聲光雙控節(jié)能燈

1、附錄1引言1.1本設(shè)計的背景和意義 隨著人們生活現(xiàn)代化水平不斷提高，國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，電力的供需矛盾日益加劇。同時生產(chǎn)更多的電即意味著要消耗更多的煤、石油、天然氣、核原料等不可再生資源，還會帶來許多相應(yīng)的環(huán)境問題。尤其是近兩年，全國用電量及電負(fù)荷增長較快，前年以來全國已有三分之二的省（區(qū)，縣）出現(xiàn)了不同程度的缺電甚至拉閘限電現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了社會經(jīng)濟發(fā)展和人民生活水平提高。而照明系統(tǒng)在用電中占據(jù)著很大的比重，據(jù)有關(guān)統(tǒng)計數(shù)字顯示，目前我國照明用電已占用電總量的10%12%，僅城市照明(包括景觀照明和路燈等功能照明)的年用電量，約占全國總發(fā)電量的4%至5%，相當(dāng)于在建三峽水力發(fā)電工程投產(chǎn)后的840

2、億千瓦時發(fā)電能力。在一些公共場所（如學(xué)校，機關(guān)等）的樓道、廁所中，長明燈現(xiàn)象十分普遍，這造成了極大的能源浪費，所以節(jié)約用電已經(jīng)成為刻不容緩的問題。目前國內(nèi)節(jié)電的主要途徑是對現(xiàn)有的照明系統(tǒng)進行改造,采取加節(jié)能設(shè)備的方法,比較方便、經(jīng)濟和實用。 如果使用節(jié)能系統(tǒng)，我們的照明用電量將下降60，一年可節(jié)約740億千瓦時電能，相當(dāng)于節(jié)約2989萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤。我國白熾燈泡每年的耗用量高達30億只;如果把其中的40%換用成節(jié)能燈,以每天照明4小時計,全年即可節(jié)約用電850多億度,幾乎相當(dāng)于三峽電站的全年發(fā)電量。在市場上出現(xiàn)了多種節(jié)電照明燈，如聲光雙控?zé)?、微波感?yīng)燈和熱釋遠紅外感應(yīng)燈等。據(jù)調(diào)查，微波感應(yīng)燈的抗干

3、擾性能不是很理想；紅外感應(yīng)燈的性能比較理想，但價格較高，多用于一些管理完善的賓館等場所。從性價比角度考慮的話。針對普通住宅樓、辦公樓道等普通場所，聲光雙控?zé)舨皇橐环N好的選擇。而且聲光雙控節(jié)能燈工作穩(wěn)定，節(jié)電效果也十分明顯。1.2 國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r據(jù)中國照明學(xué)會調(diào)查資料表示：中國目前使用節(jié)能燈的家庭有一億戶，使用節(jié)能燈的酒店及公共場所更是多得難以統(tǒng)計；全國每年單節(jié)能燈市場的總額在120億以上，同時每年城市化的進程在以6%的速度增長。據(jù)國家電光源質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心介紹，我國已成為世界最大的節(jié)能燈生產(chǎn)國和出口國，生產(chǎn)的節(jié)能燈質(zhì)量逐年穩(wěn)步提高。2005年以來節(jié)能燈質(zhì)量抽查產(chǎn)量合格率達到80以上。消費者使

4、用節(jié)能燈既節(jié)能又省錢。我國節(jié)能燈產(chǎn)量從1997年的2億只飆升至去年的近24億只，產(chǎn)量與出口量均已位居世界第一，世界上85以上的節(jié)能燈來自中國。從1998年我國對節(jié)能燈實施監(jiān)督抽查以來，由于加大了產(chǎn)品生產(chǎn)的監(jiān)管力度，在企業(yè)中推廣宣傳國家標(biāo)準(zhǔn)和要求，節(jié)能燈產(chǎn)品產(chǎn)量合格率不斷提高由于大中型企業(yè)占主導(dǎo)地位，雖然歷年企業(yè)合格率增長不大，但是我國按產(chǎn)量計算的合格率逐年穩(wěn)步提高。14 美國、法國、荷蘭、英國、意大利等國家從上世紀(jì)90年代起，紛紛制訂出相關(guān)的扶持政策，用于推廣節(jié)能燈等節(jié)能產(chǎn)品。僅美國環(huán)保局從1991年開始實施綠色照明計劃以來，就投資了10多億美元用于推廣高效照明產(chǎn)品。美國能源部研究認(rèn)為，節(jié)能燈

5、的新科技也能令公司雇員提供生產(chǎn)效率，這是因為雇員能把光效調(diào)校至他們覺得舒服的等級。研究指出，節(jié)能燈能減少雇員眼部疲勞和頭疼的發(fā)生率。這也構(gòu)成商業(yè)機構(gòu)樂于更新?lián)Q代照明系統(tǒng)的另一個原因?？梢姽?jié)能燈在國內(nèi)外都有著重大的發(fā)展和重要的作用。151.3 設(shè)計思路及優(yōu)缺點本次畢業(yè)設(shè)計中我所設(shè)計的題目是“聲光雙控節(jié)能燈的設(shè)計”。這是一種聲音和光照雙控照明燈，它可以廣泛用于樓梯、過道、庫房的場合。本設(shè)計是一種基于555定時器的聲光雙控?zé)舻脑O(shè)計，電路主要由電源電路、信號放大整形電路、延時處理電路單穩(wěn)態(tài)電路組成。白天光照好，不管過路者發(fā)出多大聲音，都不會是燈泡發(fā)亮。夜晚光暗，電路的拾音器只要檢測到有猝發(fā)聲響，就會自

6、動亮為行人照明，過幾分鐘后又自動熄滅，節(jié)能節(jié)電。聲光雙控節(jié)能燈具有體積小、外形美觀、制作容易、工作可靠等優(yōu)點。該設(shè)計的缺陷是電路稍顯復(fù)雜，而且價格比市面上的同功能的貴，并且該設(shè)計在接入節(jié)能燈后，因為節(jié)能燈不能頻繁啟動，容易造成節(jié)能燈壽命減少。節(jié)能燈適合接入采用繼電器作為輸出器件的聲光控開關(guān)。2 總體電路設(shè)計2.1各部分支路電路設(shè)計2.1.1電源電路設(shè)計電源電路的種類繁多，如變壓器降壓；橋式整流全波整流；Lc、Rc濾波；三端穩(wěn)壓器穩(wěn)壓等。具體采用什么電路合適，則根據(jù)主體電路及執(zhí)行機構(gòu)不同和可靠、價廉、有效益等要求進行選用。在本設(shè)計中采用的電源的設(shè)計結(jié)構(gòu)如圖2-1：圖2-1電源電路流程圖降壓整流部

7、分由R1C1、全橋QD和濾波電容C2組成，穩(wěn)壓二極管DW穩(wěn)壓。接入+220V交流電源經(jīng)降壓整流濾波穩(wěn)壓后得到+9V的直流電壓，為電燈控制電路提供了工作電壓，同時220V交流電源也為電燈提供工作電源。電源電路如圖2-2圖2-2電源電路2.1.2信號放大整形電路設(shè)計放大電路實現(xiàn)方法很多，除分立器件實現(xiàn)之外，還可采用運放，也可采用門電路等來實現(xiàn)。本系統(tǒng)放大整形電路設(shè)計結(jié)構(gòu)如圖2-3圖2-3信號放大整形電路圖拾音器采用駐極體話筒M，駐極體話筒具有體積小、結(jié)構(gòu)簡單、電聲性能好、價格低的特點，廣泛用于盒式錄音機、無線話筒及聲控等電路中，屬于最常用的電容話筒。由于聲電效應(yīng)較小，設(shè)計了VT1，VT2，直耦式音

8、頻放大器，將信號放大，并由D2，D3，C7倍壓整流再經(jīng)T3倒相放大，觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)電路。2.1.3延時處理電路單穩(wěn)態(tài)電路的設(shè)計555和R9、C8、VT4、VT5等組成光控單穩(wěn)態(tài)電路。所謂光控就是利用光敏三極管對不同光照呈現(xiàn)的阻抗不同，對時基電路555的四腳進行高低電平的控制，或處于等待觸發(fā)狀態(tài)，或處于強制復(fù)位狀態(tài)。白天光照強VT5呈低阻，VT4正偏置而飽和導(dǎo)通。其集電極電位，即555的4腳被鉗制在0.3V左右，從而使555處于強制復(fù)位狀態(tài)，此時不管2腳有多大的觸發(fā)電平，555均不會翻轉(zhuǎn)置位。可控硅不會觸發(fā)導(dǎo)通，電燈無電不亮。夜晚光暗，此時VT5呈高阻而截止，VT4無偏置電流，呈截止?fàn)顟B(tài)。555的4

9、腳呈高位，使555觸發(fā)器處于單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)狀態(tài)，此時如果有聲響，經(jīng)拾音，放大，倍壓整流后，正極性信號使VT3飽和導(dǎo)通，下跳變信號加之555的2腳使555翻轉(zhuǎn)置位。3腳由原來的低電平變?yōu)楦唠娖剑s+8.5V），經(jīng)R3限流后觸發(fā)雙向可控硅SCR并導(dǎo)通，電燈H得電點亮。電燈點亮的時間即單穩(wěn)態(tài)電路觸發(fā)后高電平持續(xù)的時間（穩(wěn)態(tài)時間），他取決于單穩(wěn)態(tài)電路的時間常數(shù)，其大小為，Td=1.1（R9）（C8）圖2-4所示電路的單穩(wěn)態(tài)時間為120s，即電燈點亮后2分鐘熄滅。圖2-4延時處理電路單穩(wěn)態(tài)電路圖2.2聲光雙控節(jié)能燈電路的總體設(shè)計2.2.1聲光雙控節(jié)能燈的基本構(gòu)成和原理（1）基本構(gòu)成原理框圖如圖2-5 圖2-

10、5總體電路原理框圖原理簡述 白天光線強時，光敏器件呈低阻，時基電路555處于強制復(fù)位狀態(tài)，無論有沒有聲音，可控硅都不能觸發(fā)導(dǎo)通，燈不會亮；夜晚或者光照弱時，光敏器件呈高阻，555觸發(fā)器處于單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)狀態(tài)，此時如果有聲音傳入，經(jīng)放大整流后，觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)，可控硅導(dǎo)通燈亮并延時電路開始延時，延時完燈熄滅。（2）電路工作原理電路簡述 555和R9、C8、VT4、VT5等組成光控單穩(wěn)態(tài)電路。所謂光控就是利用光敏三極管對不同光照呈現(xiàn)的阻抗不同，對時基電路555的四腳進行高低電平的控制，或處于等待觸發(fā)狀態(tài)，或處于強制復(fù)位狀態(tài)。白天光照VT5呈低阻，VT4正偏置而飽和導(dǎo)通。其集電極電位，即555的4腳被鉗制在0

11、.3V左右，從而是555處于強制復(fù)位狀態(tài)，此時不管2腳有多大的觸發(fā)電平，555均不會翻轉(zhuǎn)置位?？煽毓璨粫|發(fā)導(dǎo)通，電燈無電不亮。夜晚光暗，此時VT5呈高阻而截止，VT4無偏置電流，呈截止?fàn)顟B(tài)。555的4腳呈高位，使555觸發(fā)器處于單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)狀態(tài)，此時如果有聲響，經(jīng)拾音，放大，倍壓整流后，正極性信號使VT3飽和導(dǎo)通，下跳變信號加之555的二腳使555翻轉(zhuǎn)置位。3腳由原來的低電平變?yōu)楦唠娖剑s+8.5V），經(jīng)R3限流后觸發(fā)雙向可控硅SCR并導(dǎo)通，電燈H得電點亮。同時延時電路開始延時，延時結(jié)束，電燈H熄滅，等待下一次聲音的觸發(fā)。聲光雙控節(jié)能燈電路圖如圖2-6圖2-6總體電路圖2.2.2聲光雙控節(jié)能燈

12、的技術(shù)性能指標(biāo)及主要特點1、輸入：交流220V2、輸出：經(jīng)降壓整流濾波穩(wěn)壓后提供+9V的工作電壓。3、延續(xù)時間：120秒，可調(diào)4、開關(guān)燈全自動化控制，包括白天全關(guān)閉，晚上自動開、關(guān)燈。5、安裝方便。6、工作可靠，且價格低廉。2.3聲光雙控節(jié)能燈的主要元器件及其特性2.3.1 555定時器555定時器是一種將數(shù)字功能和模擬功能集為一體的中規(guī)模集成電路。它的結(jié)構(gòu)比較簡單，使用卻非常靈活，也很方便，可以用它構(gòu)成多諧波振蕩器、施密特觸發(fā)器和施密特觸發(fā)器等。用555定時器構(gòu)成的各種電路，都是通過定時控制，實現(xiàn)信號的產(chǎn)生與變換，從而完成其他控制功能。10（1）555定時器的結(jié)構(gòu)圖2-7 555定時器的結(jié)構(gòu)

13、圖各種555定時器的電路結(jié)構(gòu)大同小異，它由比較器C和C、基本觸發(fā)器和輸出級三個部分組成，外部共有8根引腳，各腳的名稱和功能如下：1腳為接地端，也是芯片的公共端；8腳為電源端V；3腳為信號輸出端V；7腳為放電端。如果經(jīng)過一個足夠大的電阻街道電源上那么放電端可獲得一個與輸出端相一致的電平。4腳為直接復(fù)位端。只要在此輸入低電平，輸出端立即被置為低電平，不受其他輸入狀態(tài)的影響。正常工作是接高電平可直接接到電源上6腳為C比較器的信號輸入端V又稱閾值段TH；2腳為C比較器的信號輸入端V又稱為觸發(fā)端。它們輸入的信號可以是數(shù)字信號也可以是模擬信號，分別與比較器所設(shè)置的參考電壓進行比較便于控制輸出狀態(tài)。5腳為控

14、制電壓輸入端V。如果V端沒有外加電壓時兩個比較器的參考電壓，由電源電壓經(jīng)過三個等值電阻分壓提供，則V=V，V=V。在這種情況下，該端可通過電容（0.01F）接地防干擾信號竄入。如果該端接入外電壓V時，則，V= V， V=V，因此V可改變參考電壓值V。（2）芯片功能1、若=0，不管其它輸入如何輸出端都為低電平。2、若=1，當(dāng)V()V且V(V)時，比較器C輸出為0，C輸出為1，即V=0，V=1，基本RS觸發(fā)器狀態(tài)Q置成0，輸出V為低電平；同時放電管T導(dǎo)通。3、若=1，當(dāng)V()V且V(V)時，比較器C、C輸出都為0，即V=V=0，基本RS觸發(fā)器狀態(tài)Q=1，輸出低Q端為高電平，V也輸出為高電平，同時放

15、電管T截止，放電端沒有放電回路。4、若=1，當(dāng)V()V且V(V)時, 比較器C輸出為1，C輸出為0，即V=1，V=0，基本RS觸發(fā)器狀態(tài)Q置成高電平，V也輸出為高電平，同時放電管T截止，放電端沒有放電回路。5、若=1，當(dāng)V(V)時，比較器C、C輸出都為1, 即V=V=1, 基本RS觸發(fā)器狀態(tài)Q保持不變，V和放電管狀態(tài)保持不變。 表2-1 555定時器芯片功能輸入各級輸出T狀態(tài)VVVV觸發(fā)器輸出Q輸出VT狀態(tài)00低電平導(dǎo)通1()V(V)010低電平導(dǎo)通1()V(V)001高電平截止1()V(V)100高電平截止1()V(V)11Q不變不變2.3.2 駐極體話筒駐極體話筒具有體積小、結(jié)構(gòu)簡單、電聲

16、性能好、價格低的特點，廣泛用于盒式錄音機、無線話筒及聲控等電路中。屬于最常用的電容話筒。由于輸入和輸出阻抗很高，所以要在這種話筒外殼內(nèi)設(shè)置一個場效應(yīng)管作為阻抗轉(zhuǎn)換器，為此駐極體電容式話筒在工作時需要直流工作電壓。駐極體話筒體積小，結(jié)構(gòu)簡單，電聲性能好，價格低廉，應(yīng)用非常廣泛。圖2-8 駐極體話筒結(jié)構(gòu)圖高分子極化膜上生產(chǎn)時就注入了一定的永久電荷(Q)，由于沒有放電回路，這個電荷量是不變的，在聲波的作用下，極化膜隨著聲音震動，因此和背極的距離也跟著變化，也就是鎖極化膜和背極間的電容是隨聲波變化。電容上電荷的公式是QCV，反之VQ/C也是成立的。駐極體總的電荷量是不變，當(dāng)極板在聲波壓力下后退時，電容

17、量減小，電容兩極間的電壓就會成反比的升高，反之電容量增加時電容兩極間的電壓就會成反比的降低。最后再通過阻抗非常高的場效應(yīng)將電容兩端的電壓取出來，同時進行放大，我們就可以得到和聲音對應(yīng)的電壓了。由于場效應(yīng)管時有源器件，需要一定的偏置和電流才可以工作在放大狀態(tài)，因此，駐極體話筒都要加一個直流偏置才能工作。駐極體話筒由聲電轉(zhuǎn)換和阻抗變換兩部分組成。聲電轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵元件是駐極體振動膜。它是一片極薄的塑料膜片，在其中一面蒸發(fā)上一層純金薄膜。然后再經(jīng)過高壓電場駐極后，兩面分別駐有異性電荷。膜片的蒸金面向外，與金屬外殼相連通。膜片的另一面與金屬極板之間用薄的絕緣襯圈隔離開。這樣，蒸金膜與金屬極板之間就形成一個

18、電容。當(dāng)駐極體膜片遇到聲波振動時，引起電容兩端的電場發(fā)生變化，從而產(chǎn)生了隨聲波變化而變化的交變電壓。駐極體膜片與金屬極板之間的電容量比較小，一般為幾十pF。因而它的輸出阻抗值很高(Xc12tfc)，約幾十兆歐以上。這樣高的阻抗是不能直接與音頻放大器相匹配的。所以在話筒內(nèi)接入一只結(jié)型場效應(yīng)晶體三極管來進行阻抗變換。場效應(yīng)管的特點是輸入阻抗極高、噪聲系數(shù)低。普通場效應(yīng)管有源極(S)、柵極(G)和漏極(D)三個極。這里使用的是在內(nèi)部源極和柵極間再復(fù)合一只二極管的專用場效應(yīng)管。接二極管的目的是在場效應(yīng)管受強信號沖擊時起保護作用。場效應(yīng)管的柵極接金屬極板。這樣，駐極體話筒的輸出線便有三根。即源極S，一般

19、用藍色塑線，漏極D，一般用紅色塑料線和連接金屬外殼的編織屏蔽線。駐極體話筒與電路的接法有兩種：源極輸出與漏極輸出。源極輸出類似晶體三極管的射極輸出。需用三根引出線。漏極D接電源正極。源極S與地之間接一電阻Rs來提供源極電壓，信號由源極經(jīng)電容C輸出。編織線接地起屏蔽作用。源極輸出的輸出阻抗小于2k，電路比較穩(wěn)定，動態(tài)范圍大。但輸出信號比漏極輸出小。漏極輸出類似晶體三極管的共發(fā)射極放入。只需兩根引出線。漏極D與電源正極間接一漏極電阻RD，信號由漏極D經(jīng)電容C輸出。源極S與編織線一起接地。漏極輸出有電壓增益，因而話筒靈敏度比源極輸出時要高，但電路動態(tài)范圍略小。Rs和RD的大小要根據(jù)電源電壓大小來決定

20、。一般可在2251k間選用。例如電源電壓為6V時，Rs為47k，RD為2。2k。圖3輸出電路中，若電源為正極接地時，只須將D、S對換一下，仍可成為源、漏極輸出。一聲控電路前置放大級中駐極體話筒的源極輸出和漏極輸出的兩種不同的接法，最后要說明一點，不管是源極輸出或漏極輸出，駐極體話筒必須提供直流電壓才能工作，因為它內(nèi)部裝有場效應(yīng)管。關(guān)于駐極體電容式話筒的檢測方法是：首先檢查引腳有無斷線情況，然后檢測駐極體電容式話筒。駐極體話筒體積小，結(jié)構(gòu)簡單，電聲性能好，價格低廉，應(yīng)用非常廣泛。駐極體話筒的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示。由聲電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和場效應(yīng)管兩部分組成。它的電路的接法有兩種：源極輸出和漏極輸出。源極輸出有

21、三根引出線，漏極D接電源正極，源極S經(jīng)電阻接地，再經(jīng)一電容作信號輸出；漏極輸出有兩根引出線，漏極D經(jīng)一電阻接至電源正極，再經(jīng)一電容作信號輸出，源極S直接接地。所以，在使用駐極體話筒之前首先要對其進行極性的判別。在場效應(yīng)管的柵極與源極之間接有一只二極管，因而可利用二極管的正反向電阻特性來判別駐極體話筒的漏極D和源極S。將萬用表撥至R1k檔，黑表筆接任一極，紅表筆接另一極。再對調(diào)兩表筆，比較兩次測量結(jié)果，阻值較小時，黑表筆接的是源極，紅表筆接的是漏極。2.3.3 光敏三極管光敏三極管和普通三極管相似，也有電流放大作用，只是它的集電極電流不只是受基極電路和電流控制，同時也受光輻射的控制。 通常基極不

22、引出，但一些光敏三極管的基極有引出，用于溫度補償和附加控制等作用。當(dāng)具有光敏特性的PN 結(jié)受到光輻射時，形成光電流，由此產(chǎn)生的光生電流由基極進入發(fā)射極，從而在集電極回路中得到一個放大了相當(dāng)于倍的信號電流。不同材料制成的光敏三極管具有不同的光譜特性，與光敏二極管相比，具有很大的光電流放大作用，即很高的靈敏度。通過對半導(dǎo)體二極管和三極管的學(xué)習(xí)，我了解了晶體管的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，晶體三極管，是半導(dǎo)體基本元器件之一，具有電流放大作用，是電子電路的核心元件。三極管是在一塊半導(dǎo)體基片上制作兩個相距很近的PN結(jié)，兩個PN結(jié)把正塊半導(dǎo)體分成三部分，中間部分是基區(qū)，兩側(cè)部分是發(fā)射區(qū)和集電區(qū)，排列方式有PNP和

23、NPN兩種，如圖從三個區(qū)引出相應(yīng)的電極，分別為基極b發(fā)射極e和集電極c。 發(fā)射區(qū)和基區(qū)之間的PN結(jié)叫發(fā)射結(jié)，集電區(qū)和基區(qū)之間的PN結(jié)叫集電極?；鶇^(qū)很薄，而發(fā)射區(qū)較厚，雜質(zhì)濃度大，PNP型三極管發(fā)射區(qū)發(fā)射的是空穴，其移動方向與電流方向一致，故發(fā)射極箭頭向里；NPN型三極管發(fā)射區(qū)發(fā)射的是自由電子，其移動方向與電流方向相反，故發(fā)射極箭頭向外。發(fā)射極箭頭向外。發(fā)射極箭頭指向也是PN結(jié)在正向電壓下的導(dǎo)通方向。硅晶體三極管和鍺晶體三極管都有PNP型和NPN型兩種類型。雖然重點學(xué)習(xí)了晶體管的放大作用，但是我對晶體管的開關(guān)作用更感興趣。半導(dǎo)體就像一個開關(guān)，可以通過導(dǎo)通與截止來控制電路。半導(dǎo)體通過添加一部分微量

24、元素會使其特性發(fā)生翻天覆地的變化。光敏晶體管就是一種重要的衍生物。視覺是人體最重要的感覺，因此，我覺得通過光來控制電路真是太精妙了，而光敏的二極管三極管恰好就完成這個任務(wù)。因為光敏三極管由于還具有放大作用，因此應(yīng)用比二極管更加廣泛。 光敏三極管用于測量光亮度，經(jīng)常與發(fā)光二極管配合使用作為信號接收裝置。下面用事例說明介紹一下各種功能。一 測量光亮度 在教室圖書館，很多時候日光燈白天也亮著，在宿舍里面，日光燈經(jīng)常是晝夜不息，同學(xué)們對這種浪費已經(jīng)麻木不仁了。有的同學(xué)早晨去教室，雖然教室很明亮但還要開燈，雖然一盞日光燈不會浪費多少資源，但積少成多，浪費就是很大了。因此，我們可以在教室安裝一個控制電路，

25、當(dāng)亮度達到一定程度的時候，使得教室里面和宿舍里面日光燈將無法啟動。我們可以利用光敏三極管附加電磁繼電器來完成這個電路。采光點的選取是一個關(guān)鍵，因為并不是每一個教室的明亮程度都是相同的，我們可以采用多點取樣來達到這個要求。例如在20個教室中都安放光敏三極管，我們可以設(shè)置，如果他們?nèi)炕蛘叽蟛糠至炼榷己芨?，那么，日光燈就無法正常啟動 ，達到節(jié)約能源的目的。還有一種情況，就是如果有一天天空布滿了烏云，亮度不夠，那么日光燈可以開啟了。但是不久云開霧散，天氣放晴，日光燈不會自動關(guān)閉。同樣造成很大浪費。可以在采光點所在的教室外面再安裝一個采光點，當(dāng)室內(nèi)外強度的差值縮小到一定范圍是，我們可以認(rèn)為日光燈的作用

26、可以忽略了，日光燈就會自動關(guān)閉。另外一種情況，如果教室外面正下雨，教室里面日光燈亮著，此時窗外一個閃電，使得外面很亮，日光燈就關(guān)閉了，這會造成麻煩。因此要避免這種問題。方法就是在電路中安裝計數(shù)器，使得亮度差維持一定時間才可以使日光燈強制關(guān)閉。綜上所述，我們可以利用光敏三極管設(shè)計一個電路，使得日光燈無法正常啟動或者被強制關(guān)閉從而達到節(jié)約能源的目的。當(dāng)然，這種方法的可行性從現(xiàn)在看并不是很高，電路要改裝費用可能很高都會影響實施。不過我認(rèn)為的確可以通過光敏三極管的特性來得到節(jié)約的目的。二 光電隔離 光敏三極管的另一個作用是傳輸信號，光耦合器（optical coupler，英文縮寫為OC）亦稱光電隔離

27、器，簡稱光耦。光耦合器以光為媒介傳輸電信號。它對輸入、輸出電信號有良好的隔離作用，所以，它在各種電路中得到廣泛的應(yīng)用。目前它已成為種類最多、用途最廣的光電器件之一。光耦合器一般由三部分組成：光的發(fā)射、光的接收及信號放大。輸入的電信號驅(qū)動發(fā)光二極管（LED），使之發(fā)出一定波長的光，被光探測器接收而產(chǎn)生光電流，再經(jīng)過進一步放大后輸出。這就完成了電光電的轉(zhuǎn)換，從而起到輸入、輸出、隔離的作用。由于光耦合器輸入輸出間互相隔離，電信號傳輸具有單向性等特點，因而具有良好的電絕緣能力和抗干擾能力。又由于光耦合器的輸入端屬于電流型工作的低阻元件，因而具有很強的共模抑制能力。所以，它在長線傳輸信息中作為終端隔離元

28、件可以大大提高信噪比。在計算機數(shù)字通信及實時控制中作為信號隔離的接口器件，可以大大增加計算機工作的可靠性。 光耦合器的主要優(yōu)點是：信號單向傳輸，輸入端與輸出端完全實現(xiàn)了電氣隔離隔離，輸出信號對輸入端無影響，抗干擾能力強，工作穩(wěn)定，無觸點，使用壽命長，傳輸效率高。光耦合器是70年代發(fā)展起來產(chǎn)新型器件，現(xiàn)已廣泛用于電氣絕緣、電平轉(zhuǎn)換、級間耦合、驅(qū)動電路、開關(guān)電路、斬波器、多諧振蕩器、信號隔離、級間隔離 、脈沖放大電路、數(shù)字儀表、遠距離信號傳輸、脈沖放大、固態(tài)繼電器(SSR)、儀器儀表、通信設(shè)備及微機接口中。在單片開關(guān)電源中，利用線性光耦合器可構(gòu)成光耦反饋電路，通過調(diào)節(jié)控制端電流來改變占空比，達到精

29、密穩(wěn)壓目的。2.3.4聲光雙控節(jié)能燈的整機電路原理圖(附錄A)2.3.5元件參數(shù)表（附錄B）2.3.6該電路PCB圖以及3D視圖（附錄C、D)3 仿真調(diào)試本電路對元器件的選擇很重要，拾音器選用駐極體話筒，駐極體話筒具有體積小、結(jié)構(gòu)簡單、電聲性能好、價格低的特點，廣泛用于盒式錄音機、無線話筒及聲控等電路中，屬于最常用的電容話筒。V1管選用C485，的值不少于150倍。光敏三極管VT5選用暗電流Id較小,光電流Ic較大3UD，降壓電容選用耐壓400V以上的金屬化紙介電容器，全橋整流的QD的反向擊穿電壓選用1A300V以上的器件，以確保安全。該燈在接入220V直流電源后，白天電路不工作,它只會在光線

30、不足或者夜晚的時候電路才進行工作,在發(fā)出一定聲音的情況下，燈亮并且持續(xù)一定時間后會自動熄滅。設(shè)計完成后，用軟件進行了仿真，得到以下仿真結(jié)果如圖2-9、2-10。其中用一個開關(guān)代替駐極體話筒，用滑動變阻器代替光敏三極管。圖2-9 白天光線強時仿真結(jié)果圖2-10 夜晚或者光線弱時仿真結(jié)果4 電路PCB板圖的制作本次設(shè)計中，我使用PROTEUS軟件來畫電路以及制作PCB板，用Proteus 制作PCB通常包括以下一些步驟：（1）繪制電路原理圖并仿真調(diào)試；（2）加載網(wǎng)絡(luò)表及元件封裝；（3）規(guī)劃電路板并設(shè)置相關(guān)參數(shù)；（4）元件布局及調(diào)整；（5）布線并調(diào)整；（6）輸出及制作PCB。其中對于封裝庫中沒有的封

31、裝或者是與實際的元件不符的封裝，需要自己畫。自建封裝保存后，再到庫中加載，就可以把自己制作的元件封裝加載到PCB中了9致 謝四年的讀書生活在這個季節(jié)即將劃上一個句號，而于我的人生卻只是一個逗號，我將面對又一次征程的開始。四年的求學(xué)生涯在師長、親友的大力支持下，走得辛苦卻也收獲滿囊，在論文即將完成之際，思緒萬千，心情久久不能平靜。在此我想把我的敬意和贊美獻給我的導(dǎo)師張增林老師。我不是您最出色的學(xué)生，而您卻是我最尊敬的老師。您治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，學(xué)識淵博，思想深邃，視野雄闊，為我營造了一種良好的精神氛圍。感謝我的爸爸媽媽，養(yǎng)育之恩，無以回報，你們永遠健康快樂是我最大的心愿。在論文即將完成之際，我的心情無法平

32、靜，從開始進入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長、同學(xué)、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯謝意！ 同時也感謝學(xué)院為我提供良好的做畢業(yè)設(shè)計的環(huán)境。 最后再一次感謝所有在畢業(yè)設(shè)計中曾經(jīng)幫助過我的良師益友和同學(xué)，以及在設(shè)計中被我引用或參考的論著的作者。 參考文獻1 康華光；電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分（第四版）北京，高等教育出版社出版，20062 彭介華；電子技術(shù)課程設(shè)計指導(dǎo)北京，高等教育出版社，20063 楊旭東，劉行景，楊興瑤；實用電子電路精選化學(xué)工業(yè)出版社，20074 華成英；電子技術(shù)北京；中央廣播電視大學(xué)出版社，20065 童詩白；模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)清華大學(xué)電子學(xué)教研組編，第三版，北京；高等

33、教育出版社， 20046 康華光，陳大欽電子技術(shù)基礎(chǔ)（模擬部分）（第四版）M北京：高等教育出版社，19997 何希才新型電子電路應(yīng)用實例M北京：科學(xué)出版社，20058 李瀚蓀電路分析基礎(chǔ)（第3版）M北京：高等教育出版社，19939 夏路易，石宗義電路原理圖與電路板設(shè)計教程PROTEUS M北京：北京希望電子出版社，200210 索明何, 王立剛, 饒運濤. 基于555定時器的聲光雙控照明燈設(shè)計J. 科技信息(科學(xué) 教研), 2008(10)11 吳仲國. 高度聲控翻譯通信技術(shù)J. 深圳特區(qū)科技, 1994,(01) 12 馬鴻洋. 光控照明燈的制作J. 大學(xué)物理實驗, 2003,(01) 13

34、 陳剛, 樊玲, 李婷. 聲控?zé)艄庑Ч难芯亢烷_發(fā)J. 黑龍江科技信息, 2007,(13) 14 中國照明網(wǎng) 15 J. spangler.B. Hussain.A. K. Bchera Electronic ballast using a power factor conection techningues for loads over than 300 Watts 16 Cecilio Blanco.Marcos Monso A single stage fluorescent lamp ballast with high power- factor 17 Chins Chuang.Ch

35、ing R A new power factor correction circuit for electronic ballasts with series - loaded ressonant inverter. APEC96 18 張偉福 袁素蘭等電子節(jié)能燈 1995(6)19 張懷浚 節(jié)能燈綜述 1992(1)20 薦玉奎,吳克.巧用聲光控開關(guān)演示光敏電阻特性J.物理實驗,2005,(6).附錄2.3.4聲光雙控節(jié)能燈的整機電路原理圖（附錄A）2.3.5元件參數(shù)表（附錄B）元器件名稱數(shù)量備注555定時器1全橋電路QD1駐極體話筒1C110.47ufC21220ufC3147ufC414

36、.7ufC5110ufC6110ufC710.68ufC81100ufC910.01ufNPN5光敏三極管VT51二極管3電阻11R1（560K），R2（200），R3（300），R4（430K），R5（4.3K），R6（2.7K），R7（1.8K），R8（5.6K），R9（1.1M），R10（22K），R11（20K）2.3.6該電路PCB圖以及3D視圖（附錄C、D)附錄C 電路PCB圖附錄D 電路PCB的3D視圖附錄 英文參考文獻Experimental study of using fuel cells in dwellings for energy saving lighting an

37、d other low power applicationsAbstractThe accompanying CO2 and other greenhouse gas emissions have been identified as a primary cause of global warming and the demand for electricity is expected to rise sharply within two decades. New energy-efficient, environmentally friendly power systems are, the

38、refore, urgently required to ensure a sustainable built environment and also to meet the current building regulation standards. Fuel cells provide a means of supplying electricity and improving the built environment. In this paper, two methods of producing home-made hydrogen are described. The perfo

39、rmance of low cost proton exchange membrane (PEM) fuel cells in a building trial is evaluated. The PEM fuel cells have been tested to provide electricity for high illuminating light-emitting diode (LED) lamps in a dwelling. It is found that a small quantity of home-produced low-pressure hydrogen cou

40、ld power the LED lamps for several hours. Moreover, by introducing an appropriate electronic circuit, the power consumption by the LED lamp is reduced with an added advantage of increasing the number of light fittings. The results illustrate the energy savings that can be achieved. They also give im

41、portant pointers to how the technology can be used safely in dwellings in tandem with other energy saving technologies in future.Keywords:Hydrogen; Fuel Cell; LED; Dwelling1. Introduction2. Polymer electrolyte membrane fuel cells (PEMFCs)also called proton exchange membrane fuel cellsdeliver high po

42、wer density and offer the advantages of low weight and volume, compared to other fuel cells. PEMFCs (Fig. 1) use a solid polymer as an electrolyte and porous carbon electrodes containing a platinum catalyst. They need only hydrogen and oxygen from the air to operate and do not require corrosive flui

43、ds like some fuel cells. They are typically fuelled with pure hydrogen supplied from storage tanks or onboard reformers. They operate at relatively low temperatures, around 80 C (176 F) which allows them to start quickly and results in less wear on system components, resulting in better durability.

44、However, they require that a noble-metal catalyst (typically platinum) be used to separate the hydrogens electrons and protons, adding to system cost. The platinum catalyst is also extremely sensitive to CO poisoning, making it necessary to employ an additional reactor to reduce CO in the fuel gas i

45、f the hydrogen is derived from an alcohol or hydrocarbon fuel. This also adds cost. Developers are currently exploring platinum/ruthenium catalysts that are more resistant to CO 1.Fig. 1. The proton exchange fuel cell.PEMFCs are used primarily for transportation applications and some stationary appl

46、ications due to their fast start-up time, low sensitivity to orientation, and favourable power to weight ratio. They have recently passed the test or demonstration phase and have partially reached the commercialization stage due to the impressive worldwide research effort.Fuel cells are different fr

47、om batteries in that they consume reactant, which must be replenished, while batteries store electrical energy chemically in a closed system. Additionally, while the electrodes within a battery react and change as a battery is charged or discharged, a fuel cells electrodes are catalytic and relative

48、ly stable. Fuel cells also have an environmental advantage over batteries, since certain kinds of batteries require special disposal treatment. Fuel cells provide a much higher power density, packing more power in a smaller space.Despite the currently promising achievements and the plausible prospec

49、ts of PEMFCs, there are many challenges remaining that need to be overcome before they can successfully and economically substitute for the various traditional energy systems. With the many promising research efforts in overcoming these challenges, the most important tools for the commercialization

50、will be the technical data and information from a real PEMFC application test 2.Fuel cell systems are presently the focus of intense research efforts among industrial, academic, and government organizations, but this work is primarily concentrated on technical hurdles to fuel cell commercialization.

51、Recently, Degiorgis et al. 3 described the design of a laboratory-scale high-pressure electrolyser and investigated the energy savings related to this technology. They described a detailed design and an economic analysis proving the technical and economical feasibility of the installation.Marshall e

52、t al. 4 examined the performance of a PEM water electrolysis cell using IrxRuyTazO2 anode electrocatalysts. The best cell voltage they achieved was 1.567 V at 1 A cm2.Martnez et al. 5 studied experimentally the generation of high-purity hydrogen gas from the chemical reaction of aluminium with sodiu

53、m hydroxide. Their experimental results showed that the hydrogen yields are acceptable. They coupled a PEMFC with the hydrogen produced from chemical reaction 6.This research concentrates on the use of PEMFCs in dwellings for the purpose of low power requirements. The building regulations in UK stat

54、e that the dwelling emission rate (DER) should be calculated using a fixed assumption of 30% low-energy lighting. Reasonable provision would be to provide, in the areas affected by the building work, fixed energy-efficient light fittings that number not less than one per 25 m2 or one per four fixed

55、lightings 7.For these reasons, this research introduces and discusses one of the remaining challenges on the application test of PEMFC to real systems such as residential power generation. In addition, this paper describes two methods of producing low-pressure home-made hydrogen which can be coupled

56、 with a PEMFC to power energy saving lamps, particularly, light-emitting diode (LED) bulbs. References1 Fuel cell works website (accessed February 2008).2 Jung-Ho Wee, Applications of proton exchange membrane fuel cell systems, Renewable and Sustainable Energy Reviews 11 (2007), pp. 17201738. Article | View Record in Scopus | Cited By in Scopus (20)3 L. Degiorgis, M. Santarelli and M. Cal, Hy