基于555定时器的声光触摸三控照明电路的设计*

郭庆 吴金飞

摘要：节能减排已成为全球共同的奋斗目标，我国也把节能减排作为基本国策，而照明节能又与我们的日常生活息息相关，特别是在能源趋于匮乏而新能源还没有得到广泛利用的今天。本文是结合555定时器的单稳态触发特性设计的一种以555定时器为核心的声、光、触摸三控于一体的照明电路。该电路在智能楼宇建筑照明、公共照明、小区照明灯工程领域可以广泛推广应用。

关键词：555定时器;单稳态触发器;声光触摸控制;延时电路

中图分类号：TM306 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2018）11-0135-02

1 引言

近些年来，节能减排已成为全球共同的奋斗目标，我国也把节能减排作为基本国策，而照明节能又与我们的日常生活息息相关，特别是在能源趋于匮乏而新能源还没有得到广泛利用的今天。照明节能的实现不能靠降低照明标准，而是依靠充分运用现代科技手段调整电路设计达到节约能源的目的。本文将一种以555定时器为核心的声、光、触摸三控于一体的照明电路。该电路具有耗能低，制造成本低，性能稳定等优点，可以大大提高照明电路的自动化水平，降低常规开关控制带来的大量电能资源浪费，还具有绿色智能照明等节电节能效果。

2 单稳态触发器

2.1 555定时器简介

555定时器是美国Signetics公司1972年研制的用于取代机械式定时器的中规模集成电路，因设计时输入端有三个5KΩ的电阻而得名。555定时器是一种多用途的数字—模拟混合集成电路。只需要外接少量阻容元件就可以方便实现多谐振荡器、单稳态触发器和施密特触发器等脉冲产生与变换电路。555定时器还可以提供与TTL及CMOS数字电路兼容的接口电平，并能输出一定功率，驱动微电机，指示灯，扬声器等小功率电压负载。由于使用灵活，方便，所以555定时器在波形的产生与变化，仪器与仪表，测量与控制，家用电器，电子玩具等许多领域中得到了广泛的应用。

2.2 单稳态触发器电路组成及工作原理

将555定时器的端（2脚）作为触发信号uI的输入端，放电端DIS（7脚）和阀值触发端TH连在一起，通过电阻R 接電源VCC，其DIS（7脚）通过电容C接地，控制端CO（5脚）通过C0（0.01μF）接地，便构成了图1所示的单稳态触发器。R和C为定时元件。

该电路触发信号为负窄脉冲，不加触发信号时，无论电路原来状态如何，电路只有一种稳定状态。此时，uc=0V，u0为低电平。

当输入uI由高电平跃变到小于VCC的低电平时，由于此时uc=0，使和TH都为低电平，因此u0跃变为高电平，进入暂稳态，这时放电管截止，VCC又经 R向C充电，uc按指数规律上升。在暂稳态期间由输入电压uI回到高电平。

当uc电压上升到VCC时，电输出uo由高电平跃变到低电平。同时，放电管V饱和导通，电容C经V迅速放电，使uc≈0。电路返回稳定状态。

由555定时器构成的单稳态触发器的输出脉冲宽度tw为暂稳态维持的时间，它实际上为电容上电压uc由0V充到VCC所需要的时间，可按下式计算：tw=RC Ln3≈1.1RC。

3 电路组成及工作原理

3.1 电路组成

在电路的设计上，主要包括五个组成部分，即电源电路、声控电路、光控电路、触摸控制电路、延时和触发电路。

3.1.1 电源电路

市电交流220V经过降压变压器T1后转换为12V左右低压交流电，然后经过四只IN4007整流二极管组成的全波整流电路后，将降压后的交流电转换为直流电，最后经过滤波电容滤波和三段稳压器L7805后输出稳定的+5V的直流电压，作为控制电路的工作电源。发光二极管LED1是供电的指示灯，用来显示电源电路供电是否正常，便于用户检测。

3.1.2 声控电路

声音信号（比如击掌声、哨声、脚步声等）经过驻极体话筒MK1转换为较小的电信号后通过C1耦合至三极管Q1进行放大，电阻R1为MK1内部的放大元件提供偏置，电阻R2、R3构成Q1的直流偏置电阻，声音信号通过Q1集电极的电压变化送到集成电路CD4011的第1脚进行处理。

3.1.3 光控电路

光信号的检测由R4和光敏电阻R5组成串联分压电路。光信号的强弱经光敏电阻R5转换为高低电平后送入CD4011的第2脚。

3.1.4 触摸控制电路

当人体触摸感应片后，人体从周围空间感应到的杂波信号将使74LS32的2脚输入电压瞬间升高，则其3脚输出高电平，CD4011的10脚输出低电平触发单稳态触发器进入暂稳态，使其 3脚延时输出高电平。

3.1.5 延时电路

延时电路由555单稳态触发器实现。稳态输出时，555单稳态触发器3脚输出低电平;当声、光、触摸信号作为输入量，并且达到了一定值时，555单稳态触发器2脚即得到负窄脉冲的触发信号，电路即进入暂稳态，此时3脚输出翻转为高电平，单向可控硅导通，灯泡被点亮延时熄灭。暂稳态的维持时间tw=（R7+RP1）C Ln3≈1.1（R7+RP1）C（适当调节可变电阻RP1，也可改变延时时间），之后电路又自动返回到稳定状态，3脚恢复低电平输出，单向可控硅截止，灯泡熄灭。

3.1.6 触发电路

由电阻和单向可控硅组成，其作用是控制灯的亮灭。

3.2 电路工作原理

通过电路图分析可知，只要有触摸信号输入，不管声音和光信号如何，单稳态触发器都工作在暂稳态，输出高电平，使单向可控硅导通，灯泡点亮延时后熄灭。

在无触摸信号作用时，电路的工作可分为以下四种情况：

（1）在无光—无声状态下，光敏电阻呈高阻状态，则CD4011的2脚输入为高电平。驻极体话筒MK1无音频信号输出，则CD4011的1脚输入为低电平，3脚输出高电平，4脚输出低电平。因为此时无触发信号，则74ls32的1脚和2脚输入都为低电平，其3脚输出低电平，使得CD4011的10脚输出高电平，单稳态触发器稳态输出低电平，单向可控硅截止，灯泡熄灭。

（2）在無光—有声状态下，光敏电阻呈高阻状态，则CD4011的2脚输入为高电平。驻极体话筒MK1有音频信号输出，则CD4011的1脚为高电平，3脚输出低电平，4脚输出高电平。无论此时有无触发信号，74ls32的3脚输出高电平，使得CD4011的10脚输出低电平，触发单稳态触发器进入暂稳态，输出高电平，单向可控硅导通，灯泡点亮延时熄灭。

（3）在有光—无声状态下，光敏电阻呈低阻状态，则CD4011的2脚输入为低电平。CD4011的1脚为低电平，3脚输出高电平，4脚输出低电平。因为此时无触发信号，74ls32的3脚输出低电平，使得CD4011的10脚输出高电平，单稳态触发器工作在稳定状态，输出低电平，单向可控硅截止，灯泡熄灭。

（4）在有光—有声状态下，光敏电阻呈低阻状态，则CD4011的2脚输入为低电平。CD4011的1脚为高电平，3脚输出高电平，4脚输出低电平。因此时无触发信号，74ls32的3脚输出低电平，使得CD4011的10脚输出高电平，单稳态触发器工作在稳定状态，输出低电平，单向可控硅截止，灯泡熄灭。

因此，本电路设计功能实现了白天或光照较强时，无论有没有声音信号输入，灯保持熄灭;夜晚或光线较暗并且没有声音信号时，灯也是熄灭的;夜晚或光线较暗并有声音信号（足够大）时，灯即刻点亮，当声音消失后灯延时点亮一段时间后自动熄灭;但如有特殊情况需要开灯时，可不需考虑光线和声音信号影响直接通过触摸控制将灯点亮。

4 结语

本电路是结合集成电路技术设计的，结构简单、经济节能，与市面上销售的声光控制照明灯相比性能更高、可靠更强、功能更多，更耐用，可在智能楼宇建筑照明，小区等公共照明领域得到广泛推广应用。

参考文献

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[3]王君莉.基于CD4011的声光控延时节能开关电路系统设计[J].价值工程，2014（30）：59-60.

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Design of Acousto-optic Touch Three-Control Lighting Circuit Based on 555 Timer

GUO Qing1，WU Jin-fei2

（1.Liaoning Provincial College of Communications，Shenyang Liaoning 110122;

2.Shenyang Louder Electric Apparatus Limited Company，Shenyang Liaoning 110122）

Abstract：Energy conservation and emission reduction have become the common goal of the world. China also regards energy conservation and emission reduction as the basic national policy， and lighting energy conservation is closely related to our daily life， especially when energy is scarce and new energy has not been widely used. Nowadays. This paper is a lighting circuit that combines the sound， light and touch of the 555 timer with the 555 timer as the core. The circuit can be widely applied in the field of intelligent building architectural lighting， public lighting， and community lighting engineering.

Key words：555 timer;monostable trigger;acousto-optic touch control;delay circuit