河北联合大学轻工学院QINGGONG COLLEGE, HEBEI UNITED UNIVERSITY专业英语设计论文设计（论文）题目：新型声控灯的设计与制作学生姓名：***学号：************专业班级：13电气2班学部：信息科学与技术2015年6月23日新型声控灯的设计与制作温金鹏（华北理工大学轻工学院）摘要：声控灯应用较广，但易受环境的噪声干扰而产生误动作。

文章介绍一款用CD4013集成电路设计制作完成的新型声控灯，其抗干扰能力比常见声控开关要强。

对新型声控灯系统的结构组成，具体电路作用及工作原理做了详细的阐述，并介绍了制作步骤。

关键词：声控灯；抗干扰；设计；制作；CD4013Design and Fabrication of a Novel Voice Activated LightWen Jinpeng (QingGong college,North China university of science and technology) Abstract: Voice activated light has wide application, but it is easy for it to occur error action due to the interference from environment noise. This paper introduces a novel voice activated light composed of and fabricated with CD4013 IC, so it has stronger interference immunity than that of common voice activated switch. The paper describes the structure composition of the voice activated system, the functions and working principles of the circuits, and presents the fabrication steps.Key words：voice activated light; interference immunity; design; fabrication; CD4013目录摘要............................................................................................ 错误!未定义书签。

Abstract (II)第1章绪论 (4)第2章系统设计思想和结构框图 (4)第3章电路设计及原理阐述 (4)第4章制作步骤 (7)第5章制作后续升级电路－新型遥控灯 (9)结论 (10)参考文献 (10)第1章绪论声控灯应用较广，但易受环境的噪声干扰而产生误动作。

本文介绍一款用通用集成电路CD4013设计制作完成的新型声控灯，其抗干扰能力比常见声控开关要强：受二次冲击声亮，再受二次冲击声暗。

而且要求二次声音的时间间隔大于0.3s，小于0.8s，满足条件的声音有效，否则无效。

这样的控制才是“智能化”的控制，才是生活中需要的控制。

本声控灯由声波采集、脉冲形成、CD4013为核心组成的单稳态电路、定时延时电路、双稳态电路、可控硅控制电路等电路组成，它们之间巧妙的作用使其只接收具有一定规律的两个冲击声响，例如，适当快慢的两次拍掌声，而对其他无规律的声响（如说话声、雷声）则不响应。

本新型声控白炽灯造价便宜，仅8元左右。

第2章系统设计思想和结构框图2.1 新型声控灯的设计要求抗干扰能力较强的新型声控灯要求如下：1）掌声响两次，灯才亮或灭；2）在2s内的掌声才有效； 3）两次掌声的间隔在0.5s以上才有效；4）在5m远处击掌能进行控制。

2.2 声控灯的设计原理设计思路：1）控制灯的亮暗，用继电器或可控硅。

本设计用可控硅，其优点是所需的控制电流小，几mA足矣；体积比继电器要小。

2）双稳态电路有分立元件组成的和集成电路的两种。

本文采用 CMOS 集成电路设计：其优点是设计成的控制电路功耗小，电路的一致性好，抗干扰性强。

3）声音是模拟信号，需将模拟信号转变成脉冲信号。

在 CMOS集成电路中，集2）、3）特点应用于一体的可用CD4013集成块来实现。

4）驻极体话筒得到的声音信号较弱，要适当放大声音信号，使其有较高的灵敏度。

2.3 声控灯系统结构框图根据上述内容，可画出本控制电路的结构方框图，如图1所示。

可见系统由声音信号传感器电路、信号放大电路、CD4013为核心组成的单稳态电路和双稳态电路、可控硅控制电路、简易电源电路以及一些辅助电路构成。

第3章电路设计及原理阐述3.1 电路设计电路设计要遵从简洁至上原则，根据系统框图所示添加器件。

图2是声控灯的初始电路图，在万能板上焊接实验后，基本能满足系统的要求，但声控灵敏度太低，有效距离仅1m左右。

看来需改进电路，以提高声控灵敏度。

在图2的基础上，将Q1放大的声音信号进行检波，由Q2再次放大，设计成如图3所示的声控电路，声控灵敏度大幅度提高，有效距离达到5m，满足了要求。

3.2 声控灯电路组成3.2.1 声音信号传感器电路由电阻R1、驻极体话筒BM组成。

经实验，电阻 R1取值 4.7~24kΩ均能正常工作。

当然，当 UBM=UR1时，此时的R1值最为恰当，其动态电压范围最大。

驻极体话筒具有体积小、结构简单、电声性能好、价格低廉等优点，当其接成漏极输出时，其增益较高。

故驻极体话筒BM的灵敏度很高。

3.2.2 声音信号放大电路三极管Q1、电阻R2、R3组成基本放大电路。

R2为基极偏置电阻，R3为集电极电阻，当R2>β Q1*R3时，三极管Q1处于放大状态。

C1为音频信号耦合电容。

3.2.3 脉冲形成电路由三极管Q2、二极管D5、电容C6、C7，电阻 R11等组成开关电路。

当三极管Q1集电极输出的音频信号为负半周时，通过三极管Q2的发射极向C7充电，三极管Q2导通，在R11上形成正向脉冲电压；当音频信号为正半周时，电容C7上的正电荷通过D5 快速释放。

二极管D5为积存在Q2基极上的正电荷提供通路，不能省略。

C6能去除R11上的杂波信号，为取得较为有用纯净的脉冲信号立下了汗马功劳。

3.2.4 脉冲整形电路由CD4013集成电路D触发器U1A单元、二极管-5-D2、电阻R4及电容C2组成单稳电路，其作用是将不规则的脉冲信号整形为宽度一致的脉冲，其脉冲宽度由R4、C2的时间常数决定。

3.2.5 双稳态电路由CD4013集成电路D触发器U1B单元、电阻R8 及电容C4等组成。

R8、C4组成延时电路，使触发器翻转延时，避免在0.8s(t=0.7R8*C4)内多个音频脉冲造成触发器多次翻转，而造成输出状态控制不准。

其输出的高、低电平通过电阻R9控制可控硅的通、断，即可实现白炽灯的亮暗控制。

3.2.6 延时开启电路由三极管Q3、二极管D1、电容C3、电阻R5、 R6等组成。

当CD4013的第②引脚为高电平时，通过二极管D1向C3迅速充电，使三极管Q3饱和导通，电路处于封锁状态，音频脉冲控制无效；当CD4013 的第②引脚为低电平时，电容C3上的电荷通过电阻 R5、R6缓慢放电，放电结束后，三极管Q3截止。

此时，电路才处于延时开启状态，音频脉冲才能正常控制双稳态电路翻转。

选择R6、C3的值，可确定第一、第二次掌声的有效时间间隔。

其时间常数大，有效时间间隔就长些，也就是说拍手的节拍要慢些才能控制灯状态的变化；如果时间常数较小，有效时间间隔就短些，也就是说拍手的速度快些也可控制灯状态的变化。

按图3中所示，其有效延时时间间隔约为0.29s （根据C3的放电电压曲线uC=E*e-t/τ, 其中时间常数τ=R6*C3。

取uC3=0.7V、E=11.3V，得t=2.78τ=0.29s，详见图4中UC3波形）。

注意： R6、C3的时间常数要远远小于R4、C2的时间常数才行。

3.2.7 简易电源电路市电经整流堆D3桥式整流电路整流，形成100Hz 的脉动直流电。

经R10限流降压，电容C5滤波，稳压管DW5稳压，就形成简易12V稳压电源了。

由于控制电路的工作电流很小，故电阻R10可取大些，取值范围为100~150kΩ均可正常工作，其功率取值为1W。

3.3声控灯工作原理3.3.1 声控开灯过程加上市电后，三极管Q1处于放大状态，三极管Q2处于截止状态，CD4013的①脚、○13脚输出低电平，可控硅D4处于关断状态，灯不亮。

②脚输出高电平，三极管Q3处于饱和状态，○12脚输出高电平信号，通过延时电阻器R8，延时电容器C4加到数据端D2上，故⑨脚为高电平。

当出现第一次掌声时，三极管Q2饱和导通，在R11上形成第一个正向脉冲电压，此信号经D触发器U1A单元组成的单稳电路整形，①脚输出高电平脉冲，其脉冲宽度为0.8s (tW=0.7R4*C2≈0.8s)，详见图4中U1的波形图。

C3 经R6放电，三极管Q3延时截止(详见图4中UC3的波形图)，为第二个音频脉冲控制双稳态电路做准备。

由于第一个正向脉冲电压出现时，三极管Q3还处于饱和状态，故此信号被封锁，不能控制由D触发器 U2B单元组成的双稳态电路。

在出现第一次掌声后的大于0.29s小于0.8s时间内，当出现第二次掌声时，三极管Q2再次饱和导通，在R11上形成第二个正向脉冲电压，此脉冲对单稳电路无效，却能控制双稳态电路的状态翻转，因为此时三极管Q3已截止。

因此，当连续出现两个脉冲时，双稳态电路的状态才翻转一次，○13脚由低电平变为高电平，可控硅D4 获得触发电压而导通，灯由暗变为亮，实现了声控开灯的目的(详见图4中U13的波形图)。

3.3.2 声控关灯过程当灯亮时，三极管Q1处于放大状态，三极管Q2处于截止状态，CD4013的①脚输出低电平、○13脚输出高电平，可控硅D4处于导通状态。

②脚输出高电平，三极管Q3处于饱和状态，○12脚输出低电平信号，通过延时电阻器R8，延时电容器C4加到数据端D2上，故⑨脚为低电平。

同理，只有当连续出现两个脉冲时，双稳态电路的状态才翻转一次，○13脚输出低电平，可控硅D4失去触发电压，脉动直流电过零时即关断，灯由亮变为暗，实现了声控关灯的目的。

当无声控信号时，电路又进入等待状态。

只有再次出现连续的两次掌声时，电路才会重新动作，重复声控开灯的过程。

综上所述，本电路不会因为人的说话声或者其他普通声源干扰而受到影响！其抗干扰能力比常见声控开关要强：二次拍手亮，二次拍手暗。

而且要求二次拍手的时间间隔大于0.3s 小于0.8s，满足条件的拍掌声有效，否则无效。