声光控led课程设计.doc

1 -电 子 课 程 设 计设计题目：声 光 控 LED 设 计 班 级：2013 级 机 械 二 班指导教师: 设计时间： 0- 0 -目 录摘要 ……………………………………………………………11 概述……………………………………………………………12 课程设计任务及要求……………………………………………32.1 设计任务…………………………………………………32.2 设计要求…………………………………………………xx3 理论设计…………………………………………………xx3.1 理论分析…………………………………………………xx3.2 系统设计…………………………………………………xx3.2.1 结构框图及说明………………………………xx3.2.2 系统原理图及工作原理……………………………xx3.3 单元电路设计……………………………………………………xx3.3.1 单元电路工作原理…………………………………………xx3.3.2 元件参数选择………………………………………………xx4 安装调试…………………………………………………xx4.1 设备准备与检查 …………………………………xx 4.2 安装调试过程………………………………………xx- 1 -4.3 故障分析……………………………………………xx4.4 实物展示……………………………………………xx5 结论………………………………………………………xx6 使用仪器设备清单………………………………………xx7 收获、体会和建议…………………………………………xx- 0 -摘 要LED（Light Emitting Diode），发光二极管，是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光，LED 照明产品就是利用 LED 作为光源制造出来的照明器具。

LED作为新一代的节能照明产品，其拥有低能耗、体积小、无污染等诸多优点而受到广泛关注声、光控照明灯开关电路，能自动控制白天关，夜晚有声响自动开启亮灯，使其能达到人走灯灭的效果该电路具有灵敏高、性能稳定、使用寿命长、节能等特点关键词： LED； 照明； 节能工作； 声光控开关1 概述LED（Lighting Emitting Diode）照明即是发光二极管照明，是一种半导体固体发光器件它是利用固体半导体芯片作为发光材料，在半导体中通过载流子发生复合放出过剩的能量而引起光子发射，直接发出红、黄、蓝、绿、青、橙、紫、白色的光LED 照明产品就是利用 LED 作为光源制造出来的照明器具 [1] 1.1 LED 概述1.1.1 基本概念及照明原理LED 是由Ⅲ-Ⅳ族化合物，如 GaAs（砷化镓）、GaP （磷化镓）、GaAsP（磷砷化镓）等半导体制成的，其核心是 PN 结因此它具有一般 P-N 结的 I- N 特性，即正向导通，反向截止、击穿特性此外，在一定条件下，它还具有发光特性在正向电压下，电子由 N 区注入 P 区，空穴由 P 区注入 N 区进入对方区域的少数载流子（少子）一部分与多数载流子（多子）复合而发光。

假设发光是在 P 区中发生的，那么注入的电子与价带空穴直接复合而发光，或者先被发光中心捕获后，再与空穴复合发光除了这种发光复合外，还有些电子被非发光中心（这个中心介于导带、介带中间附近）捕获，而后再与空穴复合，每次释放的能量不大，不能形成可见光发光的复合量相对于非发光复合量的比例越大，光量子效率越高由于复合是在少子扩散区内发光的，所以光仅在靠近 PN 结面数 以内产m生 理论和实践证明，光的峰值波长 与发光区域的半导体材料禁带宽度 Eg 有关，即 - 1 - （1.1）)(E/1240mg式中 Eg 的单位为电子伏特（ev）若能产生可见光（波长在 380nm 紫光～780nm红光），半导体材料的 Eg 应在 3.26～1.63ev 之间比红光波长长的光为红外光现在已有红外、红、黄、绿及蓝光发光二极管，但其中蓝光二极管成本、价格很高，使用不普遍 [2] 1.1.2 LED 照明的特性1 极限参数（1）允许功耗Pm: 允许加于 LED两端正向直流电压与流过它的电流之积的最大值超过此值，LED 发热、损坏 （2）最大正向直流电流IFm：允许加的最大的正向直流电流。

超过此值可损坏二极管 （3）最大反向电压VRm：所允许加的最大反向电压超过此值，发光二极管可能被击穿损坏4）工作环境topm:发光二极管可正常工作的环境温度范围低于或高于此温度范围，发光二极管将不能正常工作，效率大大降低 2 技术特征（1）发光效率高LED 的发光效率高于传统灯具传统灯具大部分的电耗变成了热量损耗，而LED 无需过滤可直接发出有色可见光，电耗直接转变成了光效,发光效率高2）耗电量少LED 采用直接驱动，反应速度快，可在高频操作在同样照明效果的情况下，LED 耗电量是白炽灯的八分之一，荧光灯管的二分之一，是节电降耗的最佳选择3）使用寿命长LED 灯头体积小、重量轻，采用环氧树脂封装，可承受高强度冲击和震动，不易破碎LED灯具平均使用寿长于传统灯具4）安全性强LED 发热量低，无热辐射，冷光源，可以安全接触；能精确控制光型、发光角度和发光颜色；不含汞、钠元素等可能危害健康的物质5）绿色环保LED 为全固体发光体，废弃物可回收，对环境无污染，有利于环境保护1.1.3 LED 与传统的照明设备比较- 2 -（1）传统的照明设备（1.1）白炽灯：白炽灯是历史最悠久的灯，应用极为广泛，它的发光原理基于真空或中性气体中的灯丝通过电流加热到白炽状态引起的热辐射发光现象。

它的优点是结构简单、价格低廉、使用方便、显色性好；缺点是发热大、发光效率较低、使用寿命较短、应特别注意，如果电源电压增加5，灯的寿命将缩短50％1.2）荧光灯：荧光灯家族包括普通日光灯和紧凑型荧光灯它的原理是利用汞蒸气在外加电压作用下产生弧光放电，发出少许可见光和大量紫外线，紫外线又激励灯管内壁涂覆的荧光粉，使之发出大量的可见光紧凑型荧光灯可逐步替代白炽灯：其节电率高，15W 的紧凑型荧光灯亮度与 75W的白炽灯相当寿命长，平均寿命 8000小时，最长达20000小时，白炽灯只有1000小时～2000小时1.3）放电灯：通过两电极放电使密封在灯泡内的气体发光，所有此类灯需加装镇流器限制电弧2）新型的照明设备LEDLED（Lighty Emitting Diode），又称发光二极管，它是利用固体半导体芯片作为发光材料，PN 结的端电压构成一定势垒，当加正向偏置电压时势垒下降，P区和N区的多数载流子向对方扩散，由于电子迁移率比空穴迁移率大得多，所以会出现大量电子向P区扩散，构成对 P区少数载流子的注入这些电子与价带上的空穴复合，复合时得到的能量以光能的形式释放出去这就是PN结发光的原理 [7]-[11]。

1.1.4 LED 灯具发光效率高光谱几乎全部集中于可见光，频率效率可达80%-90%，而且其光的单色性好 光谱窄，无需过滤可直接发出有色可见光表 1-1 发光效率的对比灯具种类 光效/（流明/瓦）白炽灯 5-10卤钨灯 5-10荧光灯 40-80钠灯 40-110LED 灯 60-250低功率的LED 光源在同等照明效率情况下可替代高功率的普通能灯具如20W 的- 3 -LED灯可替代 100W的普通能灯具 30W的LED灯可替代 150W的普通能灯具40W的LED 灯可替代200W 的普通能灯具 LED单管采用直流驱动，耗电量较小，可大幅度降低电费 60%左右（具体能耗对比表2-2）普通LED灯具还可升级为太阳能供电，此方式适合供电困难的环境使用，可采用光控和时控方式智能控制开关，智能控制开关可在必要时打开光源，减少在自然光充足时开灯带来的电力浪费表 1-2 路灯的电耗对比每天照明小时年电量（千瓦时/年）电费单价（元/每千瓦时）年电费/元 3 年电费/元高压钠灯 10 54750 0.8 43800 131400LED 照明灯 10 21900 0.8 17520 525601.2 声光控电路概述声控延时开关是一种内无接触点，在特定环境光线下采用声响效果激发拾音器进行声电转换来控制用电器的开启，并经过延时后能自动断开电源的节能电子开关 [12]。

特点及功能：（1）发声启控：在开关附近用手其他方式（或吹口哨、喊叫等）而发出一定声响，就能立即开启灯光及用电器，得心应手2）自动测光：采用光敏控制，该开关在白天或光线强时不会因声响而开启用电器3）延时自关：开关一旦受控开启便会延时数十秒后将自动关断，减少不必要的电能浪费，实用方便4）延时用电器使用寿命5）用途广泛：本产品可用于各类楼道、走廊、卫生间、阳台、地下室车库等场所的自动延时照明2 课程设计任务及要求2.1 设计任务利用数电和模电知识设计一个声光控 LED 电路2.2 设计要求- 4 -对于电路的基本要求：（1）有光时，无论是否有声音，灯都不亮；（2）无光时，有声音，灯亮，无声音，灯不亮；（3）灯亮后，保持点亮 5~10 秒，之后，灯自动熄灭3 理论设计3.1 理论分析对于任务的设计要求进行分析，可以看出整个电路大概可以分为这样几个部分，声控部分，光控部分，开关部分，延时部分，供电部分在声控部分，声音传感器的信号较小，可以用一个放大电路来放大其信号只有当无光，有声时，灯才亮，所以声光控部分可以统一考虑，可以使用一个与门来实现这一要求而这次设计对于供电没有特殊要求，开关和供电部分也可以统一考虑。

3.2 系统设计3.2.1 结构框图及说明（1）根据以上分析，声光控 LED 电路的基本结构框图如图 1-1 所示图 3-1 （2）电路方案1）声光控制电路：声光控制电路包括声控电路、光控电路和与门电路① 声控电路：声音传感器的输出信号非常微弱，为方便后级电路处理要先行放大声音 传感器放大电路比较电路光敏 传感器比较电路与 门电路延时电路驱动电路LED灯- 5 -整形一般用三极管放大整形整形后的信号送到比较器，当有声音信号时比较器输出高电平② 光控电路：利用光敏电阻白天电阻只有几 K，晚上电阻高达几 M 的特点，使光控电路白天输出低电平，晚上输出高电平③ 与门电路：根据要求，LED 灯必须是晚上，且有声音时才点亮，所以设置一个与门电路，可以用数字电路的与门电路，也可以用二极管构成与门电路2）综合电路：包括延时电路和驱动电路① 延时电路：为了保证触发之后，LED 灯点亮 5~10 秒，必须设置延时电路，这里可以用简单的 RC 电路实现② 驱动电路：包括驱动电路和开关电路3.2.2 系统原理图及工作原理声光控制电路设计（1）电路的结构形式根据设计要求声光控制电路的结构如图 3-2 所示。

2）声光控制电路工作原理使用三极管的放大功能，有声时输出高电平，无声时输出低电平A1，A2 均用作电压比较器白天时，由于光敏电阻电阻只有几 K，比较器 A2 输出低电平到了晚上，由于光敏电阻高达几 M，这时比较器A2 输出高电平，若此时 走道有声音，A1 比较器也为高 图 3-2 电平延时驱动电路设计- 6 -（1）电路的结构形式根据设计要求延时开关电路的结构如图 3-3 所示2）电路工作原理晚上，声光控制电路输出高电平，通过 D3 迅速向 C2 充电，并给电压比较器 A3 输入高电平，使电压比较器 A3 输出高电平，给LED 供电，LED 点亮当走道声音消失后，声光控制。