声光控led节能灯毕业论文设计.ppt

,摘要 常言道“眼睛是心灵的窗户。”我认为灯则是指引心灵的方向标。在生活中，我们无时不在地使用着灯，诸如台灯、路灯、日光灯、探照灯、彩灯等等，但不管是什么样式的灯，它们的作用都是一致的照明。因此，设计一个既实用又方便的照明灯则是我们人类共同的愿望。而生活中我们用的最为平常的灯则是楼道里的照明灯，住过居民楼的人都应该知道，楼道很窄，晚上行走很不方便，如果让楼道的照明灯一直亮着，则难免会浪费国家资源，因此设计一种既不浪费国家电力又很方便实用的照明灯系统是很有实用价值意义的一件事。 该设计主要介绍的是关于声光控的电路设计。声光控是通过光敏电阻来实现的，当光敏电阻在背光的的时候灯就会慢慢的熄灭，即这时也是人走过了的时候。在有的电路中这种原理也可以通过声音的振动来实现，当人走过是只需用手轻排一下灯就会自动的亮，人离开后又熄灭。这样就给路人提供了相应的方便，同时，也达到了节电和节能的目的；延长灯的寿命。在实际生活中节电节能，能够实现更多的自动化。 在学校、机关、厂矿企业等单位的公共场所以及居民区的公共楼道，长明灯现象十分普遍，这造成了能源的极大浪费。另外，由于频繁开关或者人为因素，墙壁开关的损坏率很高，增大了维修量、浪费了资金。同时，为了加强我们对模拟电子技术，数字电子技术，电子工艺的理解和巩固，我花了一个月的时间进行毕业设计，而我设计的课题是声光控制照明灯的设计，我设计了一种电路新颖、安全节电、结构简单、安装方便、使用寿命长的声光控LED节能照明灯。 在本设计中介绍了声光控路灯控制器的性能，适用范围及工作原理，给出各电路原理图及元件参数选择，节电效果十分明显，同时也大大减少了维修量、节约了资金，使用效果良好。白天光照好，不管过路者发出多大声音，都不会是灯泡发亮。夜晚光暗，电路的拾音器只要检测到有碎发声响，就会自动亮为行人照明，过数十秒后又自动熄灭，节能节电。,目录声光控LED节能照明灯 摘 要一、绪言 1.课题背景 2.课题研究的目的和意义二、LED灯的发光原理、特性 1.LED灯的发光原理 2.LED灯的发光机理 3.LED灯的发光效率 4.LED灯的光学特性 5.LED灯电气特性 6.LED热学特性 7.大功率LED封装 8.LED灯的寿命三、LED的主要参数 1.主要参数 2.LED电学特性,（1）正向死区（2）正向工作区（3）反向死区（4）反向击穿区3.最大允许功耗PFm4.响应时间 四、总体方案 1.课题分析 2.课题任务的主要内容 3.课题任务实施的思路 4元器件 5.电路图 6.电路的工作原理 五、结果和结论 1.实验结果 2.实验结论,一、绪言 随着电子技术的发展，尤其是数字技术的发展，用数字电路技术实现灯的自动发亮、节能节电、延长灯的寿命变得越来越重要，而且贴近我们的实际生活。声光控电路已成为人们日常生活中必不可少的必需品，它不需要开关，当有人经过时会自动的亮；广泛应用于走廊、楼道招待所等公共场所，给人们的生活、带来极大的方便。因此，得到了广泛的应用。声光控电路是声音和光控制电路工作的电子开关。它将声音（如击掌声）和光转化为电信号，经放大、整形，输出一个开关信号去控制各种电器的工作，在自动控制工业电器和家用电器方面有着广泛的用途。由于，本电路广泛应用于人们的日常生活中，所以，有很大的重用作用，能够使人们在不知不觉中感受方便。 1.课题背景 随着千年钟声的敲响,历史的车轮被推进了一个新的世纪21世纪。站在新世纪的门槛上，我们感受到的是高速发展的现代科技。也因如此，照明灯的需求也在不断地发展，人类有意识地采用各种方法改进它。照明，不仅改变了人们“日出而作，日落而息”的生活方式，也充斥丰富了我们的精神世界。是的，也许你不禁要问：“为什么一个小小的照明灯有如此神奇的功效”。我想这要归功它的结构及发明原理啊！这当中到底包含了多少值得我们去探索，发现的奥秘呢？带着这个问题，我们共同选择了这个课题，一起从课题研究中找到答案！ 2.课题研究的目的和意义,研究目的：通过这次的课题研究我们希望在理清它的发展脉络上进一步了解它的发明原理，将平时所学习的知识运用到实验探索上，这对提高我们的动手能力，创新意识，及锻炼思维活动无疑是一个莫大的帮助。同时我们也希望这次的研究能让同学进一步地了解照明灯，而不是仅局限与课本知识以内。从小的突破点入手，掌握又一项科技知识，从而实现课堂外的又一次提高,为现代教育科学尽一份力量！ 研究意义：声光控开关具有很多实际意义：一是省电，灯泡大部分时间不工作，因此节电效率很高；二是方便，首先，不用接触，全自动智能控制；另外，接线简单、安装方便，是公共场所照明开关的理想选择，被人们誉为“长明灯的克星”。用声光控延时开关不仅适用于住宅区的楼道，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，适合于各种楼房走廊的照明设备。 降低能耗、节约能源、注重环保是当今世界的主潮流，高能耗且会加剧温室效应的白炽灯越来越不受欢迎。继公布“欧盟后年封杀白炽灯”的时间表后，世界各地陆续抛弃白炽灯已成定局，环保型节能LED灯是白炽灯的替代者。 节LED灯VS白炽灯，胜券在握已无悬念，但楼道照明却限制了LED灯的使用，因为楼道照明是非持续性的，有人经过才需要光亮，而不断的开关通断会影响LED的使用寿命，所以声光控LED在楼道照明领域得到广泛应用。,二、LED灯的发光原理、特性 1.LED灯的发光原理 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。半导体晶片由三部分组成，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，中间通常是1至5个周期的量子阱。当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子和空穴就会被推向量子阱，在量子阱内电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED发光的原理。而光的波长也就是光的颜色，是由形成P-N结的材料决定的。2.LED灯的发光机理 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。,3.LED灯的发光效率 一般称为组件的外部量子效率，其为组件的内部量子效率与组件的取出效率的乘积。所谓组件的内部量子效率，其实就是组件本身的电光转换效率，主要与组件本身的特性（如组件材料的能带、缺陷、杂质）、组件的垒晶组成及结构等相关。而组件的取出效率则指的是组件内部产生的光子，在经过组件本身的吸收、折射、反射后，实际在组件外部可测量到的光子数目。因此，关于取出效率的因素包括了组件材料本身的吸收、组件的几何结构、组件及封装材料的折射率差及组件结构的散射特性等。而组件的内部量子效率与组件的取出效率的乘积，就是整个组件的发光效果，也就是组件的外部量子效率。早期组件发展集中在提高其内部量子效率，主要方法是通过提高垒晶的质量及改变垒晶的结构，使电能不易转换成热能，进而间接提高LED的发光效率，从而可获得70%左右的理论内部量子效率，但是这样的内部量子效率几乎已经接近理论上的极限。在这样的状况下，光靠提高组件的内部量子效率是不可能提高组件的总光量的，因此提高组件的取出效率便成为重要的研究课题。目前的方法主要是：晶粒外型的改变TIP结构，表面粗化技术。4.LED灯的光学特性 LED提供的是半宽度很大的单色光，由于半导体的能隙随温度的上升而减小，因此它所发射的峰值波长随温度的上升而增长，即光谱红移，温度系数为+23A/ 。LED发光亮度L与正向电流 近似成比例, K为比例系数。电流增大，发光亮度也近似增大。另外发光亮度也与环境温度有关，环境温度高时，复合效率下降，发光强度减小。 5.LED灯电气特性 电流控制型器件，负载特性类似PN结的UI曲线，正向导通电压的极小变化会,引起正向电流的很大变化（指数级别），反向漏电流很小，有反向击穿电压。在实际使用中，应选择 。LED正向电压随温度升高而变小，具有负温度系数。LED消耗功率 ，一部分转化为光能，这是我们需要的。剩下的就转化为热能，使结温升高。散发的热量（功率）可表示为 。 6.LED热学特性 小电流下，LED温度上升不明显。若环境温度较高，LED的主波长就会上移，亮度会下降，发光均匀性、一致性变差。尤其点阵、大显示屏的温度升高对LED的可靠性、稳定性影响更为显著。所以散热设计很关键。 7.大功率LED封装 主要考虑散热和出光。散热方面，用铜基热衬，再连接到铝基散热器上，晶粒与热衬之间以锡片焊作为连接，这种散热方式效果较好，性价比较高。出光方面，采用芯片倒装技术，并在底面和侧面增加反射面反射出浪费的光能，这样可以获得更多的有消出光。8.LED灯的寿命 LED的长时间工作会光衰引起老化，尤其对大功率LED来说，光衰问题更加严重。在衡量LED的寿命时，仅仅以灯的损坏来作为LED寿命的终点是远远不够的，应该以LED的光衰减百分比来规定LED的寿命，比如35%，这样更有意义。,三、LED的主要参数 LED是利用化合物材料制成pn结的光电器件。它具备pn结结型器件的电学特性：I-V特性、C-V特性和光学特性：光谱响应特性、发光光强指向特性、时间特性以及热学特性。 1.主要参数 普通单色发光二极管的发光颜色与发光的波长有关，而发光的波长又取决于制造发光二极管所用的半导体材料。红色发光二极管的波长一般为650700nm，琥珀色发光二极管的波长一般为630650 nm ，橙色发光二极管的波长一般为610630 nm左右，黄色发光二极管的波长一般为585 nm左右，绿色发光二极管的波长一般为555570 nm。 2.LED电学特性 I-V特性表征LED芯片pn结制备性能主要参数。LED的I-V特性具有非线性、整流性质：单向导电性，即外加正偏压表现低接触电阻，反之为高接触电阻。,（1）正向死区 （图oa或oa段）a点对于V0为开启电压，当VVa，外加电场尚克服不少因载流子扩散而形成势垒电场，此时R很大；开启电压对于不同LED其值不同，GaAs为1V，红色GaAsP为1.2V，GaP为1.8V，GaN为2.5V。 （2）正向工作区 电流IF与外加电压呈指数关系 IF=IS(eqVF/KT1)-IS为反向饱和电流。 V0时，VVF的正向工作区IF随VF指数上升IF=ISeqVF/KT （3）反向死区 V0时pn结加反偏压 V=-VR时，反向漏电流IR（V=-5V）时，GaP为0V，GaN为10uA。 （4）反向击穿区 V-VR，VR称为反向击穿电压；VR电压对应IR为反向漏电流。当反向偏压一直增加使V-VR时，则出现IR突然增加而出现击穿现象。由于所用化合物材料种类不同，各种LED的反向击穿电压VR也不同。 3.最大允许功耗PFm 当流过LED的电流为IF、管压降为UF则功率消耗为P=UFIF LED工作时，外加偏压、偏流一定促使载流子复合发出光，还有一部分变为热，使结温升高。若结温为Tj、外部环境温度为Ta，则当TjTa时，内部热量借助管座向外传热，散逸热量（功率），可表示为P=KT（TjTa）。,4.响应时间 响应时间表征某一显示器跟踪外部信息变化的快慢。现有几种显示LCD（液晶显示）约10-310-5S，CRT、PDP、LED都达到10-610-7S（us级）。 响应时间从使用角度来看，就是LED点亮与熄灭所延迟的时间，即图中tr、tf。图中t0值很小，可忽略。 响应时间主要取决于载流子寿命、器件的结电容及电路阻抗。 LED的点亮时间上升时间tr是指接通电源使发光亮度达到正常的10%开始，一直到发光亮度达到正常值的90%所经历的时间。 LED熄灭时间下降时间tf是指正常发光减弱至原来的10%所经历的时间。 不同材料制得的LED响应时间各不相同；如GaAs、GaAsP、GaAlAs其响应时间10-9S，GaP为10-7S。因此它们可用在10100MHZ高频系统。 四、总体方案1.课题分析 整流、稳压二极管；话筒；光敏二极管；可控硅开关等。能够通过调节电阻和电容的大小来改变灯亮的时间长短，如果时间过长就应该减小电阻或电容的值，反之则增大。光敏二极管和话筒的高度也会使灯的时间受到影响。声光控节电开关,在白天或光线较亮时,节电开关呈关闭状态,灯不亮；夜间或光线较暗时，节电开关呈预备工作状态，当有人经过该开关附近时，脚步声、说话声、拍手声等都能开启节电开关。灯亮后经过40秒左右的延时节电开关自动关闭，灯灭。该开关适用于楼道、走廊、洗涮间、厕所等公共场合，能节电并延长灯泡使用寿命。给人们的生活带来了很多的方便，受到了广泛的的应用,2、课题任务的主要内容 该课题的主要内容是：设计一个声光控路灯延时开关，该电路能由声光两种信号控制灯的亮与灭，起到节约用电的作用。 它主要由7部分组成：电源电路、检音（话筒）、感光电路、信号放大电路、整形、二级整形、开关（可控硅）等。能够通过调节电阻和电容的大小来改变灯亮的时间长短。该课题的主要任务指标为：1）白天控制开关不通，在有光时，即使有声音也不能亮。在晚上或光线不足时，只要有人经过发出声音，灯泡就会点亮。2）要求灵敏度高，感应距离为3米。3）灯泡由220V市电供电。 3.课题任务实施的思路 本人设计的电路为主要元件制作的声光控路灯开关。将该装置安装在楼道、走廊或卫生间等场所，在夜间或光线不足时，有人走动或发声时，灯会自动点亮，延时30S秒后自动熄灭，并在剩余2S时发出熄灭提示声。在白天，控制开关不通，有光时，即使有声音也不能亮。电路设计框图如下,4元器件 驻极体话筒1只 光敏电阻1只 C1.2.4电解电容(22/25v) 3只 C3磁片电容104 1只二极管1N4007 4只 VT 2 . 3三极管9014 2只 VT1三极管C945 1只 T1可控硅 1只 R1 ，2，8电阻680K 3只 R5，6，7电阻20K 3只 R4电阻200 1只 R3电阻150K1只 灯头1只 灯泡1只 5.电路图 6.电路的工作原理 电源经灯泡经整流后，先通过680k电阻向8050基极注入电流，8050