声控灯开题报告

1 / 16 声控灯开题报告 一、 选题的依据及意义 选题符合本专业培养目标和教学的基本要求，可以锻炼学生在所学专业的基础上能够结合运用所学知识和技能，解决产品从设计到加工的一系列问题和能力。选题具有技术先进性、实用性、工艺性及可行性。该选题结合生产和社会实践等具有实际运用价值的课题，可以增强学生理论应用于实践的能力。 本次毕业设计的内容，锻炼了学生的动手能力，合理选择制定设计方案的能力。仿真制作电子产品模型，迎合了学生的专业特点，锻炼学生专业知识解决实际加工问题的能力，实用性强。 二、国内外研究现状及发展趋势 随着社会的发展，国家“十一五”规划把节能和环保作为两个主题，而且国家节能中长期专项规划明确提出照明用电占全国电量的 13%，可见照明节能显得非常重要。这就要求更加节能和环保的声、光双控延时开关照明灯的出现，以满足人们对高质量生活的要求。 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2 / 16 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。 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 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3 / 16 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 ,XX 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 2016、 2016 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 2016 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4 / 16 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。 XX 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。 XX 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的第一优先主题，在国内外引起广泛关注。 XX 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， XX 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新材料技术领域重大5 / 16 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 1 等照明产品都有明显进步。 XX 年我国 LED 封装产值达到 168 亿元，较 XX 年的 148 亿元增长 15%；产量则由 XX 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6 / 16 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。 7 / 16 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 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 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8 / 16 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所产生的 CO2、 SO2 和 NOX等却已成为我 2 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。 三、本课题研究内容 本课题的研究内容是楼道声控灯电路的设计。通过9 / 16 对声光延时电路的电路组成、电路原理、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，实现声光延时楼道照明灯在白天不工作，晚上突发声响信号时自动开灯，并延时 60S 后自动熄灭的控制要求。本次毕业设计应分别采用 NE555 定时器和单片机来对楼道声控灯进行设计。 四、本课题研究方案 方案一 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；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；用 NE555 定时器构成的施密特触发电路，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；将以上各个单元电路组合成总电路。 通过 Proteus 绘制总电路图并进行仿真。再通过Altium Designer 绘制总电路原理图并最终绘制成 PCB 电路图。最后制作 PCB 板、焊接、完成总电路的设计。 10 / 16 方案二 用两个与非门将声控电路与光控电路组合成声、光控电路，当同时满足无光和有声音时，驻极体话筒接收信号经过电容隔直通交作用后经三极管放大输出高电平，光敏电阻阻值增 大输出高电平，经过第一次次与非门后输出低电平，再经过一次与非门由输出高电平；用 STC89C52 单片机接成控制延时电路，当运算放大器的 1 脚和 7 脚输出的都是高电平经单片机处理后使 LED 灯发光并延时 60S 后熄灭；将以上各个单元电路组合成总电路。 通过 Proteus 绘制总电路图，将 Keil 调试好的单片机程序导入 Proteus 后进行仿真。再通过 Altium Designer绘制总电路原理图并最终绘制成 PCB 电路图。最后制作 PCB板、焊接、完成总电路的设计。 3 五、研究目标、主要特 色及工作进度 本次毕业设计设计主要是配合模拟电子技术和数字电子技术理论课程而设置的一门实践性课程，起到巩固所学知识，加强综合能力，培养电路设计能力，提高实验技术，启发创新思想的结果。 只有在天黑之后，当有人走过楼道通道，发出脚步声或其他声音时，楼道灯会自动点亮，提供照明，当人们进入家门或走出公寓，楼道灯延时几分钟后会自动熄灭。在白11 / 16 天，即使有声音，楼道灯也不会亮，可以达到节能的目的。楼道声控灯不仅适用于住宅处的楼道，而且也适用于工厂、办公楼、教学楼等公共场所，它具有体积小、外形 美观、制作容易、工作可靠等优点。 而且用 LED 灯制作楼道声控灯具有以下以下特点：高效、节能、高亮，发光亮度相当于普通 40W60W 白炽灯；特殊封装技术使照幅增加，无普通 LED 照射角度小的缺憾，照度均匀；光控功能：在采光满足需要时，则不开启灯光，即白天灯有声音也不亮；微秒级开灯响应，反复开关对 LED灯具寿命不影响；稳定性：高效可靠的恒流源，保证 LED 光源的稳定和长寿；宽电压： AC70V260V 自适应， DC11V60V自适应，适合电压波动较大地区的需要；适应性： -2060环境温度下测试工 作正常；显色性：显色性 70 Ra，同时中间色温赋予舒适的照明；可靠性：全固体光源抗震动、抗冲击性能强。；寿命长： LED 使用寿命 5 万小时，大幅减少灯具更换的人工和材料费用；无污染：一般日光灯含有汞等有害物质，而 LED 灯采用半导体技术，不含任何有害物质，是一个名副其实的绿色光源。 工作进度一 收集及熟悉资料，开始准备毕业设计 工作进度二 完成外文资料翻译和开题报告 工作进度三 研究楼道声控灯的基本原理 工作进度四 设计楼道声控灯的电路 12 / 16 工作进度五 对楼道声控灯电路进行制作 工作进度六 撰写毕业论文 工作进度七 整理资料 工作进度八 准备答辩 六、参考文献 1 蒋立平 .数字逻辑电路与系统设计 .北京：电子工业出版社， 2016. 2 林家儒 .电子电路基础 .北京：北京邮电大学出版社， 2016. 3 夏路易，石宗义 .电路原理图与电路板设计教程 . 北京：北京希望电子出版社 ,XX. 4 李仁 .电器控制 . 北京：机械工业出版社 ,1996. 5 程周 .电气控制技术与应用 . 福州：福建科学技术出版社， XX. 6 殷瑞祥 .电气控制 . 广州：华南理工大学出版社， XX. 7 陈永甫 .常用电子元件及应用 . 北京：中国电力出版社， XX. 8 韩兵 .光电控制系统技术与应用 . 北京：电子工业出版社， 2016. 9 李振声 . 实验电子技术 . 北京：北京邮电出版社， XX. 13 / 16 4 安徽建筑大学机电学院 毕业设计开题报告 课 题 :基于 51 单片机的多层楼道 声控灯的设计与实现 专 业 :班 级 :学生姓名 : 学 号 :指导教师 :填表日期 : 安徽建筑大学机械与电气工程学院 二一五年三月 制表 说 明 1.抓好毕业设计的开题报告是保证毕业设计质量的一个重要环节 .为了加强对毕业设计的过程管理，规范毕业设计的开题报告 ,特印发此表。 2.毕业生一般应在毕业设计前期准备过程中 ,通过文献调研，主动跟指导教师讨论 ,完成毕业设计的开题报告。 3.此表经过指导教师和有关人员签字后 ,一份由指导教师保存，一份交系教务办公室 ,一份上交教务处。 4.毕业生在毕业设计答辩时，必须提交这份毕业设计开题报告。 一简表 二 选题依据 研究性学习 声控灯的研究与应用 通过了本次研究与学习让我们了解到声控灯的原理 ,提高了我们调查 ,收集 ,处理信息的能力 , 以及互相合作学14 / 16 习、协调的能力 前言 科技的进步使灯的样式、种类以及对灯的控制方式千变万化，随着社会的发展，资源的大量开采，能源在逐渐的减少，所以我们要建立起节约能源的意识，电能的节约首当其冲，而电灯的使 用最为普遍，所以设计一种自动控制开关的电路时非常必要的，声控开关就是其中一种。 声控电路已成为人们日常生活中不可缺少的必须品，它不