电气工程及其自动化专业毕业论文led应急灯设计

摘 要在迅猛的科技发展带动下，社会的方方面面，各行各业的变化日新月异。尽管科学技术的大幅度飞跃，但是，安全隐患依然存在，事故意外仍然无法避免。在突然停电的情况下，为了保障人民的生命财产安全，将损失降到最低，应急灯是不可或缺的设施。再加上现在城市人口密集度越来越稠密，楼层建筑越来越高，在突然断电的情况下，尤其是夜晚，提供照明是一个很重要与现实的问题。因此，对应急照明提出了更高的要求。目前，市面上的应急灯大多数是断电就亮，这对现在全球资源日益紧张的现状并不相符。本文所设计的LED应急灯在节能方面有了很大改进。首先，本文所设计的应急灯不光是从停电的角度考虑应急灯发光的工作条件，同时还结合了停电当时的外界光亮度，比如在明亮的白天，当停电后，应急灯不会自动采取应急照明，这样大大节约了能源；其次，本次设计的应急灯，光源采用了当今赫赫有名的绿色环保光源发光二极管，凭借其高亮度、发热低、寿命长、耗电量低、环保等一系列优势，在照明领域已经占有了相当大的席位，在未来，它的地位会越来越高，涉及的领域会越来越广。此外，在应急灯控制上，本文采用了IC集成电子电路，使得应急灯的可靠性得到提高，成本也有所降低。关键词：发光二极管；应急灯；控制电路；照明AbstractWith the swift technological progress leading, all kinds of the society, various trades and occupations changes day and night. Although science and technology have largely leaped, but the danger which is hidden still exists. The accident is still avoidless. In the situation of power cut suddenly, to safeguard peoples personal safety and property, to lose less, the emergency light is the indispensable facility. Now, urban population has been being more and more denseness, the construction has been higher and higher. In the case that the power is lost at night, providing the illumination is particularly is very important, which is a reality question. Therefore, the emergency lighting is set a higher request.At present, most emergency lights in the market run to light when losing the power. Is does not fit for the present that the whole world resources are tense day by day. The LED emergency light designed in this article has a very good improvement in the energy economy. First, the emergency lights working condition in this article has been changed. Meanwhile, it combines the power cut with obscuration. For instance, in the bright daytime, when the power is cut, the emergency light do not adopt the emergency lighting automatically, saving the energy greatly; Next, this emergency light uses the green lamp-led. Depending on its high luminance, creating less heat, long working life low, consumption, the environmental protection and so on a series of superiority, led has already held a quite big seat .In the future, its place will be getting higher and higher, the domain which involves it can be more and more broad. In addition, in the way of emergency light controlling, it uses the IC, so that it can make sure its reliability and the less cost. Keyword: LED ；Emergency Light； Environmental test device；LoghtingI目 录摘 要IAbstractII第一章 引言11.1应急灯发展现状11.2 LED发展现状1第二章 应急灯简介32.1应急照明的概念与种类32.2应急照明的基本要求32.2.1应急照明照度32.2.2应急照明转换时间和持续工作时间3本章小结4第三章 LED简介53.1 LED发展历史53.2 LED基本原理63.3 LED的优势63.4 LED的应用8本章小结9第四章 LED应急灯电路设计104.1 设计方案的拟定与分析104.2 原理图104.3电路图114.4电路原理说明11本章小结13第五章 相关元件与器件的选择145.1 阻感元件的选择145.2 晶体管的选择155.3 继电器的选择155.3.1 继电器的型号标志155.3.2 继电器的选型依据155.4 集成芯片IC的选择175.5 单片机的选择205.6 蓄电池的选择225.7、 其他元件的选择23本章小结23第六章 应急灯的安装与维护246.1应急灯的接线246.3 应急灯的维护26本章小节26结论27参考文献29附录30致谢31III第一章 引言第一章 引言1.1应急灯发展现状应急照明作为工业及民用建筑照明设施的一个重要部分，同人身安全和建筑物、设备安全密切相关。当电源中断，特别是建筑物内发生火灾或其它灾害而电源中断时，应急照明对人员疏散、保证人身安全、保证工作的继续进行、生产或运行必要的操作或处置，以防止导致再生事故，都占有特殊地位。因此，应急照明一直备受各个国家的重视，已经有了很长的发展历史。近几年来，随着照明技术的迅速发展，高大且功能复杂的建筑日益增多，相关法规和标准不断健全和完善，应急灯得到了广泛的应用和发展，同时对应急灯的要求也有了更高的要求。国外发达国家应急照明技术发展得比较早，发展速度也比较快，一直以来都处于领先地位。我国应急照明虽然起步得比较晚，但近几年来发展得很快。目前，国内相关标准规范制定工作已踏入正轨，应急照明工程设计不断进步，相关产品的研发和产品的质量、性能与国外产品相差无几，并已转向智能环保型方向发展。特别是在大型公共建筑的建设中，已经从简单安装独立控制型应急照明灯具发展到开始设计开发集中控制型应急照明系统。未来的应急灯，在提高可靠性的同时，必将把重点目标放在节能性与环保性上面。1.2 LED发展现状2008年奥运会、2009年祖国60年大庆和2010年上海市博会，这些举世瞩目的活动不仅吸引国际上的目光，也聚焦着强大的宣传效益在大众中泛起“涟漪”。硕大又清晰的广场大屏幕、流光溢彩的活动彩灯、大方美观的街道亮化工程.在人们兴奋的喝彩声和啧啧称赞声中，LED产业知名度无形中持续攀升。当前在全球能源短缺的忧虑再度升高的背景下,节约能源是我们目前乃至未来很长的时间都要面临的重要问题.在照明领域,半导体照明由于其节能、环保、高端等特性备受关注,LED发展前景可以说是前途无量.。近年来，全球LED产业一直都在稳步成长，LED发光产品的应用正吸引着世人的目光,LED作为一种新型的绿色光源产品,必然是未来发展的趋势,给整个绿色照明生产行业带来广阔的市场前景与新的机遇。我国的LED产业起步于20世纪70年代，经过近40年的发展，我国现已成为世界第一大照明电器生产国和第二大照明电器出口国。LED产业，最核心的竞争力当属技术。然而，大型的LED企业几乎都是外企，国内企业的销售额微乎其微，由于技术上的滞后，目前国内企业竞争力相当薄弱，无法与世界强国抗衡。目前中国与世界强国在LED核心技术上的差距是个无可厚非的事实。中国作为照明产品的生产和消费大国，中国的照明企业能否在新一轮照明技术革命与照明工业转型中占有一席之地，是共同面对的问题。但愿我国LED事业能够加快研究发展的步伐，早日到达世界先进水平，在新的照明革命中树立自己的旗帜。31第二章 应急灯简介第二章 应急灯简介2.1应急照明的概念与种类在正常照明因故障熄灭后，供事故情况下继续工作、人员安全或顺利疏散的照明成为应急照明。它包括备用照明、安全照明、疏散照明。(1)备用照明：正常照明因故障熄灭后，需确保正常工作或活动继续进行的场所，应设置备用照明。(2) 安全照明：正常照明因故障熄灭后，需确保处于潜在危险中的人员安全的场所，应设置安全照明。(3) 疏散照明：正常照明因故障熄灭后，需确保人员安全疏散的出口和通道，应设置疏散照明。2.2应急照明的基本要求2.2.1应急照明照度按照GB500342004建筑照明设计标准的要求，应急照明照度标准值宜符合下列规定：（1）备用照明的照度值除了另有规定外，不低于该场所一般照明照度值的10%；（2）安全照明的照度值不低于该场所一般照明照度值的5%；（3）疏散通道的疏散照明的照度值不低于0.5 lx。2.2.2应急照明转换时间和持续工作时间（1）转换时间：应急照明在正常供电电源终止供电后，其应急电源供电转换的时间应该满足：1）疏散照明、备用照明不大于5s（金融商业交易场所不大于1.5s）2）安全照明不大于0.5s（2）持续工作时间：1）疏散照明：按照GBJ161987建筑设计防火规范（2001年版）规定，应急持续工作时间不应小于20min，高度超过100m的高层建筑不应小于30min。2）安全照明和备用照明：其持续工作时间应该根据该场所的工作或生产操作的具体需要确定。如生产车间的某些部位的安全照明，一般不小于20min；而医院手术室的备用照明，持续时间往往要求达到38h；生产车间的备用照明，作为停电后进行必要的操作和处理设备停运的，可以持续2060min，按操作复杂程度而定，作为持续生产的，应该持续到正常电源恢复；对于通信中心、重要的交通枢纽、重要的宾馆等，要求持续到正常电源恢复。本章小结本章对应急灯的基本概念与分类做了说明，并主要叙述了国家对应急灯的要求与标准，重点要符合应急照明照度、应急工作转换时间和持续时间。通过了解有关规定，也为下文设计应急灯提供一些要求标准，使设计出来的应急灯满足国家制定的指标。第三章 LED简介第三章 LED简介3.1 LED发展历史上个世纪初，就有科学家观察到“电致发光”这种现象，即某些物质受到外界电场的作用而发光的现象。第一个观察到电致发光现象的人是Henry Joseph Round，是1907年他在一块碳化硅里观察到的。由于其发出的黄光太暗，无法适合实际应用，而且碳化硅与电致发光不能很好的适应，所以研究被摒弃了。二十年代晚期Bernhard Gudden和Robert Wichard在德国使用从锌硫化物与铜中提炼的黄磷发光，再一次因发光暗淡而停止。直到二十世纪50年代，英国科学家在电致发光的实验中使用半导体砷化镓发明了第一个具有现代意义的LED,并于60年代面世。1962年，通用电气公司的尼克何伦亚克（NickHolonyakJr.）开发出第一种实际应用的可见光发光二极管。第一个商用LED仅仅只能发出不可视的红外光，但迅速应用于感应与光电领域。60年代末，在砷化镓基体上使用磷化物发明了第一个可见的红光LED。磷化镓的改变使得LED更高效、发出的红光更亮，甚至产生出橙色的光。80年代早期到中期对砷化镓磷化铝的使用使得第一代高亮度的LED的诞生，先是红色，接着就是黄色，最后为绿色。到20世纪90年代早期，采用铟铝磷化镓生产出了桔红、橙、黄和绿光的LED。第一个有历史意义的蓝光LED也出现在90年代早期，再一次利用金钢砂早期的半导体光源的障碍物。依当今的技术标准去衡量，它与俄国以前的黄光LED一样光源暗淡。1991年日本东芝公司和美国HP公司研制成InGaA1P 620nm橙色超高亮度LED，1992年InGaA1p590nm黄色超高亮度LED实用化。同年，东芝公司研制InGaA1P 573nm黄绿色超高亮度LED，法向光强达2cd。1994年日本日亚公司研制成InGaN 450nm蓝(绿)色超高亮度LED。至此，彩色显示所需的三基色红、绿、蓝以及橙、黄等多种颜色的LED都达到了坎德拉级的发光强度，实现了超高亮度化、全色化，使发光管的户外全色显示成为现实。我国发展LED起步于七十年代，产业出现于八十年代。全国约有100多家企业，95%的厂家都从事后道封装生产，所需管芯几乎全部从国外进口。通过几个“五年计划”的技术改造、技术攻关、引进国外先进设备和部分关键技术， 使我国LED的生产技术已向前跨进了一步。3.2 LED基本原理 LED，即发光二极管，是由-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。简单地说，就是在一块本征半导体的两边通过不同的掺杂分别做成P 型和N 型半导体（见图3-1）。P 型半导体中大多数载流子为空穴，N型半导体中大多数载流子为电子。由于浓度差的关系，使得这两种载流子会自发向对方区域扩散。因为空穴带正电，电子带负电，所以两种载流子会在交界面复合，从而在交界面两侧形成了一个空间电荷区，电场的方向是由N 指向P，这就是PN 结。这个内电场的形成阻碍了多数载流子的扩散运动，当PN 节外加正向电压时（P 型半导体接电源正极，N 型半导体接电源负极），由于外电场强于内电场，所以总的效果是削弱内电场，从而空穴和电子可以再向对方区域扩散形成稳定的电流。此时高能态的电子与空穴复合时就把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转化成光能（见图3-2）。当然在发光二极管的PN 节上加反向电压（P 型半导体接电源负极，N 型半导体接电源正极），由于内电场被加强，所以进一步阻止了多数载流子的扩散运动，电路不能导通就不能发光。图3-1 LED结构图 图3-2 LED原理图 3.3 LED的优势1996年，国家经贸委等部门组织实施“中国绿色照明工程”，自此，人们大量展开了对LED的研究开发， LED开始崭露头角，其照明地位越来越突出，绿色照明的概念也渐渐深入人心。作为第四代新型照明光源，LED具有许多不同于其他电光源的特点，这也使其成为节能环保光源的首选。表3-1是LED与传统光源在一些参数上的对比，从对比中，我们清晰的可以看到LED的优势：表3-1 LED与传统光源对比表名称耗电量（W）工作电压（V）协调控制发热量可靠性使用寿命（h）钨丝灯15200220高高低3000节能灯3150220不宜调光低低5000金属卤素灯100220不易极高低3000霓虹灯500较高高高适宜室内3000镁氖灯16W/m220较好较高较好6000日光灯4100220不易较高低50008000冷阴极15W/m需要逆变较好较好较低1000LED极低很低多种形式极低极高100001、节能：LED具有很高的光效，目前最高已经可以达到100lm/W.预计最终可以达到200ml/W。现在大部分家用照明灯具采用白炽灯照明，其光效约为8ml/W；2、环保：由于采用电致发光的原理，不存在有害金属污染的问题，而且还可以回收再利用；3、安全：LED使用低压电源供电，比较适用于公共场合；4、发热量低：由于LED是冷光源发光，低发热量解决了散热的问题，应用范围更广；5、可靠：LED具有坚固、耐震、耐冲击等特性，光源稳定性好；6、适用性：体积小、重量轻，每个单元LED 小片是35mm的正方形，因此可以封装成各种形状的器件，适合于各种各样的环境；7、响应时间：白炽灯的响应时间为毫秒级，而LED的响应时间为纳秒级，因此可以高频操作，更快速的达到应急响应；8、控制管理：LED 可以集中控制，也易于分散控制或对点进行调节控制。还可以通过控制LED的电流调光，通过不同光色组合调色，达到多种动态变化效果；9、显色性好：LED比传统的灯具所发的光更接近白光，在这种光线照射下，无题的颜色可以更加接近其本色，目前LED产品几乎覆盖了整个可见光谱范围，且色彩纯度高；10、寿命长：LED的实际寿命超过5万小时，为一般光源的几倍甚至几十倍。3.4 LED的应用LED 作为新型、高效、节能、环保的产品，正悄然走进人们的生产生活。在许多领域都得到了广泛的应用。(1)显示屏、交通讯号显示光源的应用LED灯具有抗震耐冲击、光响应速度快、省电和寿命长等特点，广泛应用于各种室内、户外显示屏，分为全色、三色和单色显示屏。交通信号灯主要用超高亮度红、绿、黄色LED, 因为采用LED信号灯既节能，可靠性又高。(2)汽车工业上的应用汽车用灯包含汽车内部的仪表板、音响指示灯、开关的背光源、阅读灯和外部的刹车灯、尾灯、侧灯以及头灯等。汽车用白炽灯不耐震动撞击、易损坏、寿命短，需要经常更换。LED响应速度快,作为高位刹车灯， 可以及早提醒司机刹车，减少汽车追尾事故，在发达国家，使用LED制造的中央后置高位刹车灯已成为汽车的标准件。此外，在汽车仪表板及其他各种照明部分的光源，都可用超高亮度发光灯来担当，所以均在逐步采用LED显示。 (3)LED背光源以高效侧发光的背光源最为引人注目，LED作为LCD背光源应用，具有寿命长、发光效率高、无干扰和性价比高等特点， 已广泛应用于电子手表、手机、BP机、电子计算器和刷卡机上。随着便携电子产品日趋小型化，LED背光源更具优势，因此背光源制作技术将向更薄型、低功耗和均匀一致方面发展。 (4)LED照明光源早期的产品发光效率低，光强一般只能达到几个到几十个mcd，适用在室内场合，在家电、仪器仪表、通讯设备、微机及玩具等方面应用。目前直接目标是LED光源替代白炽灯和荧光灯，这种替代趋势已从局部应用领域开始发展。(6)家用室内照明的LED产品越来受人欢迎，LED筒灯，LED天花灯，LED日光灯，LED光纤灯已悄悄地进入家庭本章小结本章在各个方面对LED进行了简单的介绍。首先，概括地叙述了LED的发展历史。其次，简单阐明了LED的发光原理，即PN结的导通所产生的多余的电能转化为光能释放出来产生光。然后，具体谈到了LED作为新一代光源的优势：寿命长、节能环保、光效高、发热低、反应快等。最后，列举了一些LED在各方面的应用。第四章 LED应急灯电路设计第四章 LED应急灯电路设计4.1 设计方案的拟定与分析 此次设计LED应急灯的主体任务是自主设计应急灯的控制电路部分，并结合同组另外两个同学的磷酸铁锂蓄电池充电电路和LED驱动电路，最终整合为完整的LED应急灯电路图。控制电路满足只有在停电并且光线暗的情况下，应急灯才工作，所以应该有两个检测部分，一个市电检测部分和光线检测部分，然后通过与门的逻辑分析，驱动LED驱动电路，使应急灯工作。4.2 原理图光线市电 高电平高电平光线检测市电检测 停电 光线暗 不停电逻辑控制低电平低电平 全为高电平 其余情况继电器不吸合继电器吸合LED驱动电路不导通LED驱动电路导通应急灯不亮应急灯点亮图4-1 LED应急灯原理流程图4.3电路图图4-2 LED应急灯电路图4.4电路原理说明整个电路由充电电路、控制电路、驱动电路三个部分组成，各部分具体原理如下：1、 充电电路部分：220V交流市电经变压器降压，经过D1D4整流二极管整流，电容C1滤波，提供电源给蓄电池G充电。Q1是MOSFET，起到一个开关的作用，由下面PIC单片机控制一个TLP250光耦驱动芯片，控制MOSFET的导通与断开。连接R2、C3、单片机RB0接口的导线是传输给单片机电池是否充满点的信号的。当蓄电池的两端电压没有到达充满电时的额定电压时，这根导线把信号传入单片机，经内部程序处理，控制光耦芯片发出信号，使得MOSFET导通，继续对蓄电池充电；反之，当蓄电池的两端电压达到额定电压时，即电池充满电时，电池两端的信号送入单片机，由单片机控制光耦芯片，使MOSFET不导通，停止对蓄电池的充电，防止电池的过充电。2、控制电路部分：（1）亮度检测部分：这部分是由光敏二极管与集成芯片IC电压比较器LM339构成。变阻器与一个光敏二极管串联再与蓄电池并联形成分压电路，由电压比较器LM324检测光敏二极管的电压。当白天光线明亮时，光敏二极管呈现低阻值状态，因此它两边的电压值很小，低于电压比较器LM324负极的电压，使电压比较器LM324输出为低电平；当夜晚降临时或者光线变得很暗时，此时光敏二极管的阻值突然变得很大，从蓄电池中分得比较高的电压，大于电压比较器LM324两端的电压，使得电压比较器输出端输出高电平。通过调整电位器RP的大小可以改变光敏二极管的灵敏性。（2）停电检测部分：这部分主要由一个逻辑门芯片74SL04非门芯片完成的。当市电处于正常时，经过74SL04非门芯片，使出入的低电平变为高电平；当停电时，经过74SL04非门芯片，使出入的低电平变为高电平。（3）最后的分析控制部分是由逻辑门芯片74SL08与门芯片、一个继电器和一个放大电路组成，与门芯片的输入来自电压比较器和非门的输出。当市电正常时，不论白天与黑夜，由于市电经过非门芯片，给与门芯片一个低电平，所以与门芯片的输出为低电平，不足以使继电器闭合，继电器处于断开状态，使得负载断路；当突然停电的白天，虽然非门提供给与门芯片一个高电平的输入信号，由于光敏二极管分压小，使得电压比较器提供给与门一个低电平，此时，与门输出仍为低电平，继电器依旧无法闭合；只有当停电的同时，恰好处于夜晚或者光线很暗，此时，与门芯片接收到电压比较器与非门提供的高电平，再通过放大电路三极管的放大作用，从而使继电器闭合，使负载支路导通，在LED驱动电路下，使应急照明点亮。3、驱动电路部分： 当停电并且光线很暗时，继电器闭合，蓄电池电源经过C11、L3滤除电磁干扰，再经C12滤波，电阻R7后，加到UC3842的供电端（脚），为UC3842 提供启动电压，电路启动后变压器的付绕组N2的整流滤波电压为UC3842 提供正常工作电压。LED灯组负载经R9、R11分压加到误差放大器的反相输入端脚，为UC3842提供负反馈电压，其规律是此脚电压越高驱动脉冲的占空比越小，以此稳定输出电压。脚和脚外接的R15、C20决定了振荡频率，其振荡频率的最大值可达500KHz。R10、C16用于改善增益和频率特性。脚输出的方波信号经R16、R17分压后驱动MOSFEF 功率管，变压器原边绕组N1的能量传递到副边绕组，经D9、C15整流滤波后输出直流电压供负载使用。电阻R14用于电流检测，经R13、C21后送入UC3842的脚形成电流反馈环. 所以由UC3842构成的电源是双闭环控制系统，电压稳定度非常高，当UC3842的脚电压高于1V时振荡器停振，保护功率管不至于过流而损坏。本章小结本章是整个论文的重点，包括从最开始的思路构建、最终的设计电路图与其电路原理说明。控制部分由与非门检测市电，由光敏二极管与电压比较器完成对光线的检测，最终通过与门驱动LED驱动电路。整个电路简洁清晰易懂。第五章 相关元件与器件的选择第五章 相关元件与器件的选择5.1 阻感元件的选择表 5-1 电阻选值表元件R1R2R3R4R5R6型号4270270 1K 20K1K元件R7R8R9R10R11R12型号120K3.3K1K62K1K150K元件R13R14R15R16R17R18型号5.1K1K5.1K22 20K2.7K元件R19R20R21R22R23R24、R25型号15.1K2K102K5.1K表5-2电容选值表元件C1C2C3C4C5C6C7型号1800uF8200uF104uF104uF330uF100uF33uF元件C8C9C10C11C12C13C14型号33uF22uF104uF100uF220uF63nF0.1uF元件C15C16C17C18C19C20型号0.47uF0.1uF4.7nF820pF47uF3.3uF表5-3 电感选值表元件L1L2L3L4L5L6型号1mH330mH30mH5.2 晶体管的选择表5-4 二极管选值表元件D1D2D3D4D5D6型号1N40011N40011N40011N40011N58251N5819元件D7D8D9D10PN LEDQ型号1N40011N40021N40011N40012DU1B90135.3 继电器的选择5.3.1 继电器的型号标志一般国产继电器的型号命名由四部分组成：第一部分+第二部分+第三部分+第四部分 。1、继电器型号的第一部分用字母表示继电器的主称类型。JR-小功率继电器JZ-中功率继电器JQ-大功率继电器JC-磁电式继电器JU-热继电器或温度继电度JT-特种继电器JM-脉冲继电器JS-时间继电器JAG-干簧式继电器2、继电器型号第二部分用字母表示继电器的形状特征。W-微型X-小型C-超小型3、继电器型号的第三部分用数字表示产品序号。用数字表示产品序号4、继电器型号的第四部分用字母表示防护特征。F-封闭式M-密封式JR小功率继电器X小型5.3.2 继电器的选型依据1、按使用环境选型使用环境条件主要指温度（最大与最小）、湿度（一般指40下的最大相对湿度）、低气压（使用高度1000米以下可不考虑）、振动和冲击。此外，尚有封装方式、安装方法、外形尺寸及绝缘性等要求。由于材料和结构不同，继电器承受的环境力学条件各异，超过产品标准规定的环境力学条件下使用，有可能损坏继电器，可按整机的环境力学条件或高一级的条件选用。对电磁干扰或射频干扰比较敏感的装置周围，最好不要选用交流电激励的继电器。选用直流继电器要选用带线圈瞬态抑制电路的产品。那些用固态器件或电路提供激励及对尖峰信号比较敏感地地方，也要选择有瞬态抑制电路的产品。2、按输入信号不同确定继电器种类按输入信号是电、温度、时间、光信号确定选用电磁、温度、时间、光电继电器，这是没有问题的。这里特别说明电压、电流继电器的选用。若整机供给继电器线圈是恒定的电流应选用电流继电器，是恒定电压值则选用电压继电器。3、输入参量的选定与用户密切相关的输入量是线圈工作电压（或电流），而吸合电压（或电流）则是继电器制造厂控制继电器灵敏度并对其进行判断、考核的参数。对用户来讲，它只是一个工作下极限参数值。控制安全系数是工作电压（电流）/吸合电压（电流），如果在吸合值下使用继电器，是不可靠的、不安全的，环境温度升高或处于振动、冲击条件下，将使继电器工作不可靠。整机设计时，不能以空载电压作为继电器工作电压依据，而应将线圈接入作为负载来计算实际电压，特别是电源内阻大时更是如此。当用三极管作为开关元件控制线圈通断时，三极管必须处于开关状态，对6VDC以下工作电压的继电器来讲，还应扣除三极管饱和压降。当然，并非工作值加得愈高愈好，超过额定工作值太高会增加衔铁的冲击磨损，增加触点回跳次数，缩短电气寿命，一般，工作值为吸合值的1.5倍，工作值的误差一般为10%。4、根据负载情况选择继电器触点的种类和容量触点组合形式和触点组数应根据被控回路实际情况确定。动合触点组和转换触点组中的动合触点对，由于接通时触点回跳次数少和触点烧蚀后补偿量大，其负载能力和接触可靠性较动断触点组和转换触点组中的动断触点对要高，整机线路可通过对触点位置适当调整，尽量多用动合触点。根据负载容量大小和负载性质（阻性、感性、容性、灯载及马达负载）确定参数十分重要。认为触点切换负荷小一定比切换负荷大可靠是不正确的，一般说，继电器切换负荷在额定电压下，电流大于100mA、小于额定电流的75%最好。电流小于100mA会使触点积碳增加，可靠性下降，故100mA称作试验电流，是国内外专业标准对继电器生产厂工艺条件和水平的考核内容。继电器的触点额定负载与寿命是指在额定电压、电流下，负载为阻性的动作次数，当超出额定电压时，可参照触点负载曲线选用。当负载性质改变时，其触点负载能力将发生变用。根据以上依据，继电器选取JWR-6M，具体参数如下：表5-1 JWR-6M参数表型号JRW-6M品牌军工触点形式常开型产品系列JRW-6M电流性质直流额定电压AC/DC12（V）功率负载小功率外形小型直流电阻10（）防护特征封闭式释放电流0.2（A）吸合电流0.36（A）额定工作频率50（Hz）线圈功率0.2（W）5.4 集成芯片IC的选择1、电压比较器选取LM324图5-1 LM324管脚图LM324系列器件为价格便宜的带有真差动输入的四运算放大器。与单电源应用场合的标准运算放大器相比，它们有一些显著优点。该四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的电源下，静态电流为MC1741的静态电流的五分之一。共模输入范围包括负电源，因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性。每一组运算放大器可用图5-1所示的符号来表示，它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。LM324的特点：1) 短路保护输出2) 真差动输入级3) 可单电源工作：3V-32V4) 低偏置电流：最大100nA5) 每封装含四个运算放大器6) 具有内部补偿的功能7) 共模范围扩展到负电源8) 行业标准的引脚排列9) 输入端具有静电保护功能2、非门选择74SL04非门芯片如下图所示管脚图，A、Y为一组非门，总工有6组。A为输入，Y为输出，Vcc接工作电源，GND接地。多余的管脚接地为低电平，悬空为高电平。此电路选取一个非门即可，Vcc接5V电源，GND接地，其余管脚悬空即可。 图5-2 74SL04管脚图 3、与门选择74SL08与门芯片如下图所示管脚图，A、B、Y为一组与门，A、B接输入，Y是输出，总共有4组与门，多余的管脚接地为低电平，悬空为高电平，Vcc接工作电源，额定值5V，GND接地。此电路选取一组与门即可，Vcc接5V电源，GND接地，其余管脚悬空即可。 图5-3 74SL08管脚图 4、驱动电路芯片选取UC3842UC3842是开关电源用电流控制方式的脉宽调制集成电路，与电压控制方式相比在负载响应和线性调整度等方面有很多优越之处。UC3842采用固定工作频率脉冲宽度可控调制方式，共有8个引脚，如图5-4所示，各管脚功能如下：脚是误差放大器的输出端，外接阻容元件用于改善误差放大器的增益和频率特性； 图5-4 UC3842管脚图脚是反馈电压输入端，此管脚电压与误差放大器同相端的2.5V基准电压进行比较，产生误差电压，从而控制脉冲宽度；脚为电流检测输入端， 当检测电压超过1V时缩小脉冲宽度使电源处于间歇工作状态；脚为定时端，内部振荡器的工作频率由外接的阻容时间常数决定，f=1.8/(RTCT)；脚为公共端；脚为推挽输出端，内部为图腾柱式，上升、下降时间仅为50ns驱动能力为1A ；脚是直流电源供电端，具有欠、过压锁定功能，芯片功耗为15mW；脚为5V基准电压输出端，有50mA的负载能力。该电路主要特点有：1) 内含欠电压锁定电路2) 低起动电流（典型值为0.12mA）3) 稳定的内部基准电压源4) 大电流推挽输出（驱动电流达1A）5) 工作频率可到500kHz6) 自动负反馈补偿电路7) 双脉冲抑制8) 较强的负载响应特性5、开关电源部分选取LM2575T-5.0芯片LM2575-5.0系列开关稳压集成电路是由美国国家半导体公司生产的1A继承稳压电路。它的内部集成了一个固定的振荡器，仅仅需要极少的外部器件就可以搭建一个高效的稳压电路。由于功耗低，发热量很小，LM25275系列芯片一般情况下不需要配备散热片，即使需要，也大大减小了散热片的体积。而且，内部还有比较完善的保护电路，包括热开关电路、电流限制等。此芯片可以提供外部控制引脚，是传统三端式稳压集成电路的理想替代产品。如图5-5所示，各管脚功能如下： Vin，未稳压电压输入端 Output，开关电压，接快速恢复二极管和电感 Ground，公共端，接地 图5-5 LM2575-5.0管脚图 Feedback，反馈输入端 ON-OFF,控制输入端，接公共端时，稳压电路工作，接高电平时，稳压电路停止工作 6、光耦合器选取TLP250芯片TLP250是由日本东芝公司生产的一种光耦芯片，可以直接驱动小功率MOSFET和IGBT, ,其最大驱动能力达1.5A。此电路应用TLP250芯片，目的使它完成电路驱动的功能，对充电开关的控制。功率集成电路驱动模块是微电子技术和电力电子技术相结合的产物,其基本功能是使动 力和信息合一,成为机和电的关键接口。选用TLP250光耦既保证了功率驱动电路与PWM脉宽调制电路的可靠隔离,又具备了直接驱动MOSFET的能力,使驱动电路特别简单。 5-6 TLP250管脚图TLP250驱动主要具备以下特征：输入阈值电流IF=5mA(max);电源电流ICC=11mA(max);电源电压(VCC)=1035V;输出电流IO=0.5A(min);开关时间tpLH/tpHL=0.5s(max)。 TLP250使用特点： 1）TLP250输出电流较小，对较大功率IGBT实施驱动时，需要外加功率放大电路。2）由于流过IGBT的电流是通过其它电路检测来完成的，而且仅仅检测流过IGBT的流，这就有可能对于IGBT的使用效率产生一定的影响，比如IGBT在安全工作区时，有时出现的提前保护等。 3）要求控制电路和检测电路对于电流信号的响应要快，一般由过电流发生到IGBT可靠关断应在10s以内完成。 4）当过电流发生时，TLP250得到控制器发出的关断信号，对IGBT的栅极施加一个负电压，使IGBT硬关断。这种主电路的dv/dt比正常开关状态下大了许多，造成了施加于IGBT两端的电压升高很多，有时就可能造成IGBT的击穿。5.5 单片机的选择单片机选取PIC16F873。PIC单片机（Peripheral Interface Controller）是一种用来开发的去控制外围设备的集成电路（IC）。一种具有分散作用（多任务）功能的CPU。与人类相比，大脑就是CPU，PIC 共享的部分相当于人的神经系统。Microchip公司生产的PIC8位单片机16F8X系列产品是PIC单片机中级型产品之一。常见的引脚符号和主要功能如下： 1MCLR/Vpp清除(复位)输入/编程电压输入。其中MCLR为低电平时，对芯片复位。该脚上的电压不能超过VDD，否则会进入测试方法。Vpp代表编程电压。 2OSC1/CLKIN振荡器晶体/外部时钟输入端。 3OSC2/CLKOUT振荡器晶体输出端，在晶体振荡方式接晶体，在RC方式输出OSC1频率的1/4信号CLKOUT。 4TOCK1 TMRO计数器输入端，如不用，为了减少功能应接地或接VDD。 图5-7 PIC16F873管脚图 5TICK1 TMR1时钟输入端。 6TIOSI TMR1的振荡输入端。 7TIOSO TMR1的振荡输出端。 8RD、WR、CS分别代表并行口读信号、写信号和片选控制线。 9AN0AN7A/D转换的模拟量输入端。AN0、AN1分别表示通道的个数。 10CCP捕捉/比较/脉宽调制等功能端。CCP是Capture/Compare/PWM的缩写。本次使用的PIC芯片内有两个CCP部件，其引脚用符号CCP1和CCP2表示。 11SCK/SCL同步串行通信时钟输入端。 12TX/CK异步通信发送端/SCI同步传输的时钟端。 13SDI/SDASPI通信数据输入端。 14SD0SPI通信数据输出端。 15RD0/PSP0RD7/PSP7D口，双向可编程，亦可作为并行口。作并行口对TTL输入，作I/O口时为斯米特输入。PIC单片机主要有三个特点: (1)总线结构:MCS-51单片机的总线结构是冯-诺依曼型,计算机在同一个存储空间取指令和数据,两者不能同时进行;而PIC单片机的总线结构是哈佛结构,指令和数据空间是完全分开的,一个用于指令,一个用于数据,由于可以对程序和数据同时进行访问,所以提高了数据吞吐率.正因为 在PIC单片机中采用了哈佛双总线结构,所 以与常见的微控制器不同的一点是:程序 和数据总线可以采用不同的宽度.数据总 线都是8位的,但指令总线位数分别位12, 14,16位. (2)流水线结构:MCS-51单片机的取指和执行采用单指令流水线结构,即取一条指令,执行完后再取下一条指令;而PIC的取指和执行采用双指令流水线结构,当一条指令被执行 时,允许下一条指令同时被取出,这样就实现 了单周期指令. （3)寄存器组:PIC单片机的所有寄存器,包括I/O口,定时器和程序计数器等都采用RAM结 构形式,而且都只需要一个指令周期就可以 完成访问和操作;而MCS-51单片机需要两个 或两个以上的周期才能改变寄存器的内容. 5.6 蓄电池的选择蓄电池选取新型动力电池磷酸铁锂蓄电池锂离子电池的正极材料磷酸铁锂电池。这种新材料不是以往的锂离子电池正极材料LiCoO2、LiMn2O4、LiNiMO2。其安全性能与循环寿命是其它材料所无法相比的，这些也正是动力电池最重要的技术指标。1C充放循环寿命达2000次。单节电池过充电压30V不燃烧，不爆炸。穿刺不爆炸。磷酸铁锂正极材料做出大容量锂离子电池更易串联使用。 一、超长寿命，长寿命铅酸电池的循环寿命在300次左右，最高也就500次，而磷酸铁锂动力电池，循环寿命达到2000次以上，标准充电（5小时率）使用，可达到2000次。同质量的铅酸电池是“新半年、旧半年、维护维护又半年”，最多也就11.5年时间，而磷酸铁锂电池在同样条件下使用，将达到年可以说是终身制。综合考虑，性能价格比将为铅酸电池的5倍以上。 二、使用安全，磷酸铁锂完全解决了钴酸锂和锰酸锂的