FPGA论文

楼道声控灯电路设计摘要：为了满足人们对高质量生活的要求，设计了更加节能的声光双控延时开关照明灯。方案一：设计了以NE555定时器和74HC123单稳态触发器组成集成单稳态触发电路，用电容、电阻来控制延时，用LM358运算放大器实现光控电路的比较作用和用三极管实现声控电路的放大作用。方案二：设计了以FPGA来实现楼道声控灯的功能。通过单元电路设计、电路调试与选择以及数据与分析等方面的研究，实现在白天不工作，晚上突发声响信号时自动开灯，并亮灯后延时60S后自动熄灭的控制要求。该电路设计结构简单、节能效果显著、体积小、成本低。目录第一章 LED楼道声控灯的概述3第二章 LED楼道声控灯的原理72.1 LED楼道声控灯的基本原理72.2 LED楼道声控灯工作原理及参数计算102.3 单片机实现LED楼道声控灯的基本原理11第三章 LED楼道声控灯硬件的选择143.1 定时器NE555143.2 单稳态触发器74HC123153.3发光二级管LED163.4 驻极体话筒193.5 LM358运算放大器213.6 光敏电阻223.7 FPGA23第四章 LED楼道声控的制作与调试274.1 LED楼道声控的PCB图274.2 LED楼道声控灯的制作274.3 LED楼道声控灯的调试31第五章 制作LED楼道声控灯的总结32参考文献33第1章 LED楼道声控灯的概述当今世界在以电子信息技术为前提下推动社会跨越式的进步，科学技术的飞速发展日新月异带动了各国生产力的大规模提高。由此可见科技已成为各国竞争的核心，尤其是电子信息技术更显得极为重要，在国民生产各部门电子信息技术得到了广泛的应用。由于电子计数器的出现使得声控电路能更好的实现智能化。在白天由光控部件控制电路，无论外界有无声音发出电路都不会工作，而到了夜晚光控部件就不再起作用由声控部件控制电路，只要在一定范围内有声音发出且达到一定响度电路就会导通工作，又由延时部件控制其工作时间。该电路的设计较完备，在电能节约方面处理的较好，但该电路也存在一定的缺陷如要使灯常亮则该电路无法实现；为此要对该电路进行升级，所谓升级就是对电路的功能进行进一步完善。我们可以为其添加一些硬件使在不影响电路正常智能化实现的前提下，电路能受人为所控制以至更好的为人们服务。环保、节能这两大主题，时时刻刻都围绕在我们身边，面对我们生存的地球，每个人都有责任去保护它。于是越来越多的能人智者去发明和创造一切有利于我们生存环境的产品，或者技术。例如LED灯杯，等等。一个节能环保的项目变成一个企业时，它所作的对社会，对人类的贡献是无限大的。LED灯杯等产品的诞生对人们来说，无疑是值得骄傲的。它具有以下价值和意义： 1节能价值，对社会产生巨大的能源效益 中国绿色照明工程办公室节能调查结果十分惊人，12%的中国能源用在了照明上，每年约3000亿度以上，如果用LED技术取代全部白炽灯或部分取代荧光灯，可节省 1/3的照明用电，就意味着节约1000亿度，相当于一个总投资超过2000亿元人民币的三峡工程全年的发电量。这对能源供给紧张日益凸显的中国来说，无疑具有十分重要的战略意义。 2环保价值，对人类产生“功在当今，利在千秋”的环保效益（白光）LED不仅节能，而且无热辐射、不含水银等重金属，无污染及废弃物处理问题等众多优点，因此被视为“绿色照明光源”的明日之星，在不久的将来，将取代目前为照明市场的主流白炽灯泡及荧光灯（日光灯）；其广泛应用将同样产生不可估量的环保效益。 因此，LED技术产业其自身的节能和环保特征，是影响一个国家或地区“能源战略”和“环保战略”的重要产业，因此世界各国、地区领导人都十分重视这一产业的发展培育。 发展半导体照明对节能、环保和建设节约型社会都有重要的战略意义，正逐渐成为人们的共识，世界各国均加大投入，将LED通用照明作为未来国家能源战略的重点。我国也把半导体照明作为一个重大工程进行推动。LED（半导体发光二极管）是目前各国科学家和照明领域技术工作者公认的一种最节能、环保的新型光源，具有优越的经济效益和社会效益，它的应用前景非常广阔。 LED作为一种发光材料，与其它发光材料相比，以其绿色环保、高效节能、安全可靠、色彩丰富、长寿耐用等优势，使其它发光材料黯然失色。随着技术进步、发光效率提高、工艺日臻成熟、规模化生产，大功率LED的成本不断下降，LED产品将逐步替代传统的照明灯具，成为照明领域的新宠。国际社会对LED产业反应强烈，目前全球范围内半导体照明技术创新和产业发展空前活跃,国外的发展进程极快,发达国家相继推出国家/地区半导体照明计划,迅速加大研究开发和与产业促进力度。从全球来看，半导体照明产业已形成以美国、 亚洲、 欧洲三大区域为主导的三足鼎立的产业分布与竞争格局。 美国Cree、Lumileds ,日本Nichia、Toyoda Gosei，德国Osram等垄断高端产品市场。随着市场的快速发展,美国、日本、欧洲各主要厂商纷纷扩产,加快抢占市场份额.根据目前全球LED产业发展情况，预测LED照明将使全球照明用电减少一半,2008年LED产值即将达到500亿美元，发展LED照明成为全球产业的焦点。日本早在1998年就开始实施“21世纪光计划”，美国在2000年开始推进“国家半导体照明计划”，欧盟同年也启动“彩虹计划”，目的都是要推动LED的应用。很多国家都在加紧立法,鼓励使用节能型光源.欧盟、澳大利亚和美国分别将从2009、2010和2020年开始禁用白炽灯泡。国际主要照明厂商和第三方咨询机构都预测，至2010年LED将广泛应用于室内照明。我国政府对LED产业高度重视，我国的科学工作者在LED应用研究方面从未停止过探索，发展LED照明符合我国产业发展战略，我国政府十分重视半导体产业的发展，相继出台了一系列政策，促进相关产业发展。 2003年6月，科技部联合信息产业部、教育部、建设部、中科院、轻工业联合会等单位成立国家半导体照明工程协调领导小组，紧急启动国家半导体照明工程。中国半导体照明工作小组的成立标志着政府对于LED在照明领域的发展寄予厚望，LED作为光源进入通用照明市场成为日后产业发展的核心。2006年初，国务院发布了国家中长期科学和技术发展规划纲要，“高效节能、长寿命的半导体照明产品”被列入中长期规划第一重点领域（能源）的第一优先主题（工业节能），在国内外引起广泛关注。2006年7月，建设部公布的“十一五”城市绿色照明工程规划纲要中明确表示要实现单位国内生产总值能源消耗降低20%的目标,强调要落实节约资源和保护环境的要求,建设低投入、高产出、低能耗、少排放、能循环、可持续的国民经济体系和资源节约型、环境友好型社会，并把“绿色照明在公用设施、宾馆、商厦、写字楼以及住宅中推广高效节电照明系统等”列为十大节能重点工程之一。而LED的特性使其成为21世纪最合适的绿色光源，2006年10月，国家“十一五” 863计划“国家半导体照明工程”重大项目正式启动。 国家高新技术研究发展计划(863计划)新材料技术领域重大项目“半导体照明工程”专门提出了“半导体照明规模化系统集成技术研究”的方向，提出依托“北京奥运”、“上海世博会”等重大工程，形成半导体照明集成应用成套技术，制定LED器件产品技术规范、LED夜景工程监理规程、LED施工验收技术规范等景观照明技术与测试规范，促进国家级测试平台建立的思想。相信通过政府的正确引导，我国半导体照明的设计和应用水平将稳步提高.在“国家半导体照明工程”的推动下,形成了上海、大连、南昌、厦门和深圳等国家半导体照明工程产业化基地。长三角、珠三角、闽三角以及北方地区则成为中国LED产业发展的聚集地。我国LED行业发展情况目前，我国半导体照明产业发展形势看好，外延芯片企业的发展尤其迅速、封装企业规模继续保持较快增长、照明应用取得较大进展。在产业规模迅速增长的同时，国内产业结构也有了较大提升，中高端产品份额逐步增加，如显示屏芯片、SMD和大功率封装产品、路灯等照明产品都有明显进步。2007年我国LED封装产值达到168亿元，较2006年的148亿元增长15%；产量则由2006年的660亿只增加24%,达到820亿只，其中高亮LED产值达到120亿元，占LED总销售额的71%。同时从产品和企业结构来看国内也有较大改善,SMD和大功率LED封装增长较快,目前全国大功率封装产能已达到10KK/月左右。目前，我国上游产业参与单位多，但与国际先进水平比较，技术差距大，能满足市场需要且规模化生产的企业少，封装所需芯片尤其高档芯片主要靠进口。中游封装产业从上个世纪六七十年代开始发展，一个LED的综合质量是由芯片质量和封装质量所决定的，二者各占50%的比重.因此，中游的封装技术在整个LED产业中占据重要地位。而我国目前在LED中游产业技术上和国外差距不大，但规模与国外大公司比，差距较大。传统引线型LED封装技术已相对成熟，但新型LED包括ChipLED、TopLED、PowerLED的封装刚刚起步，仍面临一些设备和技术问题需要克服。我国的优势在于应用技术产品开发创新能力走在全球前例，与产业配套的能力强；市场已启动且潜力巨大。LED产业在我国已初具规模，已初步形成从外延片生产、芯片制造、器件封装到集成应用比较完整的产业链。但目前大多是低端产品，高端产品方面国内的研发和产业水平与国外相比有一定的差距，因此国内LED产业的发展重心，就是强化可持续发展的、以企业为主体的产业创新研发能力和以政府、企业联动的产业创新平台。在中国国家产业扶持、台商加入及国际巨头三方推进下，中国的上海、大连、南昌、厦门、深圳这5大LED产业基地产能有了全面提升,中国已成为继日本、台湾、韩国之后又一个国际LED产业基地。发展LED产业对环境保护具有重大意义LED光源的加工、生产、使用、回收过程中不会产生对环境有害影响的物质，符合绿色工业的标准要求，并且其节能效果是传统灯具无法比拟的。人类社会随着工业文明的发展、城镇化进度加快，各种照明器具和某体显示器的需求不断增大，对电力能源的需求量也不断扩大。而电力供应的很大一部分是来自燃烧油料或矿物质的火力发电供应的,就我国的电力结构来说,70电力以上都是由煤炭的火力发电厂产生的。以目前的火电厂技术水平，发一度电大约要用341克煤。煤炭由于在开采、燃烧过程中产生的矸石、灰渣，烟尘中的SO2、CO2、NOX等有害气体,对环境污染较其他能源更为严重，1吨煤要排放20公斤SO2，440公斤(以碳基计算)CO2及15公斤烟尘和260公斤的灰渣。目前我国大气中90%的SO2、85%的CO2、80%的ROx（粉尘）和50%的NOx均来自煤的燃烧。由于CO2是产生温室效应的主要气体,各种物质燃烧产生的大量CO2促使地球大气层产生温室效应，造成地球表面温度逐年升高，使人类生态环境受到极大的威胁，人类文明进程中所产生的温室气体的负面作用正威胁着人类本身的生存和发展。SO2虽不是温室气体，但却是很有害的气体，它与空气中的水蒸汽结合生成的亚硫酸和硫酸对森林植被、农作物、建筑物、文物古迹、牲畜等一切生物及人类本身都有很大的危害。大规模低效率的煤炭燃烧（主要是火力发电）所产生的CO2、SO2和NOX等却已成为我国大气污染和温室气体不断增加的罪魁祸首。北方城市尤其在采暖季节，由于燃煤排放的烟尘到大气中的总浮微粒年平均超过800微克/标准立方米,有些城市冬季超过1000微克/标准立方米,超过国家大气质量二级标准2倍多。我国每年排放的SO2总排放量超过2000万吨， 造成中国1/3的国土遭受酸雨污染，每年经济损失达1000亿以上,直接威胁3亿人口和16亿耕地的安全。现在很多工业较发达的地区，空气质量指数普遍偏低，人们生活在尘埃飞扬的环境中。现在居家主妇需要每天打扫房间，很多人家不敢长时间让窗户敞开。LED灯具和媒体显示器比传统的产品能节约电力达到60以上,换句话说,如果能全部用LED灯具和媒体显示器替代传统的产品，火力发电所排放的粉尘、有害气体可以大大下降，人们可以再次享受到风和日丽、空气清晰的生活环境。在当今社会我们应时时刻刻围绕“环保、节能”这两大主题，每个人都有责任去保护我们生存的地球。于是越来越多有利于我们生存环境的产品、技术被人们发明和创造出来。由于LED灯具具有提高环保、节能的水平的能力，所以为了更节能的楼道声控灯的出现，在楼道声控灯的设计中应采用LED灯来替换普通的灯泡。第2章 LED楼道声控灯的原理 2.1 LED楼道声控灯的基本原理1、 用LM358组成声控放大电路，当有声音时，驻极体话筒接收信号经过电容隔直通交作用后经LM358运算放大器放大。声控电路如下： 图一2、 用LM358接成电压跟随器。当有光时，光感电阻阻值减小运算放大器的2脚电压小于3脚电压，1脚输出高电平；当无光时，光感电阻阻值增大运算放大器的2脚电压大于3脚电压，1脚电压输出低电平。光控电路如下： 图二3、 用NE555定时器构成的施密特触发电路，电路图如下： 图三将定时器的2脚和6脚相连作为输入端即可构成施密特触发器。施密特触发器可以对输入波形进行整形，最重要的特点是能够把变化缓慢的输入波形整形成边沿陡峭的矩形脉冲，他的传输是一条带有滞回特性的曲线，及触发器输出由低电平到高电平和由高电平变为低电平所对应的阈值电压是不同的。其波形如下图所示： 图四4、 74HC123单稳态触发器组成单稳态延时电路，延时控制根据电容C1和电阻R6控制，其延时时间。电路图为如下： 图五5、 总电路图的设计是将声控放大电路、光控电路、NE555定时器构成的施密特触发器和74HC123构成的单稳态触发器组合起来，这样就能实现声控、光控、波形整形和延时的功能。其整体电路图如下所示：图六2.2 LED楼道声控灯工作原理及参数计算运用运算放大器LM358集成电路的5脚和6脚作为输入，7脚作为输出接成声控放大电路，2脚和3脚作为输入，1脚作为输出接成光控电路。将定时器NE555的2脚和6脚连在一起构成具有施密特触发器功能电路，并与接成放大电路的LM358的7脚相连，NE555控制端的4脚与接成放大电路的LM358的1脚相连。分别将74HC123可重复触发单稳态触发器的1脚和2脚与N555的输出端和电源高电平相连，13脚接发光二级管和电阻。电路的延时功能在单稳态触发器的波形整理功能及连在其14脚和15脚的电容和电阻的适当组合上实现的，本次设计使用的时低功耗电路所以选着K欧及电容连串组合，经计算其延时时间约为60秒。当光线足够时，光感电阻阻值很小，LM358的2脚分压少，电压比较器LM358的1脚输出为低电平。定时器NE555的4脚为低电平有效，此时不管2脚和6脚输入是高电平或低电平，3脚输出端复位为零。74HC123的1脚也为低电平，其13脚输出也为低电平，发光二极管正端为低电平，等不会亮。当光线不足时，光感电阻阻值很大，LM358的2脚分压多，电压比较器LM358的1脚输出为高电平。定时器NE555的4脚为高电平无效，此时若有声音信号通过驻极体话筒时，通过电容隔直通交后输入LM358放大电路，经放大后输入NE55的2脚和6脚，正弦波形变化为反相矩形波，3脚输出由底到高。74HC123的1脚接收到一个上升沿脉冲，输入到74HC123后再次波形整形，13脚产生一个上升沿脉冲，此时发光二级管正端为高，发光并延时。声音信号消失，13脚上升沿维持60秒后发光二级管自动熄灭。第三章 LED楼道声控灯硬件的选择3.1 定时器NE555555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。一般用双极性工艺制作的称为 555，用 CMOS 工艺制作的称为 7555，除单定时器外，还有对应的双定时器 556/7556。555 定时器的电源电压范围宽，可在 4.5V16V 工作，7555 可在 318V 工作，输出驱动电流约为 200mA，因而其输出可与 TTL、CMOS 或者模拟电路电平兼容。555定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。555 定时器的内部电路框图和外引脚排列图分别如图所示。它内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个 RS 触发器，一个放电管 T 及功率输出级。它提供两个基准电压VCC/3和2VCC/3。555定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制 RS 触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当 5 脚悬空时，则电压比较器 C1 的同相输入端的电压为 2VCC /3，C2 的反相输入端的电压为VCC /3。若触发输入端 TR 的电压小于VCC /3，则比较器 C2 的输出为 0，可使 RS 触发器置 1，使输出端 OUT=1。如果阈值输入端 TH 的电压大于 2VCC/3，同时 TR 端的电压大于VCC /3，则 C1 的输出为 0，C2 的输出为 1，可将 RS 触发器置 0，使输出为 0 电平。 它的各个引脚功能如下：1脚：外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地。8脚：外接电源VCC，双极型时基电路VCC的范围是4.5 16V，CMOS型时基电路VCC的范围为3 18V。一般用5V。3脚：输出端Vo2脚：低触发端6脚：TH高触发端4脚：是直接清零端。当端接低电平，则时基电路不工作，此时不论、TH处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平。5脚：VC为控制电压端。若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01F电容接地，以防引入干扰。7脚：放电端。该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。在1脚接地，5脚未外接电压，两个比较器A1、A2基准电压分别为的情况下，555时基电路的功能如图所示。555的应用： 555定时器图十三（1） 构成施密特触发器，用于TTL系统的接口，整形电路或脉冲鉴幅等；（2） 构成多谐振荡器，组成信号产生电路；如右图，振荡周期： T=0.7（R1+2R2）C（3） 构成单稳态触发器，用于定时延时整形及一些定时开关中。555应用电路采用这3种方式中的1种或多种组合起来可以组成各种实用的电子电路，如定时器、分频器、脉冲信号发生器、元件参数和电路检测电路、玩具游戏机电路、音响告警电路、电源交换电路、频率变换电路、自动控制电路等。3.2 单稳态触发器74HC12374HC123是单稳态触发器。其 RxCx(7,15)和Cx端(6,14)接定时的电阻和电容,即决定触发后Q端产生的单脉冲宽度。Rbar(3,11)是低电平复零,不作复零时为高电平。Abar (1,9) 是下降沿触发输入端,通过Abar用负脉冲触发,不用时保持高电平。B(2,10)是上升沿触发输入端,通过B用正脉冲触发,不用时置低。Q(5,13)与Qbar(4,12)分别输出正负定时单脉冲。器件中单稳触发器作用是不管触发信号持续多长时间，只固定维持外围阻容给定的一段时间就恢复触发前状态，外围电阻电容决定单稳时间，因为触发是由边缘触发，上升或下降沿。可再触发单稳不同之处是前次触发后的单稳没有恢复触发前状态而又有触发信号时，可再触发单稳将在触发边缘开始继续维持阻容给定的单稳时间，而单稳是不理会在翻转后的触发信号的。此芯片也可做多谐振荡器用。74HC123单稳态触发器。它有两种输入，A为低电平有效，B为高电平有效。有两种输出，正好相反。用外接的电阻电容作定时元件，时间自己定，比74LS电路易用。单稳态触发器74HC123及外围电路来实现该功能。74HC123为双可重复触发的单稳态，其输出脉冲的宽度主要取决于定时电阻R与定时电容C，脉宽的计算为电容值与电阻值的乘积即：WP=RC，在实际设计中R=5kW，C=80pF，输出脉宽为400ns、幅度约5V。脉冲快沿放大与射极跟随输出电路，主要作用是对整形与展宽后的触发脉冲进行加速和放大，以便得到有较高幅度和较快上升沿的脉冲信号去触发场效应管2SC3306。其外引线摆列如下所示： 图十四其功能如图所示： 图十五3.3发光二级管LEDLED的主要含义： Light Emitting Diode，发光二极管，是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。图十六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的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由两部分组成，一部分是P型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是N型半导体，在这边主要是电子。但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个“P-N结”。当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED发光的原理。而光的波长决定光的颜色，是由形成P-N结材料决定的。据分析，LED的特点非常明 显，寿命长、光效高、无辐射与低功耗。LED的光谱几乎全部集中于可见光频段，其发光效率可超过150lm/W（2010年）。将LED与普通白炽灯、螺旋节能灯及T5三基色荧光灯进行对比，结果显示：普通白炽灯的光效为12lm/W，寿命小于2000小时，螺旋节能灯的光效为60lm/W，寿命小于8000小时，T5荧光灯则为96lm/W，寿命大约为10000小时，而直径为5毫米的白光LED光效理论上可以超过150lm/W，寿命可大于100000小时。有人还预测，未来的LED寿命上限将无穷大。然而，LED灯的工作原理使得在大功率LED照明行业里散热问题变得非常突出，许多LED照明方案不够重视散热，或者是技术水平有限，所以目前量产的大功率LED灯普遍存在实际使用寿命远远不如理论值，性价比低于传统灯具的尴尬情况。为了提高LED灯具的使用寿命，真正做到适合商业化的量产，LED照明行业正在独立或者和专业的导热材料供应商合作加紧研制新型导热材料，比如导热塑料等等。大功率，一般指大于0.65W，这一点不同公司内部也会有不同的标准，因为目前在大功率LED领域还没有形成大家一致认可的行业标准。光强与流明比小功率大，但同样散热也很大，现在大功率大多是单颗应用，加上有效散热面积很大的散热片，也出现了集成在一起的LED灯矩阵，但是散热效果不是很好。小功率一般是0.06W左右的。现在LED手电一般是用小功率用的，光散不散，取决于LED的发光角度，有大角度小角度之分，小角度不散，大角度才散。市面上的手电筒一般是用草帽头做的。效果很好。现在就担心有些厂家不重质量，拿的次品LED做电筒，用不了多久就有死灯。 LED的亮度是跟LED的发光角度有必然关系的,LED的角度越小它的亮度越高,没有什么超亮不超亮的,那是骗小孩的,如果是质量好的LED不管是哪家LED厂家生产的大家的亮度都差不多的,只是生产工艺不一样,使用寿命略有不同,因为大家用的都是那几家国外的LED芯片.如果是5MM的LED180度角的白光的亮度只有几百MCD,如果是15度角的亮度就要去到一万多两万MCD的亮度了,亮度相差好几十倍了,如果是用于照明用的,在户外最好是用大功率的LED了,亮度就更高了,单个功率有1W,3W,5W,还有的是用多个大功率组合成一个大功率的LED,功率去到几百都有.鉴于LED的自身优势，目前应用于以下几大方面：（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、双色和单色显示屏，全国共有100 多个单位在开发生产。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，所以在全国范围内，交通信号灯正在逐步更新换代，而且推广速度快，市场需求量很大，是个很好的市场机会。（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。1987年，我国开始在汽车上安装高位刹车灯。由于LED响应速度快, 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，美国HP公司在1996年推出的LED汽车尾灯模组可以随意组合成各种汽车尾灯。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。我国汽车工业正处于大发展时期，是推广超高亮度LED的极好机会。近几年内会形成年产10亿的产值，5年内会形成每年30亿元的产值。（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。LED是手机关键器件，一部普通手机或小灵通约需使用10 只LED器件，而一部彩屏和带有照相功能的手机则需要使用约20 只LED器件。现阶段手机背光源用量非常大，一年要用35 亿只LED芯片。目前我国手机生产量很大，而且大部分LED背光源还是进口的，对于国产LED来说，这是个极好的市场机会。（4） 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。LED的内在特征已决定了它具有很多优点：1、 体积小LED基本上是一块很小的晶片被封装在环氧树脂里面，所以它非常小，非常轻。 二、耗电量低LED耗电相当低，直流驱动，超低功耗（单管0.03-0.06瓦），电光功率转换接近30%。一般来说LED的工作电压是2-3.6V，工作电流是0.02-0.03A；这就是说，它消耗的电能不超过0.1W，相同照明效果比传统光源节能近80%。 三、使用寿命长有人称LED光源为长寿灯。它为固体冷光源，环氧树脂封装，灯体内也没有松动的部分，不存在灯丝发光易烧、热沉积、光衰等缺点，在恰当的电流和电压下，使用寿命可达6万到10万小时，比传统光源寿命长10倍以上。 四、高亮度、低热量LED使用冷发光技术，发热量比普通照明灯具低很多。 五、环保LED是由无毒的材料作成，不像荧光灯含水银会造成污染，同时LED也可以回收再利用。光谱中没有紫外线和红外线，既没有热量，也没有辐射，眩光小，冷光源，可以安全触摸，属于典型的绿色照明光源 六、坚固耐用LED被完全封装在环氧树脂里面，比灯泡和荧光灯管都坚固。灯体内也没有松动的部分，使得LED不易损坏。 3.4 驻极体话筒驻极体话筒具有体积小、结构简单、电声性能好、价格低的特点，广泛用于盒式录音机、无线话筒及声控等电路中。属于最常用的电容话筒。由于输入和输出阻抗很高，所以要在这种话筒外壳内设置一个场效应管作为阻抗转换器，为此驻极体电容式话筒在工作时需要直流工作电压。 图十七声电转换的关键元件是驻极体振动膜。它是一片极薄的塑料膜片，在其中一面蒸发上一层纯金薄膜。然后再经过高压电场驻极后，两面分别驻有异性电荷。膜片的蒸金面向外，与金属外壳相连通。膜片的另一面与金属极板之间用薄的绝缘衬圈隔离开。这样，蒸金膜与金属极板之间就形成一个电容。当驻 极体膜片遇到声波振动时，引起电容两端的电场发生变化，从而产生了随声波变化而变化的交变电压。驻极体膜片与金属极板之间的电容量比较小，一般为几十pF。因而它的输出阻抗值很高(Xc=1/2tfc)，约几十兆欧以上。这样高的阻抗是不能直接与音频放大器相匹配的。所以在话筒内接入一只结型场效应晶体三极管来进行阻抗变换。场效应管的特点是输入阻抗极高、噪声系数低。普通场效应管有源极(S)、栅极(G)和漏极(D)三个极。这里使用的是在内部源极和栅极间再复合一只二极管的专用场效应管。接二极管的目的是在场效应管受强信号冲击时起保护作用。场效应管的栅极接金属极板。这样，驻极体话筒的输出线便有三根。即源极S，一般用蓝色塑线，漏极D，一般用红色塑料线和连接金属外壳的编织屏蔽线。 驻极体话筒与电路的接法有两种：源极输出与漏极输出。源极输出类似晶体三极管的射极输出。需用三根引出线。漏极D接电源正极。源极S与地之间接一电阻Rs来提供源极电压，信号由源极经电容C输出。编织线接地起屏蔽作用。源极输出的输出阻抗小于2k，电路比较稳定，动态范围大。但输出信号比漏极输出小。漏极输出类似晶体三极管的共发射极放入。只需两根引出线。漏极D与电源正极间接一漏极电阻RD，信号由漏极D经电容C输出。源极S与编织线一起接地。漏极输出有电压增益，因而话筒灵敏度比源极输出时要高，但电路动态范围略小。 Rs和RD的大小要根据电源电压大小来决定。一般可在2251k间选用。例如电源电压为6V时，Rs为47k，RD为2。2k。图3输出电路中，若电源为正极接地时，只须将D、S对换一下，仍可成为源、漏极输出。一声控电路前置放大级中驻极体话筒的源极输出和漏极输出的两种不同的接法，最后要说明一点，不管是源极输出或漏极输出，驻极体话筒必须提供直流电压才能工作，因为它内部装有场效应管。极性判别关于驻极体电容式话筒的检测方法是：首先检查引脚有无断线情况，然后检测驻极体电容式话筒。驻极 体话筒体积小，结构简单，电声性能好，价格低廉，应用非常广泛。驻极体话筒的内部结构如图所示。由声电转换系统和场效应管两部分组成。它的电路的接法有两种：源极输出和漏极输出。源极输出有三根引出线，漏极D接电源正极，源极S经电阻接地，再经一电容作信号输出；漏极输出有两根引出线，漏极D经一电阻接至电源正极，再经一电容作信号输出，源极S直接接地。所以，在使用驻极体话筒之前首先要对其进行极性的判别。在场效应管的栅极与源极之间接有一只二极管，因而可利用二极管的正反向电阻特性来判别驻极体话筒的漏极D和源极S。 将万用表拨至R1k档，黑表笔接任一极，红表笔接另一极。再对调两表笔，比较两次测量结果，阻值较小时，黑表笔接的是源极，红表笔接的是漏极。灵敏度测试在收录机、电话机等电器中广泛应用的驻极体话筒，其灵敏度直接影响送话和录放效果。这类话筒灵敏 度的高低可用万用表进行简单测试。将万用表拨至R100档，两表笔分别接话筒两电极（注意不能错接到话筒的接地极），待万用表显示一定读数后，用嘴对准话筒轻轻吹气（吹气速度慢而均匀），边吹气边观察表针的摆动幅度。吹气瞬间表针摆动幅度越大，话筒灵敏度就越高，送话、录音效果就越好。若摆动幅度不大（微动）或根本不摆动，说明此话筒性能差，不宜应用。对于三根引脚驻极体电容式话筒检测方法同上，只是黑表棒接输出引脚2脚，红表棒接引脚3脚。工作原理驻极体话筒体积小，结构简单，电声性能好，价格低廉，应用非常广泛。高分子极化膜上生产时就注入了一定的永久电荷(Q)，由于没有放电回路，这个电荷量是不变的，在声波的作用下，极化膜随着声音震动，因此和背极的距离也跟着变化，也就是锁极化膜和背极间的电容是随声波变化。我们知道电容上电荷的公式是Q=CV，反之V=Q/C也是成立的。驻极体总的电荷量是不变，当极板在声波压力下后退时，电容量减小，电容两极间的电压就会成反比的升高，反之电容量增加时电容两极间的电压就会成反比的降低。最后再通过阻抗非常高的场效应将电容两端的电压取出来，同时进行放大，我们就可以得到和声音对应的电压了。由于场效应管是有源器件，需要一定的偏置和电流才可以工作在放大状态，因此，驻极体话筒都要加一个直流偏置才能工作。选配注意驻极体话筒价格很低，损坏后做更换处理，关于驻极体话筒选配要注意以下几点：（1）两根和三根引脚的驻极体话筒之间不能直接替代，一般情况下也不做改动电路的代替。（2）这种话筒没有型号之分，相同引脚数的话筒可以代替，只是存在性能上的差别。3.5 LM358运算放大器图十八LM358内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工 作条件下，电源电流与 电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模组,音频放大器、工业控制、DC增益部件和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。 LM358特性： 内部频率补偿。 直流电压增益高(约100dB) 。 单位增益频带宽(约1MHz) 。 电源电压范围宽：单电源(330V)；双电源(1.5一15V) 。 低功耗电流，适合于电池供电。 低输入偏流。 低输入失调电压和失调电流。 共模输入电压范围宽，包括接地。 差模输入电压范围宽，等于电源电压范围。 输出电压摆幅大（0至Vcc-1.5V) 。 LM358主要参数：输入偏置电流45 nA输入失调电流50 nA输入失调电压2.9mV输入共模电压最大值VCC1.5 V共模抑制比80dB电源抑制比100dB 3.6 光敏电阻 光敏电阻器是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化）。常用的光敏电阻器硫化镉光敏电阻器，它是由半导体材料制成的。光敏电阻器的阻值随入射光线（可见光）的强弱变化而变化，在黑暗条件下，它的阻值（暗阻）可达110M欧,在强光条件（100LX）下，它阻值（亮阻）仅有几百至数千欧姆。光敏电阻器对光的敏感性（即光谱特性）与人眼对可见光（0.40.76）m的响应很接近，只要人眼可感受的光，都会引起它的阻值变化。设计光控电路时，都用白炽灯泡（小电珠）光线或自然光线作控制光源，使设计大为简化。 光敏电阻的工作原理是基于内光电效应。在半导体光敏材料两端装上电极引线，将其封装在带有透明窗的管壳里就构成光敏电阻，为了增加灵敏度，两电极常做成梳状。用于制造光敏电阻的材料主要是金属的硫化物、硒化物和碲化物等半导体。通常采用涂敷、喷涂、烧结等方法在绝缘衬底上制作很薄的光敏电阻体及梳状欧姆电极，接出引线，封装在具有透光镜的密封壳体内，以免受潮影响其灵敏度。在黑暗环境里，它的电阻值很高，当受到光照时，只要光子能量大于半导体材料的禁带宽度，则价带中的电子吸收一个光子的能量后可跃迁到导带，并在价带中产生一个带正电荷的空穴，这种由光照产生的电子空穴对了半导体材料中载流子的数目，使其电阻率变小，从而造成光敏电阻阻值下降。光照愈强，阻值愈低。入射光消失后，由光子激发产生的电子空穴对将复合，光敏电阻的阻值也就恢复原值。在光敏电阻两端的金属电极加上电压，其中便有电流通过，受到波长的光线照射时，电流就会随光强的而变大，从而实现光电转换。光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时既可加直流电压，也加交流电压。半导体的导电能力取决于半导体导带内载流子数目的多少。 根据光敏电阻的光谱特性，可分为三种光敏电阻器：紫外光敏电阻器：对紫外线较灵敏，包括硫化镉、硒化镉光敏电阻器等，用于探测紫外线。红外光敏电阻器：主要有硫化铅、碲化铅、硒化铅。锑化铟等光敏电阻器，广泛用于导弹制导、天文探测、非接触测量、人体病变探测、红外光谱，红外通信等国防、科学研究和工农业生产中。可见光光敏电阻器：包括硒、硫化镉、硒化镉、碲化镉、砷化镓、硅、锗、硫化锌光敏电阻器等。主要用于各种光电控制系统，如光电自动开关门户，航标灯、路灯和其他照明系统的自动亮灭，自动给水和自动停水装置，机械上的自动保护装置和“位置检测器”，极薄零件的厚度检测器，照相机自动曝光装置，光电计数器，烟雾报警器，光电跟踪系统等方面。 光敏电阻的主要参数是：（1）光电流、亮电阻。光敏电阻器在一定的外加电压下，当有光照射时，流过的电流称为光电流，外加电压与光电流之比称为亮电阻，常用“100LX”表示。（2）暗电流、暗电阻。光敏电阻在一定的外加电压下，当没有光照射的时候，流过的电流称为暗电流。外加电压与暗电流之比称为暗电阻，常用“0LX”表示。（3）灵敏度。灵敏度是指光敏电阻不受光照射时的电阻值（暗电阻）与受光照射时的电阻值（亮电阻）的相对变化值。（4）光谱响应。光谱响应又称光谱灵敏度，是指光敏电阻在不同波长的单色光照射下的灵敏度。若将不同波长下的灵敏度画成曲线，就可以得到光谱响应的曲线。（5）光照特性。光照特性指光敏电阻输出的电信号随光照度而变化的特性。从光敏电阻的光照特性曲线可以看出，随着的光照强度的增加，光敏电阻的阻值开始迅速下降。若进一步增大光照强度，则电阻值变化减小，然后逐渐趋向平缓。在大多数情况下，该特性为非线性。（6）伏安特性曲线。伏安特性曲线用来描述光敏电阻的外加电压与光电流的关系，对于光敏器件来说，其光电流随外加电压的增大而增大。（7）温度系数。光敏电阻的光电效应受温度影响较大，部分光敏电阻在低温下的光电灵敏较高，而在高温下的灵敏度则较低。（8）额定功率。额定功率是指光敏电阻用于某种线路中所允许消耗的功率，当温度升高时，其消耗的功率就降低。第四章 LED楼道声控的制作与调试4.1 LED楼道声控的PCB图图二十三图二十五4.2 LED楼道声控灯的制作1、 PCB板的生成通过Altium将LED楼道声控灯的PCB图打印到转印纸上，将打印好的的转印纸包着铜板通过加热仪将PCB图印上铜板，然后将带有PCB图的铜板进行氧化留下线路图。用砂纸将线路上的碳磨去留下铜线，最后对相应的元件空进行钻孔制成PCB板。2、 焊接的工具1、 电烙铁电烙铁是最常用的焊接工具。我们使用20W内热式电烙铁。新烙铁使用前，应用细砂纸将烙铁头打光亮，通电烧热，蘸上松香后用烙铁头刃面接触焊锡丝，使烙铁头上均匀地镀上一层锡。这样做，可以便于焊接和防止烙铁头表面氧化。旧的烙铁头如严重氧化而发黑，可用钢挫挫去表层氧化物，使其露出金属光泽后，重新镀锡，才能使用。电烙铁要用220V交流电源，使用时要特别注意安全。应认真做到以下几点： （1）电烙铁插头最好使用三极插头。要使外壳妥善接地。 （2）使用前，应认真检查电源插头、电源线有无损坏。并检查烙铁头是否松动。 （3）电烙铁使用中，不能用力敲击。要防止跌落。烙铁头上焊锡过多时，可用布擦掉。不可乱甩，以防烫伤他人。 （4）焊接过程中，烙铁不能到处乱放。不焊时，应放在烙铁架上。注意电源线不可搭在烙铁头上，以防烫坏绝缘层而发生事故。 （5）使用结束后，应及时切断电源，拔下电源插头。冷却后，再将电烙铁收回工具箱。3、 焊接的条件焊接的条件分为：1）被焊件必须具备可焊性2）被焊件表面应保持清洁3）使用合适的助焊剂4）一定的温度和时间1被焊件必须具备可焊性从焊接的定义可知，焊接的质量主要取决于焊料润湿被焊件表面的能力，即两种金属材料的可润湿性或者说可焊性。如果被焊件的可焊性差就不可能焊出合格的焊点。可焊性好差的评定标准就是看焊点是否全部润湿接触。良好的焊接没有半润湿和不润湿。2被焊件表面应保持清洁即使选用可焊性好的材料做为被焊件，但由于各种原因仍然会影响合金层的形成。例如：被焊件表面附有指纹、油污、灰尘和杂质。被焊件由于储存时间较长或保管不善等原因，使其生成氧化膜。因此在进行焊接前必须保证被焊件表面清洁。对于油脂和灰尘等物质，可用溶剂清洗方法去除，对于氧化膜一类物质，可借助于助焊剂将它除掉，对于氧化严重的也可用酸性清洁剂进行去除。但清洁后必须彻底冲洗并干燥。3使用合适的助焊剂我们知道助焊剂有溶解氧化物、减少表面张力，增加焊锡的流动性等功能，所以使用助焊剂有助于提高被焊件的可焊性。但焊剂的种类繁多，其效果也不一样，使用时必须根据被焊件的材料，表面状态和焊接工具的类型来选择，焊剂的用量越大，助焊效果越大，可焊性就越好，但焊剂残渣不仅会腐蚀被焊件，而且还会使产品的绝缘性能变差，因此，在焊接完成后，必须对其残渣进行彻底清洗。4一定的温度和时间焊接温度和时间是影响焊接质量的主要工艺参数，通过实验我们知道，焊接强度并不是随着温度和时间的增加而不断的增加，而是当达到一定值后，强度不但不增加，反而减小。从下图可以看出，使一个焊点的焊接强度最高时的焊接工艺参数应是：焊接温度 26020焊接时间 3s5s将两个物质焊接,它有两个目的:1、电气连接：电功率/信号2、持久牢固的机械连接要达到持久牢固的机械连接，必须将焊点的温度上升到焊锡熔点以上30 ，这样的焊锡才有可能在焊盘和器件引脚之间形成一种新的化学物质持久的将两者牢固连接。焊锡熔点温度下：180-183 依靠表面张力的作用将器件引脚、焊锡、焊盘连接住。在发生化学反应的温度下：210-220 在1-2秒钟内，生成的介质厚度为0.5微米在适当的化学反应中形成了牢固的连接强度。当温度升至太高时,化学反应剧烈,形成太厚介质层反而降低了机械连接强度。4、 助焊剂与焊料焊接时，还需要焊锡和助焊剂。 （1）焊锡：焊接电子元件，一般采用有松香芯的焊锡丝。这种焊锡丝，熔点较低，而且内含松香助焊剂，使用极为方便。 （2）助焊剂：常用的助焊剂是松香或松香水（将松香溶于酒精中）。使用助焊剂，可以帮助清除金属表面的氧化物，利于焊接，又可保护烙铁头。焊接较大元件或导线时，也可采用焊锡膏。但它有一定腐蚀性，焊接后应及时清除残留物。5、 焊接的注意事项1.检查上下电极平整密合度，并以复写纸压印检查2.电极要平整，不能有凹洞，如果有，须拆下来研磨3.作业时，根据不同产品采用对应的焊接设定程序4.生产过程中，要定时用砂纸(1