光電式電子蠟燭課程設計說明書

1、模擬電子技術課程設計說明書光電式電子蠟燭院 、 部：電氣與信息工程學院學生姓名：指導教師：職稱副教授專 業(yè)：電子信息工程班 級：學 號：完成時間：2016年6月模擬電子技術課程設計任務書學院：電氣與信息工程學院適應專業(yè)：自動化、電氣工程及其自動化、通信工程、電子信息工程指導教師學生姓名課題名稱光電式電子蠟燭內容及任務一、設計任務 設計一個光電式電子蠟燭;實現火柴或打火機照亮下，發(fā)光二極管發(fā)光,采用吹氣開關實現發(fā)光二極管停止發(fā)光，并關停音樂。二、設計內容1、電路設計方案比較；2、電路參數分析計算和選擇； 3、 單元電路設計并進行分析；4、實物制作；5、系統(tǒng)調試（使用的儀器、測試數據表）

2、；6、撰寫設計報告。擬達到的要求或技術指標一、基本要求與指標1、采用光敏管在使用火柴或打火機照亮下使發(fā)光管發(fā)光作為蠟燭；2、通過時基集成電路、繼電器和吹氣開關實現對發(fā)光管的控制；二、擴展要求與指標發(fā)光的同時，實現播放音樂；進度安排起止日期工作內容下達任務書；針對課題任務書，收集資料；針對課題任務，進行電路設計與仿真；2016進行電路制作與調試；2016進行說明書書寫；2016實物答辯與說明書收集。主要參考資料1.王振宇，李香萍，沈燕.實驗電子技術. 北京：電子工業(yè)出版社，2004。2胡宴如，耿蘇燕。模擬電子技術（第二版）.北京：高等教育出版社，2005.3熊幸明，王新輝，曹才開.&#

3、160;電工電子技能訓練.北京：電子工業(yè)出版社，2004.4金惠幼. 電子電路.北京：人民郵電出版社.1986.指導教師意見簽名：年月日教研室意見簽名：年月日模擬電子技術課程設計任務書學院：電氣與信息工程學院適應專業(yè)：自動化、電氣工程及其自動化、通信工程、電子信息工程指導教師學生姓名課題名稱直流穩(wěn)壓電源內容及任務一、設計任務設計一個直流穩(wěn)壓電源，當輸入為有效值220V的交流電壓時，能產生±12V、±9V 、±5V三組直流電壓輸出。二、設計內容1、電路設計方案比較；2、電路參數分析計算和選擇； 3、 單元電路設計并進行分析；4、實物制作；5、系統(tǒng)

4、調試（使用的儀器、測試數據表）；6、撰寫設計報告。擬達到的要求或技術指標1、 設計要求及技術指標1、要求輸入電壓為有效值220V、50HZ的市電交流電壓，電源輸出電壓為±12V、±9V 、±5V。2、最大輸出電流為Iomax=500mA，紋波電壓VOP-P5mV，穩(wěn)壓系數Sr5%。二、擴展要求與指標1、能顯示電源輸出電壓值，00.0-12.0V； 2、要求有短路過載保護。進度安排起止日期工作內容下達任務書；針對課題任務書，收集資料；針對課題任務，進行電路設計與仿真；進行電路制作與調試；進行說明書書寫；實物答辯與說明書收集。主要參考資料1閻石.數學電子技術基礎.第五

5、版.北京：高等教育出版社，2006.489497 2康華光.電子技術基礎模擬部分.第五版.北京：高等教育出版社，2006.116126;485516 3郭培源.電子電路及電子器件.北京：高等教育出版社，2000.286413 4謝自美.電子線路設計.武漢：華中理工大學出版社，1994.149226 5.北京：清華大學出版社，2007.283300指導教師意見簽名：年月日教研室意見簽名：年月日摘 要本次模電課程設計課題是光電式電子蠟燭，光電式電子蠟燭是一個模擬真實蠟燭的實驗產品，傳統(tǒng)蠟燭有各種缺陷，對大氣造成污染且容易引起火災，光電式電子蠟燭用電路來實現蠟燭的功能，利用火柴來點燃蠟燭，用嘴吹滅蠟

6、燭，實現了無污染，無危害，而且隨時可以開關，不會造成浪費。設計的系統(tǒng)主要由傳感器、放大電路、比較電路，驅動電路等模塊組成，由光照光敏電阻仿真點蠟燭，風吹駐極體仿真吹蠟燭。在軟件設計上引入了狀態(tài)機的思想，使程序結構清晰化。電子蠟燭的工作原理，采用光敏管用火柴照亮下使發(fā)光管發(fā)光作為蠟燭，通過時基集成電路，繼電器和吹氣開關實現對發(fā)光管的控制，設計電路，選取元件并制作出器件，實現電子蠟燭功能。關鍵詞：繼電器；吹氣；光敏電阻目 錄1 概述 1 2 設計方案的論證22.1 設計方案的比較 2 2.2 設計方案的選擇 23 電路的設計3 3.1 總電路原理分析 3 3.2 元器件的選擇 33.3 直流穩(wěn)壓電

7、源的設計53.3.1 變壓電路的選擇53.3.2 整流電路的選擇53.3.3 濾波電路的選擇63.3.4 穩(wěn)壓電路的選擇94 電路的制作與調試74.1 電路原理圖74.2 電路仿真與調試8 4.2.1 電路仿真 8 4.2.2 電路的調試 94.3 直流穩(wěn)壓電源的調試105 設計總結與體會 11參考文獻12致謝13附錄一元件清單 14附錄二電路原理圖 16附錄三電路PCB圖 17 附錄四實物圖 181 概述原始時代的火把是蠟燭的起源。那時候原始人把脂肪或者蠟一類的東西涂在樹皮或木片上，捆扎在一起，做成了照明用的火把。公元前3世紀左右出現的蜜蠟就是我們今天所見的蠟燭的雛形。 1820年，法國人強

8、巴歇列發(fā)明了三根棉線編成的燭心，使燭心燃燒時自然松開，末端正好翹到火焰外側，因而可以完全燃燒。但蠟燭還有待進一步完善，它的材料一般是有許多缺點的動物油脂，解決這一難題的是舍未勒爾等人。1809年6月至7月間，法國科家舍夫勒收到一家紡織廠的來信，請他分析、確定他們寄來的一個軟皂樣品的成份。在儀器設備非常簡單、樸素的學校實驗，他研究了皂化過程中需要使用的各種油脂。經過大量實驗，他第一次發(fā)現了這樣的事實：在一切油脂中，不論其來源如何，脂肪酸的含量均占95%，其余的5%則是皂化過程中生成的甘油。 通過研究他搞清了皂化過程的本質，同時他還有一項重大的發(fā)現：當時用油脂做成的蠟燭，由于里面有甘油，燃燒時火焰

9、帶煙，氣味難聞。若改用硬脂酸做成蠟燭，燃燒時不僅火焰明亮，而且?guī)缀鯖]有黑煙， 不污染空氣。 舍夫勒爾把他的發(fā)現告訴蓋一呂薩克，并建議兩人共同研究如何具體解決這個問題。他們用強堿把油脂皂化，再把得到的肥皂用鹽酸分解，擔取出硬脂酸。這是一種白色物質，手摸著有油膩感，用它制成的蠟燭質地很軟，價錢更加便宜。 1825年，舍夫勒爾用硬脂酸制成石蠟硬脂蠟燭，在人類照明史上開了一個新紀元。 現在，各種材料的工藝蠟燭已經成為銷售的主流，透明的果凍蠟，各種顏色、各種形狀、各種功能的藝術蠟燭更是層出不窮，相信以后隨著各種技術的不斷提高和各種蠟燭原材料的普及使用，藝術蠟燭定會發(fā)展到一個相當高的階段。到那時，蠟燭不再

10、僅僅是簡單的照明，而是融合了浪漫、藝術、養(yǎng)生、欣賞、照明、宗教等等各種功能走入我們平常的生活之中。2 設計方案的論證2.1 設計方案的比較(1) 音樂存儲設計方案按任務要求，一次生日快樂歌和鼓掌聲的執(zhí)行時間需要約20秒；語音芯片有20秒語音錄放電路；此外，有模擬處理存儲方式，使錄放音質保真性較高，抑制背景噪音能力強，且斷電后語音內容不丟失。(2) 仿真點亮的方案選取方案一：傳感器采用光敏電阻。該方式采用非接觸式仿真，通過光線的亮暗控制仿真蠟燭與語音芯片。該方式優(yōu)點是觸發(fā)點亮動作較簡單；缺點為光線太亮會觸發(fā)動作，即點亮蠟燭。方案二：傳感器采用熱敏電阻。利用熱敏電阻的阻值隨溫度變化的原理，可采用熱

11、敏電阻仿真點蠟燭的過程。其優(yōu)點為仿真點蠟燭的動作逼真，信號檢測穩(wěn)定；缺點是火焰直接接觸傳感器，傳感器易于損毀。經過方案比較，權衡其優(yōu)缺點，采用光敏電阻通過照亮的方式仿真蠟燭點亮。2.2 設計方案的選擇仿真吹熄的方案選取方案一：傳感器采用駐極體MIC，信號放大電路采用三極管或場效應管，該方式的優(yōu)點是原理清晰，結構簡單；缺點是構成比較電路需要的元器件較多，故其成本較高，且三極管的穩(wěn)定性不好，其性能會隨溫度的變化而發(fā)生改變；方案二：傳感器采用駐極體MIC，信號放大電路采用運算放大器，由運放構成比較電路比較簡單，該方式的優(yōu)點是穩(wěn)定性好，多運放的集成電路中多余的運放可應用于其它的用途，因此，在電路系統(tǒng)設

12、計中可降低成本；其不足之處在于不能夠改變內部電路，設計不夠靈活。經過方案比較，采用對駐極體吹氣仿真蠟燭吹熄，放大電路采用三極管的設計。3 電路的設計3.1 總電路原理分析整個電路由直流穩(wěn)壓電源的+5V插口供電，接通電源后，用打火機向光敏電阻光照，其電阻會減少，使發(fā)光二極管發(fā)光，即點亮蠟燭。當要熄滅蠟燭時，向MIC吹氣，使得放大器的電壓增加。發(fā)光二極管熄滅，即實現了燈的關閉。照明電路也就是電路中的蠟燭由1個發(fā)光二極管構成并帶有1個10k的電阻保護發(fā)光二極。在光敏電阻兩端的金屬電極之間加上電壓，其中便有電流通過，受到適當波長的光線照射時，電流就會隨光強的增加而變大，從而實現光電轉換。光敏電阻沒有極

13、性，純粹是一個電阻器件，使用時既可加直流電壓，也可以加交流電壓。 元器件的選擇1、光敏電阻光敏電阻是采用半導體材料制作，利用內光電效應工作的光電元件。它在光線的作用下其阻值往往變小，這種現象稱為光導效應，因此，光敏電阻又稱光導管。  它的工作原理是：用于制造光敏電阻的材料主要是金屬的硫化物、硒化物和碲化物等半導體。通常采用涂敷、噴涂、燒結等方法在絕緣襯底上制作很薄的光敏電阻體及梳狀歐姆電極，然后接出引線，封裝在具有透光鏡的密封殼體內，以免受潮影響其靈敏度。在黑暗環(huán)境里，它的電阻值很高，當受到光照時，只要光子能量大于半導體材料的禁帶寬度，則價帶中的電子吸收一個光子的能量后可躍遷到導帶，

14、并在價帶中產生一個帶正電荷的空穴，這種由光照產生的電子空穴對增加了半導體材料中載流子的數目，使其電阻率變小，從而造成光敏電阻阻值下降。光照愈強，阻值愈低。入射光消失后，由光子激發(fā)產生的電子空穴對將逐漸復合，光敏電阻的阻值也就逐漸恢復原值。  在光敏電阻兩端的金屬電極之間加上電壓，其中便有電流通過，受到適當波長的光線照射時，電流就會隨光強的增加而變大，從而實現光電轉換。光敏電阻沒有極性，純粹是一個電阻器件，使用時既可加直流電壓，也可以加交流電壓。2、駐極體話筒駐極體話筒具有體積小、結構簡單、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。將模

15、擬式萬用表撥至R×100檔，兩表筆分別接話筒兩電極（注意不能錯接到話筒的接地極），待萬用表顯示一定讀數后，用嘴對準話筒輕輕吹氣（吹氣速度慢而均勻），邊吹氣邊觀察表針的擺動幅度。吹氣瞬間表針擺動幅度越大，話筒靈敏度就越高，送話、錄音效果就越好。若擺動幅度不大（微動）或根本不擺動，說明此話筒性能差，不宜應用。3、三極管的識別三極管，全稱應為半導體三極管，也稱雙極型晶體管，晶體三極管，是一種電流控制電流的半導體器件。其作用是把微弱信號放大成幅值較大的電信號,也用作無觸點開關，俗稱開關管。套件中使用的是PNP型的三極管9012、NPN型的三極管9013，9014。當把有字的面向自己，引腳朝下

16、，總左往右排列是發(fā)射極E，基極B，集電極C。如圖1所示。 圖1 三極管的引腳圖晶體三極管具有電流放大作用，其實質是三極管能以基極電流微小的變化量來控制集電極電流較大的變化量。這是三極管最基本的和最重要的特性。我們將Ic/Ib的比值稱為晶體三極管的電流放大倍數，用符號“”表示。電流放大倍數對于某一只三極管來說是一個定值，但隨著三極管工作時基極電流的變化也會有一定的改變。3.3直流穩(wěn)壓電源的設計直流穩(wěn)壓電源主要是由降壓部分，整流電路，濾波電路和穩(wěn)壓電路四個部分所組成，其原理框圖及各部分輸出波形如圖2所示。圖2 直流穩(wěn)壓電源原理圖設計的穩(wěn)壓電源的要求是當輸入為有效值220V的交流

17、電壓時，能產生±12V、±9V 、±5V三組直流電壓輸出，最大輸出電流為I0max=500mA。設計使用的降壓電路是雙15V交流變壓器，其波形變化如圖3所示。圖3變壓器波形變換整流電路的作用是把經過變壓器降壓過后的交流電通過整流，變成單向的脈動直流電，主要是通過二極管或者集成的整流橋完成的。KBL406整流橋的最大反向電壓是560V，是比較常用的整流橋堆。設計選擇的是KBL406整流橋堆，整流電路的波形變換圖如圖4所示。圖4整流電路波形變換圖3.3.3 濾波電路的選擇經過整流電路之后，得到的是波動較大的脈動直流電，并不能夠完全的濾除交流部分，所以還不能夠作為直流穩(wěn)

18、壓電源使用。濾波電路的作用就是將其中的交流成分濾除掉。在小型的整流濾波電路中，電容濾波電路是最常使用的一種濾波電路。電容有一定的儲能作用。并聯的電容器在電源供給的電壓升高的時候，可以把部分能量儲存起來，當電源電壓降低的時候，可以把這部分的能量釋放出來?？梢允关撦d電壓曲線變得平滑，效果也會比較好。根據濾波電容公式：(2)(3)(4)其中：T為交流電壓的周期，T=0.02s,設計要求的=500mA，代入（4）式，求得=33，再帶入（2）式，求出C=1515uf。實際選擇的時候。濾波電容應該適當取大。所以選擇的是4700uf的電解電容。通常三端穩(wěn)壓器需要接去耦電容和旁路電容?？梢苑乐巩a生振蕩，進一步

19、抑制紋波，提升直流穩(wěn)壓電源的穩(wěn)壓效果。通常使用的去耦電容是104的瓷片電容，旁路電容一般是220uf的電解電容。因為設計要求的輸出電壓為正負12V，正3.3伏和正負5伏，因此使用的三端穩(wěn)壓器型號分別是LM7812，LM1117，LM7805，LM7912，LM7905六種三端穩(wěn)壓器，可以滿足設計要求。4 電路的制作與調試4.1 電路原理圖當光照射到光敏電阻R8時，光敏電阻的阻值減小，產生低電平，Q5導通，LED發(fā)光，音樂芯片唱起生日歌，當對著駐極體話筒MIC吹氣，經過Q1，Q2，Q3的級級放大，產生高電平，Q5截止，所以LED燈熄滅，音樂停止。其中用到了三極管S9012,S9013,S9014

20、,光敏電阻，音樂芯片，LED燈，電容，電阻組成了電路原理圖，圖5為電路原理圖。圖5 電路原理圖4.2 電路仿真與調試4.2.1 電路仿真圖6表示光電式蠟燭Multisim仿真圖如下所示。當光敏電阻阻值減小，則將電路閉合，LED1點亮，測試圖如圖7所示。圖6 光電式電子蠟燭調試圖7光電式電子蠟燭點燃測試圖圖8 光電式電子蠟燭熄滅測試圖圖8表示電子蠟燭熄滅圖，當電位器斷開時，LED燈熄滅。4.2.2 電路的調試電路中采用三極管S9012,S9013,S9014，駐極體話筒，光敏電阻，usb插口或直流穩(wěn)壓電源。當光照到光敏電阻，電阻阻值減小，LED燈亮，音樂芯片唱起生日歌，當對著駐極體話筒MIC吹氣

21、，經過Q1，Q2，Q3的級級放大，產生高電平，Q5截止，所以LED燈熄滅，音樂停止。電路調試圖如圖9,10所示。燈亮的圖如圖9所示，燈滅的圖如圖10所示。 圖9 電子蠟燭點燃圖 圖10 電子蠟燭吹滅的圖設計的直流穩(wěn)壓電源有6種不同的電壓輸出，分別是正負12伏，正負9伏和正負5伏。經過實際的輸出電壓的測量，測出輸出電壓為：12.01V，9.03V，4.99V，-12.04V，-8.99V，-5.02V，和理論的輸出電壓相比，誤差不大，在可以接受的范圍內。直流穩(wěn)壓電源輸出電壓如圖表1所示。表1直流穩(wěn)壓電源輸出電壓表理論輸出電壓實際輸出電壓12V5V-12V-5V5設計總結與體會我們的課程設計課題是

22、光電式電子蠟燭的設計與制作，經過幾個星期的思考和準備，通過對課題的設計，大大提高了自己各方面的能力，例如對書本基礎知識的理解和掌握程度，對資料的查找方法，對自己知識面的擴展和提高。但這其中，也有迷茫和不知所措的時候，要多問一些有經驗的學長或者是老師，把一些不懂的問題搞懂。 在設計課題時資料收集花費了大量的時間，采集的資料不能從頭到尾的抄襲，而要取其所需，找到自己需要的材料才能應用，而后在其中加入自己的思想，組織整理，漸漸有了頭緒。萬事開頭難，只要把原理圖做好，后面就順利多了。接下來就是元件的購買，假如元件沒有的話，就要改原理圖。 經過不斷的創(chuàng)新和修改，終于看了成果。盡管，還

23、有很多不足和欠缺的地方，但是經過這次課程設計，我們學到了合作的快樂，還有學習的樂趣。也讓我們學會了怎樣去面對制作過程中遇到的困難，怎么去解決，讓我學會了思考。讓我們在設計的同時也溫習了一些書本上的定理，親身體會其制作的艱難路程，也為我以后的學習打下了結實的基礎。我們也堅信，以后的設計會越來越好的。經過這段課程設計的日子，我發(fā)現不管是學習哪種軟件，都給我留下了很深的印象。由于沒有接觸，開始學得很費力，但到后來就好了。在每次的課程設計中，遇到問題，最好的辦法就是問別人，因為每個人掌握情況不一樣，不可能做到處處都懂，發(fā)揮群眾的力量，復雜的事情就會變得很簡單。這一點我深有體會，在很多時候，我遇到的困難

24、或許別人之前就已遇到，向他們請教遠比自己在那冥思苦想來得快。參考文獻1.王振宇，李香萍，沈燕.實驗電子技術. 北京：電子工業(yè)出版社，2004。2胡宴如，耿蘇燕。模擬電子技術（第二版）.北京：高等教育出版社，2005.3熊幸明，王新輝，曹才開. 電工電子技能訓練.北京：電子工業(yè)出版社，2004.4金惠幼. 電子電路.北京：人民郵電出版社.1986.5康華光.電子技術基礎（模擬部分）.第四版.  北京：高等教育出版社，1999.6郭培源. 電子電路及電子器件. 北京：高等教育出版社，2000.7章忠全.電子技術基礎實驗與課程設計

25、. 北京：中國電子出版社，1999.8劉潤華. 現代電子系統(tǒng)設計.山東東營：石油大學出版社，1998.9 謝自美.電子線路設計 .武漢：華中理工大學出版社，1994.10周政新. 電子設計自動化實踐與訓練. 北京中國民航出版社，1998致 謝本課程設計是在雷老師精心指導和大力支持下完成的。本課題在選題及設計過程中得到雷老師的悉心指導。她多次為我指點迷津，幫助我開拓設計思路，精心點撥、熱忱鼓勵。她淵博的知識、開闊的視野和敏銳的思維給了我深深的啟迪。通過這次課程設計我從雷老師那學到不少有用的知識，也積累了一定的項目開發(fā)經驗。本課程設計通過

26、兩周的設計與開發(fā)已基本完成，實現了光電式電子蠟燭的基本功能。同時還要感謝同組成員以及同班同學的幫助，如果沒有他們的幫助，我一個人是很難完成此次課程設計的。附錄一元件清單表2 光電式電子蠟燭元器件清單名稱型號數目備注電阻1k若干電阻10k若干電阻100k若干電容10uf若干電容10pf若干排針若干光敏電阻1三極管S9012 S9013 S90145LED1二極管IN41481音樂芯片一片駐極體話筒1USB插口1表3 直流穩(wěn)壓電源元器件清單序號名稱型號與規(guī)格數量備注1變壓器E148*24 50/60Hz1個2整流橋GBU 4061個3電容2700uf2個4電容220uf6個5電容10nf8個6LE

27、D6個7六角開關1個8穩(wěn)壓器L7812、L7912、L7809、L7909、L7805、L7905各1片9排針1排10電源線1條附錄二 電路原理圖圖11 光電式電子蠟燭原理圖圖12 直流穩(wěn)壓電源原理圖附錄三 電路PCB圖圖13 直流穩(wěn)壓電源PCB圖附錄四 實物圖 圖14 電子蠟燭實物圖 圖15 電子蠟燭實物圖 圖16 直流穩(wěn)壓電源實物圖摘要本次課程設計是作出一個七人表決器，要求能實現七人表決器的基本功能，意義在于熟悉EDA的相關技術與方法，掌握VHDL語言，并使用其編寫程序，了解七人表決器的工作原理，設計出七人表決器。七人表決器就是由七個人來投票，當同意的票數大于或者等于4人時，則認為同意；反之，當否決的票數大于或者等于4人時，則認為不同意。實驗中用7個按鍵來表示七個人，當對應的按鍵按下，輸出為高電平時，按鍵所對應的發(fā)光管變亮，表示此人同意；否則若按鍵按下，輸出為低電平時，按鍵所對應的發(fā)光管不亮，則表示此人反對。表決的結果用一個LED表示，若表決的結果為同意，則LED被點亮；否則，如果表決的結果為反對，則LED不會被點亮。同時用七段顯示數碼管來顯示贊成的人數和反對的人數