2、控制系统的设计与实施案例特级教师教学实录

声光控制楼道灯设计

活动目标：

1、能用方框图分析开环控制系统的工作过程。

2、能够设计和安装简单的开环电子控制系统，进行调试和改进。

活动过程：

第一步：活动情景

在居民楼或教室的楼道里经常安装声光控制的楼道灯，灯光控制楼道灯就是感应到有人走动的声音时，电路自动接通，灯亮一分钟后灯灭。不过，只有天黑之后灯才会亮。无论白天发出多大的声音，等都不会亮。

第二步：设计分析

1、对声光控制楼道灯工作情况的描述，我们知道声光控制的楼道灯是一个开环电子控制系统。其中“发光”是被控制量，灯泡是被控制对象。

2、根据对声光控制楼道灯的描述，输入部分需要设置两个传感器，分别用来接收外界的声音信号和光照信号，控制（处理）部分可以使用电子电路。画出方框图，分别写出输入部分、控制部分、输出部分的元器件。

输入部分

声音

光照条件

控制处理部分

电子电路

输出部分

电磁继电器（或直接利用控制电路）

被控制对象

灯泡

方案1：

图一

1、输入部分可以选择声敏传感器和光敏传感器，分别来接收外界的声音信号和光照信号。

2、挑选一个具有延时功能的NE555集成电路作为控制部分。

3、当声敏传感器和光敏传感器接收到满足条件的信号时，灯泡就会发光，所以声光控制灯可以不需要安装继电器、开关等执行部件。

4、根据对声音灵敏度和光照成度的要求，选择适当参数的声敏传感器和光敏传感器。

5、电路图如图2所示。

方案2：

图二

方案设计1 1、输入部分仍然选择声敏传感器和光敏传感器，分别来接收外界的声音信号和光照信号。

2、选用CD4011集成电路作为控制（处理）部分，电路最小变化的模拟量经两个LM358放大器放大后，使模拟量转化成能够让CD4011接收的高低电平，从而使CD4011集成电路具

有单稳延时功能。

3、电路图如图3所示。

第三步：方案选择

对比两个方案进行比较，方案1电路简单，只使用了NE555集成电路就实现延时功能。而方案2中需要将电路中的微小变化的模拟量经两个放大器放大后转成能够让CD4011接收图三

方案设计2

的高低电平才能使其具备单稳延时功能，比较复杂，所以选用方案1。

第四步：按图2准备器材。

第五步：在实验板上搭建图2所示电路，检查电路搭建是否正确。

名称

集成电路

声敏传感器

光敏传感器

三极管

发光二极管

电容

电容

可调电阻

电阻

电阻

电阻

电阻

电阻

开关

型号

NE555 碳精式

亮电阻1千欧，暗电阻1兆欧

9013 绿色

10微法拉

100微法拉

0~470千欧

300欧

4.7千欧

10千欧

47千欧

4.3兆欧

按键闭合

数量

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 １

导线

导线

导线

导线

导线

导线

导线

单节电池盒

实验板

１．５Ｖ电池

单点四通

两点两通

三点两通

Ｌ型三点四通

Ｔ型跨接

六点两通

十点两通

ＡＡ（５号）

７

１２

９

２３

５

４

１

４

1 ４

第六步：调试声光控制楼道灯灵敏度

闭合开关SB，设置声光控制楼道灯发光时光线强度。将手放在一定高度遮住光敏传感器的受光表面，在声音传感器旁边讲话或吹气，同时调节可调电阻RP的阻值，发光二极管“一闪”时，停止调节。

第七步：测试声光控制楼道灯效果

1、用一只手遮住光敏传感器的受光表面，观察发光二极管发光情况。

第八步：将手从光敏传感器的受光表面移开，在声敏传感器旁讲话或吹气，观察发光二极管的发光情况。

2、用一只手遮住光敏传感器的受光表面，在声敏传感器旁讲话或吹气，观察发光二极管的发光情况。

3、断开开关SB，活动结束，整理器材。

活动拓展：根据声光控制楼道灯的控制原理，尝试着设计和制作一个红外感应式楼道灯。在夜晚时，只要人走进楼道，灯亮；一分钟后等灭。画出方框图，绘制出电路原理图。