沈柏行

摘要：目前學(xué)校教室照明系統(tǒng)中，聲光控開關(guān)因光電二極管靈敏度不高，導(dǎo)致經(jīng)常在需照明時(shí)不能及時(shí)開啟，該文為解決這一問題，設(shè)計(jì)了照度監(jiān)測(cè)器替代光電二極管，提高了聲光控開關(guān)的靈敏度，滿足了教室照明的實(shí)際需求。

關(guān)鍵詞：照度監(jiān)測(cè)；聲光控開關(guān)；光電二極管；教室

中圖分類號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2015）30-0190-02

隨著社會(huì)的發(fā)展，能源的消耗越來越大。提倡節(jié)約能源、降低能耗、低碳環(huán)保逐漸成為社會(huì)的共識(shí)。目前大多數(shù)學(xué)校都使用需人為操作的手動(dòng)機(jī)械開關(guān)來控制教室熒光燈的亮滅，這些機(jī)械開關(guān)極易損壞，維修量大，而且由于需要人為操作，導(dǎo)致很多熒光燈開啟后在不需要時(shí)忘記被關(guān)閉，致使一般的熒光燈壽命非常短，浪費(fèi)電量，且經(jīng)濟(jì)損失嚴(yán)重，容易引起事故隱患。因此，許多學(xué)校開始采用聲光雙控開關(guān)來實(shí)現(xiàn)對(duì)照明燈具的控制。

聲光雙控開關(guān)具有體積小，外形美觀，安裝方便，制作容易等特點(diǎn)。聲光控開關(guān)是把發(fā)射端和接收端之間聲音、光照強(qiáng)度的強(qiáng)弱變化轉(zhuǎn)化為電流的變化以達(dá)到探測(cè)目的[1]，光電開關(guān)在許多場(chǎng)景都得到了廣泛應(yīng)用，這是因?yàn)樗妮敵雠c輸入回路是電絕緣的。但聲光控開關(guān)電路中用到的光電二極管普遍靈敏度不高[2]，經(jīng)常在天氣變暗需要照明時(shí)不能及時(shí)開啟，因此需對(duì)聲光控開關(guān)進(jìn)行改進(jìn)，改進(jìn)的方案就是利用照度監(jiān)測(cè)器來代替光電二極管。

1 方案設(shè)計(jì)

現(xiàn)存的聲光控開關(guān)普遍利用光電二極管和話筒作為傳感器，共同控制電路[3]。光電二極管具有在光線較強(qiáng)時(shí)，電阻值較低，而在光線較暗時(shí)則電阻較大的特點(diǎn)。由于光電二極管的電阻值變化不是連續(xù)的，因此在靠近臨界點(diǎn)時(shí)，容易造成控制系統(tǒng)的不穩(wěn)定[4]。因此，如何提高系統(tǒng)在光線臨界狀態(tài)的穩(wěn)定性，是設(shè)計(jì)的重點(diǎn)所在。本系統(tǒng)采用照度監(jiān)測(cè)器來達(dá)到提高系統(tǒng)穩(wěn)定性的目的。照度監(jiān)測(cè)器能夠檢查照度是否合乎要求，按照國(guó)家教委和衛(wèi)生部等單位頒發(fā)的《保護(hù)學(xué)生視力工作實(shí)施辦法（試行）》，每個(gè)桌面的照度不低于100Lx[5]。

目前使用的大部分聲光控開關(guān)由于在臨界狀態(tài)時(shí)性能不穩(wěn)定，經(jīng)常造成誤啟動(dòng)，或光線較暗時(shí)不啟動(dòng)現(xiàn)象。這可通過加裝照度監(jiān)測(cè)器來改進(jìn)開關(guān)控制電路的設(shè)計(jì)，并可通過改變電路中電位器參數(shù)，達(dá)到不同的延時(shí)時(shí)間，以此控制熒光燈的工作時(shí)間。

所設(shè)計(jì)的照明系統(tǒng)可通過照度監(jiān)測(cè)器和聲光控開關(guān)來共同控制。在桌面照度高于100Lx時(shí)，即使聲控開關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)，也不能使線路閉合；如果桌面照度低于100Lx，照明電路的導(dǎo)通與否，就由聲控開關(guān)來控制。這樣既可以保證光線變暗時(shí)充分地照明，又不會(huì)造成電能的浪費(fèi)。照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案框圖如圖1所示。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與制作

照明系統(tǒng)的開關(guān)電路主要由照度監(jiān)測(cè)器模塊和聲光控開關(guān)模塊[6]組成。

2.1 照度監(jiān)測(cè)器模塊

照度監(jiān)測(cè)器模塊如圖2所示，表1對(duì)圖中的各元器件進(jìn)行了說明：

其工作原理為：

如果所在環(huán)境的光線較暗，則電路的工作流程如圖3所示，其中符號(hào)“↓”表示所對(duì)應(yīng)的值減小，符號(hào)“↑”表示所對(duì)應(yīng)的值增加。

圖3所示的一系列工作流程最終使LED2通電點(diǎn)亮，發(fā)出有警報(bào)作用的閃亮紅光，用來提示此時(shí)所在環(huán)境的光線過暗，不適宜工作學(xué)習(xí)。

相反的，如果所在環(huán)境的光線比較強(qiáng)，則電路的工作流程如圖4所示。

圖4所示的一系列工作流程最終使LED1通電點(diǎn)亮，發(fā)出綠光，相反地，LED2熄滅，表明此時(shí)所在環(huán)境的光線較強(qiáng)，適宜在此環(huán)境下工作學(xué)習(xí)。

2.2 聲光控開關(guān)模塊

聲光控開關(guān)模塊電路如圖5所示，其中電路圖中的核心器件為集成的時(shí)基電路NE555（IC），構(gòu)成暫穩(wěn)態(tài)電路。

圖5所示電路的工作原理為：

白天時(shí)，光線較強(qiáng)，光電二極管VD1的阻值減小，從而引起圖5電路發(fā)生如圖6的一系列變化。

IC被強(qiáng)制復(fù)位后，其第3腳的輸出為低電平。這時(shí)若駐極體傳聲器BM能夠接收到聲音，雙向晶閘管VS也無法獲得觸發(fā)信號(hào)，為斷開截止的狀態(tài)，燈泡LAMP無法通電點(diǎn)亮。

夜晚時(shí)，光線很弱，幾乎沒有光線照射到光電二極管VD1上，因此VD1阻值增大，則圖5所示電路發(fā)生圖7的一系列變化。

此時(shí)由于IC的強(qiáng)制復(fù)位消除，因此當(dāng)駐極體傳聲器BM接收到聲音時(shí)，電路發(fā)生圖8所示的變化。

2.3 系統(tǒng)總電路圖

教室照明系統(tǒng)電路的總設(shè)計(jì)如圖9所示。

3 系統(tǒng)調(diào)試

3.1 照度監(jiān)測(cè)器模塊調(diào)試

準(zhǔn)備好一只照度計(jì)，一般用調(diào)節(jié)燈具的電源電壓或移動(dòng)光源的距離獲得100Lx照度。如無照度計(jì)，可用15W白熾燈作為電源，離燈泡0.3m處的照度大約為100Lx（應(yīng)避免周圍有其他光源），此方法只能作為估測(cè)。

對(duì)閃爍式監(jiān)測(cè)器可將它置于100Lx標(biāo)準(zhǔn)照度下，RP阻值由大逐漸調(diào)小，調(diào)試開始時(shí)LED1應(yīng)發(fā)光，LED2不發(fā)光。在RP逐漸調(diào)小時(shí)，調(diào)到某一位置上，LED2恰好閃閃發(fā)光。保持RP不變，增大光照，LED1應(yīng)該發(fā)光，LED2不亮；減弱光照，LED1熄滅，LED2發(fā)醒目的閃光。此時(shí)認(rèn)為RP已調(diào)好，可用火漆封固電位器RP，使其不再變動(dòng)[7]。

對(duì)揚(yáng)聲式監(jiān)測(cè)器，將它放在100Lx照度處，此時(shí)揚(yáng)聲器應(yīng)無聲，如有聲，把R1換成10K電阻再調(diào)節(jié)RP，如仍有聲，再增大R1，調(diào)整RP，直到揚(yáng)聲器停唱為止，反復(fù)調(diào)節(jié)直到在100Lx照度下處于有聲與無聲的臨界點(diǎn)。

3.2 聲光控開關(guān)模塊調(diào)試

對(duì)于聲光控開關(guān)模塊，考慮到安全問題，應(yīng)該采用較低的電壓進(jìn)行試驗(yàn)。這樣既可以保護(hù)電路，同時(shí)可以檢驗(yàn)該模塊是否能夠正常工作。

3.3 系統(tǒng)調(diào)試

在計(jì)算機(jī)上利用仿真軟件Altium designer分別調(diào)試完兩個(gè)模塊，然后將聲光控開關(guān)模塊中的光電二極管換為照度監(jiān)測(cè)器模塊，即用照度監(jiān)測(cè)器模塊代替光電二極管起到開關(guān)作用。繼續(xù)完成調(diào)試工作。

4結(jié)論

利用照度監(jiān)測(cè)器替代光電二極管，可以改進(jìn)教室照明系統(tǒng)中聲光控開關(guān)的性能，提高了開關(guān)的穩(wěn)定性，使開關(guān)的閉合動(dòng)作更加符合實(shí)際照明的需求。改變了原有控制開關(guān)誤開或誤關(guān)概率較大的情況，節(jié)約了教室照明電能，同時(shí)也能滿足照明。

參考文獻(xiàn)：

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[7] 視力保護(hù)測(cè)光器電路原理圖[N/OL].電子產(chǎn)品世界：2009-09-10.http：//diagram.eepw.com.cn/diagram/circuit/cid/142/cirid/18186.