陈亚婷

（江苏省昆山第一中等专业学校，江苏昆山，215300）

1 声光控楼道灯控制系统的总体设计

本文所提出的声光控楼道灯控制系统总体组成包括：感应控制模块、光源、光感模块、开关模块等。假设某居民楼有六层，且配有楼梯透光井（图1）。其中每层楼有一个住户。

图1 声光控楼道灯控制系统布局图

在整个设计中，我们利用居民楼中的楼梯透光井所具有的透光性和连通性等特点，将一套含有两组光源的声光控楼道灯安装于第三层楼梯的透光井所在处，其中，朝下的一组光源主要负责3层以下楼道的照明；朝上的一组光源主要负责3层以上楼道的照明。这样既能为整个楼道照明，而且可以达到省材节能的效果。

同时，由于目前大多数楼道内的安全扶手，基本是采用不锈钢的中空管，这样可以利用不锈钢声音的传播性对传统声光控楼道系统进行改进与优化，在本设计中，我们将声光控开关传感器安装在三层楼和四层楼中间的扶手不锈钢管内，这样居民在任意楼层，只要轻轻敲打不锈钢管，就能启动整个楼层的照明系统。将声音传感器安装于不锈钢管内，可以增强传感器对外界声音的抗干扰性。

该控制系统具有以下两点显著优势：

施工简单、省材节能。在整个楼道中只安装了一套含有两组光源的声光控楼道灯控制系统，两组光源之间的距离在1.5米以上，两组光源分别朝两个方向照射，这样通过墙壁的满反射，就能照亮整个楼道，不仅施工简单、省材节能，而且可以提高整个施工设计的观赏效果。

使用方便、精准有效。由于楼道中的扶手采用的是不锈钢中空管材料，在设计中充分利用不锈钢中空管声音的传播性，将其作为声音传感的连通管道。在增强对外界声音抗干扰能力的同时，使用极为方便。图2为声光控楼道灯控制系统开关安装示意图。

图2 声光控楼道灯控制系统开关安装示意图

声音在介质中传播声强衰减公式为：

其中：α——声强衰减系数；I0——声音在入射介质中的初始声强；I 为声音在介质中传播距离为x时的声强。

声音在空气中和不锈钢中传播的速度分别为：340m/s和5900m/s；声强衰减系数分别为α空=0.3dB/ m 和α钢=0.02dB/ m 。所以根据公式1，可以计算出，在相同距离x 之下，声音在钢管中传播声强衰减量约比声音在空气中传播声强衰减量小17倍左右。相比于开放式的声音传播方式，声音在钢管中的传播更为集中。所以，在本文的设计中，我们利用声音在钢管中的传播优势，将声光控楼道灯开关的传感器放置于三楼到四楼中间的扶手钢管内，将钢管作为声音的传输介质，可以减少非指令声音造成的信号干扰，同时也对外界干扰起到一定衰减和阻碍作用。这样居民在任意楼层位置、以任意方式敲打钢管，就能触发整个楼道灯点亮。

2 声光控楼道灯控制电路的优化设计

根据声强投射计算公式可知，约有40%左右的外界干扰声音能够被隔离，相比于传统的声光控楼道灯控制系统抗干扰能力有一定程度的提升。同时，为了特提升声光控楼道灯控制系统对环境的适应能力，我们对传统的声光控开关电路进行了优化与改善（图3），通过增加声光控楼道灯控制系统的调节功能，使其具有延时时间调节、声控敏感度调节、光感亮度调节等多种功能，从而更好地适应不同场所实际环境及功能需求。

考虑到系统抗干扰性，电路中元器件选择目前应用比较广泛的数字IC CD4011，其内部是由四个独立的2输入端与非门电路构成的，所有输出部分均带有缓冲器，具有较强的抗干扰能力，工作可靠性高。

声光控楼道灯开关是用声音来控制开关的开启，在延时几分钟后就会自动熄灭，所以，整个电路的功能就是将所接收到的声音信号进行处理后，转化为楼道灯的开启动作。如图3所示，在本文设计中，声光空楼道灯开关的电路由单向可控硅、负载光源、桥式整流等部分组成，其中，主控芯片为CD4011，&a、&b、&c、&d是四个独立的与非门电路，其功能是实现对电路中各个功能模块的控制。R1、DZ、C1等元器件构成稳压电路，作用是为整个电路系统提供电源；单向可控硅导通为高电平触发，其作用是对光源的通断电状态进行控制。

2.1 延时时间调节功能

充放电电路是由R5、Rf2、VD2、C4等元器件组成，当敲打钢管时，声光控楼道灯控制开关受到声音的触发，使得VD2导通，但由于VD2电阻的电阻比较小，可以忽略不计，因此，充放电电路中的常数很小，这样电容C4就能在短时间内充满电压，电压大小为9V，此时，电容输出为高电平，声光控楼道灯中的2组光源通电，为整个楼道照明。在照明时，电容开始放电。放电电路是由R5、Rf2、C4三个元器件组成。根据放电回路特点，可以得出一阶微分方程：

2.2 声控敏感度调节功能

为了让声光控楼道灯控制系统适应不同大小的敲击声音，在设计中增加了声控敏感度调节功能。在图3中，MIC、R2、C2构成了拾音电路，MIC为驻极电容式声音传感器，其主要特点是体积小、线路简单、价格便宜且灵敏度高、输出阻抗高。驻极电容式声音传感器是目前比较常用的一种传感器，广泛地应用于多种通信、声控等设备中。MIC的作用是将周围环境中的声音转化为电信号后作为放大电路的输入信号。MIC接收到外界声音的大小，直接影响着C点两端的电压UC。

图3 声光控楼道灯开关的优化电路设计

反向比例放大器是由R3、R4、&a、R1f等元器件组成，其放大比例是：

其中，Rf1为可调节电阻，当改变Rf1大小时，放大电路的放大倍数也随之发生改变，其范围控制在667-2000倍。优化后的电路，能够有效提高电路中的声控灵敏度。

2.3 光感亮度调节功能

3 结束语

在本文所设计的声光控楼道灯控制系统中，改变了传统一层楼安装一套声光控制系统的安装模式，而是将声音传感器安装在中间楼层不锈钢的扶手内部，让不锈钢扶手作为整个声音触发的连通管道，当在任意楼层敲击任意位置时，都能触发声光控楼道灯的开关，由于在系统中增添了声光控延时功能，所以，楼道灯可以延时关闭。这样相比于传统的楼道灯控制系统，既能有效解决“长明灯”带来的弊端，而且将传感器安装在不锈钢内，可以极大程度增加声音传播的抗干扰性，操作方便也非常实用。与此同时，在设计中将声光控楼道灯与整个建筑融为一体，有利于增加设计的实用性、观赏性。

此外，由于本设计利用了楼梯中透光井的透光连通性，所以该控制系统比较适用于一些设有透光井的场所。在这样的场所中，只需要安装一套声光控楼道灯控制系统，就能实现整个楼道的照明功能，能够在一定程度上降低建筑设施的施工成果及楼道灯的维修成本。相比于常见的声光控开关，我们通过对声光控开关电路的改良与优化，使其具有延时调节功能、声光灵敏度调节功能、亮度起控点调节功能等，功能更加齐全，也能满足不同建筑对声光控楼道灯的需求。因此，本文所设计的声光控楼道灯控制系统具有一定的经济效益与推广价值。