ ｗｏｒｋｉｎｇ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｎｄ ｅｎｅｒｇｙ－ｓａｖｉｎｇ ｆｕｎｃｔｉｏｎ，ｉｔ ｉｓ ｎｏｔ ｏｎｌｙ ｓｕｉｔａｂｌｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｒｅｓｉｄｅｎｔｉａｌ ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ，ｂｕｔ ａｌｓｏ ｓｕｉｔａｂｌｅ ｆｏｒ ｐｕｂｌｉｃ ｐｌａｃｅｓ ｓｕｃｈ ａｓ ｌａｒｇｅ ｆａｃｔｏｒｉｅｓ，ｓｃｈｏｏｌｓ ａｎｄ ＳＯ ｏｎ．Ｉｔ ｍａｉｎｌｙ ｃｏｎｓｉｓｔｓ ｏｆ ｓｕｃｈ ｐａｒｔｓ ａｓ ｒｅｃｔｉｉｆｅｒ，ｆｉｌｔｅｒ，ｖｏｌｔａｇｅ ｒｅｇｕｌａｔｏｒ ａｎｄ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔｓ ａｓ ｗｅｌｌ ｓａ ｐｈｏｔｏｓｅｎｓｉｉｔｖｅ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｐｒｉｎｔｅｄ—ｃｉｒｃｕｉｔ ｂｏａｒｄ；ｔｈｅ ｓｏｕｎｄ ａｎｄ ｌｉｇｈｔ ｃｏｎｔｒｏｌ； ＳＣＲ １电路工作原理 １．１电路工作过程 声光控延时开关的具体工作过程如下：晚上光线变暗 淡时，电灯开始自动进入待机状态；当有说话的声音、脚步 的声音或者其他的一些声响振动时，它会自动将灯泡点亮， 提供照明；当有人进入自家或者走远后，楼道内的灯延时点 亮几分钟，就会自动熄灭，进入待机状态。在白天光线比较 强烈时，受到光控的作用自锁，即使楼道内有声音电灯也不 作者简介：耿子庆（１９８１一），中级讲师，研究方向为电子技术应用。 文章编号：１ ６７２—７８９４（２０１ ６）０４—０１ ８１—０２ 会亮。所以，使用此类的声光控节能灯，既可以避免黑天找 开关等造成的不便，也可以杜绝居民楼内产生“长明灯”及 无人管理的现象，从而达到了节约用电的目的。电路的主要 组成及作用如下：光控电路感光、声控电路信号放大、稳压 电路供电与非门、整形电路、延时电路、二级整形电路、电子 开关以及驻极体话筒组成。 １．２电路工作原理 此电路具有声控的功能：只要声音足够大，话筒能够接 收到，电灯就会自动点亮；光控功能：用光源照明电路的光 感应元器件，使电灯无法在明亮的环境下亮起来，或者使用 光源能够使电灯点亮；延时功能：电灯工作一定的时间以 后，会自动熄灭。电路的工作原理如下：二极管ＶＤ１一ＶＤ４ 组成整流电路，Ｒ４等元件组成二极管稳压电路，能输出５Ｖ 直流电压给控制电路。在白天，光线强，三极管Ｖ１截止，灯 不亮。在晚上无声音状态，与上相同，灯不亮。在晚上有声音 状态，三极管ｖ１导通，灯亮。延时控制：声音过后，ｃ３开始 放电，从而使Ｕ１Ｄ的１２脚为低电平时，灯灭。 ２印制电路板设计 ２．１设计前准备 节能灯头需要放置在固定的安装盒内，印制板为长方 形，大多数元件采用卧式的安装方法。可控硅的引脚要折弯 放倒安装，减小它的高度。元件根据需要安装，有的封装不 合适，所以需要自行设计。例如：电路中的驻极体话筒和电 解电容的封装就需要自行设计，才能满足电路设计的要求。 ２．２原理图绘制 按照电路图纸以及元件参数的要求绘制电路原理图， 并进行设计规则检查，即ＤＲＣ是一种能有效地自动检查的 功能，可以确认设计的ＰＣＢ自动布线及手工布线后的结果 是否满足设计的需求。 ２．３印制板设计 ＰＣＢ的尺寸为４．５ｍｍ＊６．０ｍｍ。电路板对角线上有两个 直径３ｍｍ的圆形安装孔，板的上方有两个直径７ｒａｍ的电源 接线柱；根据产品的基本情况，首先定位电源接线柱的位 置、驻极体送话器的位置、螺丝孔的位置；整流电路和晶闸 管控制电路，相对电流较大，集中放置在电源接线铜柱附 近，其他元件围绕集成电路ＣＤ４０１１布局；连线的线宽中：整 流电路和可控硅控制电路线宽选用１￣２ｍｍ，地线线宽 １８１ 科研应用 １．５－２ｍｍ，其他线路宽度０．８～１．Ｏｍｍ。电源接线铜柱的布线 采用覆铜放置大面积铜箔，以提高电流承受能力和稳定性， 连线转弯采用４５度角或圆弧进行。ＰＣＢ自动布局及调整按 ＰＣＢ的尺寸，采用公制规划，设置好机械轮廓，并放置螺钉 耐热、先一般后特殊元件的原则进行插装。元件的装配顺 序：电阻一瓷片电容一二极管一稳压二极管一电解电容一 晶体管一单向可控硅－－＋ＣＤ４０１卜－＋住集体话筒一连接输出导 线一通电调试质量检测一整机安装。 孔和电源接线铜柱，然后从原理图加载网络表和元件到 ＰＣＢ。由于元件是散在电气轮廓之外的，显然不能满足布局 的要求，此时可以通过手工布局的方式将元件排列到适当 的位置，然后再进行手工布局调整，根据信号流程和布局原 则将元件移动到合适的位置，同时尽量减少元件网络飞线 交叉。ＰＣＢ自动布线及调整元件布局完毕就可以开始进行 布线。在ＰＣＢ设计中有两种布线方式：放置直线和交互式布 线。手工布线前应再次检查元件之间的网络飞线是否正确。 印制电路板输出印制电路板设计完成，要输出ＰＣＢ图，以便 于进行人工检查和校对，同时也可生成文档保存。将设计完 成后的数据文件，提供给生成加工部门，完成光绘（Ｇｅｒｂｅｒ） 文件输出和输出ＮＣ钻孔图形文件。 ３电路元件的识别与检测 ３．１电路元器件的识别 在电路的制作过程中，元器件的识别与检测是一个非 常重要的环节，必须按照元件清单列表进行识别，确保所制 作产品所需的元件数量准确。 ３－２电路元器件的检测 （１）光敏电阻：对万用表的功能开关电阻档，进行机械 调零和欧姆调零，然后将万用表的红黑表笔分别接触光敏 电阻的两个引脚，用一黑色物体把光敏电阻的透光窗盖住， 观察仪器指针是否变化，电阻值应该为无穷大；（２）稳压二 极管：会识别其正负极性，会用万用表测量其正反向电阻。 把万用表功能开关拨到Ｒ＊ＩＯ０或者Ｒ＊ＩＫ的欧姆档，测量 二极管的正反向电阻，看它的正反向电阻是否在规定的数 值范围内；（３）单向可控硅：用万用表的Ｒ＊Ｉ档，测任意两引 脚的正、反向电阻，然后观察，分析出黑表笔引脚为Ｇ，红表 笔为阴极Ｋ，另一管脚为阳极Ａ；（４）驻极体话筒：驻极体话 筒是一种电能和声能相互转化的器件，它可以将声能转换 成电能。而且它是一种永久性极化的电介质，利用这种材料 制作而成的电容式传声器称为驻极体电容式传声器，俗称 为驻极体话筒。用红、黑两表笔分别接驻极体话筒两脚，测 量其状态，分析性能；（５）ＣＤ４０１１：万用表采用直流电压档， 测试是否有触发信号，若没有就说明该元件的内部已经损 坏；（６）印制电路板：首先目测，然后将万用表的转换开关拨 到欧姆档，进行欧姆调零，对可能存在故障的连线进行测 量，看是否完好，如有损坏必须进行修复。 ４电路的插装与焊接 ４．１电路元件的装配 为了能够顺利完成制作，减小出错率，需要注意每个元 器件的安装，一定要按照下面的步骤来完成：复测元器 件——引线清洁、成型——插装——焊接——修剪引 脚——整形——调试。完成元器件和导线的焊前加工和引 脚处理后，根据声光控延时开关电路原理图对元器件进行 插装，需要按照先低后高、先轻后重、先易后难、先耐热后不 １８２ ４．２电子元件的焊接 把声光控延时开关的各种元件及零部件，按照设计要 求装到规定的位置，检查印制板上各焊点的焊接情况。注意 虚焊和假焊，临近焊点问应清理干净，防止焊点间短路并组 成成品。根据先轻后重、先里后外、先低后高、易碎部件后 装、前道工序不影响后道工序的总装原则。 ５电路的测试与分析 ５．１电路的调试方法 电路调试前，先按照电路图认真检查一下，不要有虚 焊、漏焊及元件搭接的错误现象产生。通电后，不允许接触 任何物体，防止触电，一定要注意安全问题。我们可以将本 电路分为主电路、电源电路、光控电路、声控电路、逻辑电平 反转及触发电路、延时电路等若干个单元电路进行调试。 ５．２电路的故障分析 （１）灯常亮不灭：首先测Ｉｃ的８脚电压。若无０．８Ｖ，则 是单向可控硅Ｔ１击穿，可用１Ａ／４ＯＯＶ的单向可控硅代换。 （２）灯常亮不灭，但亮度减小：此故障系ＤＩ—Ｄ４中有一只二 极管击穿造成。（３）白天有人走过时，灯亮：此故障系光敏电 阻ＲＧ开路造成。（４）电子开关的质量：使用万用表的电压档 位测试可控硅的Ｋ和Ａ极，然后把ＶＴ３的发射极和集电极 短接，观察可控硅的阳极电压是否下降为零，如果为零，则 说明电子开关的工作是正常的。（５）灯泡点亮时间短：这种 故障现象是由于延时电路之中的延迟时间太短造成的，应 该加大延时电阻和电容的值，若增大后仍然太短，则有可能 是二极管的反向漏电流太大，更换一只性能良好的二极管 便可。在制作完产品进行调试电路的过程中，可能会遇到很 多类型的问题，例如：电灯不亮或者电灯无法正常熄灭等问 题，要根据前面学习过的理论知识，将这些故障现象确定到 电路中的某一个单元电路内，这样就会减小制作者电路故 障查找的范围，从而能够避免盲目的操作，造成不必要的损 失。电路检测过程中，将总体电路划分为几个单元电路，使 复杂的电路简单化，分析起来比较清晰，再运用调试的相关 知识进行故障分析、排除。 参考文献 ［１］郭勇．Ｐｒｏｔｅｌ ＤＸＰ ２００４ ＳＰ２印制电路板设计教程［Ｍ］ｊＥ京：机械工 业出版社．２００９． ［２Ｊ闰霞．电路设计与制版——Ｐｒ０ ＤＸＰ ２００４［Ｍ］．北京：机械工业出 版社，２０１ １． ［３】王国明．常用电子元器件检测与应用［Ｍ】．北京：机械工业出版社， ２０１３． ［４］陈雅萍．电子技能与实训——项目式教学［Ｍ】．北京：高等教育出版 社．２０１４． ［５】杨坤．电子技术实训项目教程［ＭＩ．北京：机械工业出版社，２０１１． 编辑李前锋