光电式电子蜡烛课程设计说明书

模拟电子技术课程设计说明书光电式电子蜡烛

院、部：电气与信息工程学院

学生姓名：

指导教师：职称副教授

专业：电子信息工程

班级：

学号：

完成时间：2016年6月

《模拟电子技术》课程设计任务书学院：电气与信息工程学院

《模拟电子技术》课程设计任务书学院：电气与信息工程学院

摘要

本次模电课程设计课题是光电式电子蜡烛，光电式电子蜡烛是一个模拟真实蜡烛的实验产品，传统蜡烛有各种缺陷，对大气造成污染且容易引起火灾，光电式电子蜡烛用电路来实现蜡烛的功能，利用火柴来点燃蜡烛，用嘴吹灭蜡烛，实现了无污染，无危害，而且随时可以开关，不会造成浪费。设计的系统主要由传感器、放大电路、比较电路，驱动电路等模块组成，由光照光敏电阻仿真点蜡烛，风吹驻极体仿真吹蜡烛。在软件设计上引入了状态机的思想，使程序结构清晰化。电子蜡烛的工作原理，采用光敏管用火柴照亮下使发光管发光作为蜡烛，通过时基集成电路，继电器和吹气开关实现对发光管的控制，设计电路，选取元件并制作出器件，实现电子蜡烛功能。

关键词：继电器；吹气；光敏电阻

目录

1 概述 (1)

2 设计方案的论证 (2)

2.1 设计方案的比较 (2)

2.2 设计方案的选择 (2)

3 电路的设计 (3)

3.1 总电路原理分析 (3)

3.2 元器件的选择 (3)

3.3 直流稳压电源的设计 (5)

3.3.1 变压电路的选择 (5)

3.3.2 整流电路的选择 (5)

3.3.3 滤波电路的选择 (6)

3.3.4 稳压电路的选择 (9)

4 电路的制作与调试 (7)

4.1 电路原理图 (7)

4.2 电路仿真与调试 (8)

4.2.1 电路仿真 (8)

4.2.2 电路的调试 (9)

4.3 直流稳压电源的调试 (10)

5 设计总结与体会 (11)

参考文献 (12)

致谢 (13)

附录一元件清单 (14)

附录二电路原理图 (16)

附录三电路PCB图 (17)

附录四实物图 (18)

1 概述

原始时代的火把是蜡烛的起源。那时候原始人把脂肪或者蜡一类的东西涂在树皮或木片上，捆扎在一起，做成了照明用的火把。公元前3世纪左右出现的蜜蜡就是我们今天所见的蜡烛的雏形。

1820年，法国人强巴歇列发明了三根棉线编成的烛心，使烛心燃烧时自然松开，末端正好翘到火焰外侧，因而可以完全燃烧。但蜡烛还有待进一步完善，它的材料一般是有许多缺点的动物油脂，解决这一难题的是舍未勒尔等人。1809年6月至7月间，法国科家舍夫勒收到一家纺织厂的来信，请他分析、确定他们寄来的一个软皂样品的成份。在仪器设备非常简单、朴素的学校实验，他研究了皂化过程中需要使用的各种油脂。经过大量实验，他第一次发现了这样的事实：在一切油脂中，不论其来源如何，脂肪酸的含量均占95%，其余的5%则是皂化过程中生成的甘油。

通过研究他搞清了皂化过程的本质，同时他还有一项重大的发现：当时用油脂做成的蜡烛，由于里面有甘油，燃烧时火焰带烟，气味难闻。若改用硬脂酸做成蜡烛，燃烧时不仅火焰明亮，而且几乎没有黑烟，不污染空气。

舍夫勒尔把他的发现告诉盖一吕萨克，并建议两人共同研究如何具体解决这个问题。他们用强碱把油脂皂化，再把得到的肥皂用盐酸分解，担取出硬脂酸。这是一种白色物质，手摸着有油腻感，用它制成的蜡烛质地很软，价钱更加便宜。1825年，舍夫勒尔用硬脂酸制成石蜡硬脂蜡烛，在人类照明史上开了一个新纪元。现在，各种材料的工艺蜡烛已经成为销售的主流，透明的果冻蜡，各种颜色、各种形状、各种功能的艺术蜡烛更是层出不穷，相信以后随着各种技术的不断提高和各种蜡烛原材料的普及使用，艺术蜡烛定会发展到一个相当高的阶段。到那时，蜡烛不再仅仅是简单的照明，而是融合了浪漫、艺术、养生、欣赏、照明、宗教等等各种功能走入我们平常的生活之中。

2 设计方案的论证

2.1 设计方案的比较

(1) 音乐存储设计方案

按任务要求，一次生日快乐歌和鼓掌声的执行时间需要约20秒；语音芯片有20秒语音录放电路；此外，有模拟处理存储方式，使录放音质保真性较高，抑制背景噪音能力强，且断电后语音内容不丢失。

(2) 仿真点亮的方案选取

方案一：传感器采用光敏电阻。该方式采用非接触式仿真，通过光线的亮暗控制仿真蜡烛与语音芯片。该方式优点是触发点亮动作较简单；缺点为光线太亮会触发动作，即点亮蜡烛。

方案二：传感器采用热敏电阻。利用热敏电阻的阻值随温度变化的原理，可采用热敏电阻仿真点蜡烛的过程。其优点为仿真点蜡烛的动作逼真，信号检测稳定；缺点是火焰直接接触传感器，传感器易于损毁。

经过方案比较，权衡其优缺点，采用光敏电阻通过照亮的方式仿真蜡烛点亮。

2.2 设计方案的选择

仿真吹熄的方案选取

方案一：传感器采用驻极体MIC，信号放大电路采用三极管或场效应管，该方式的优点是原理清晰，结构简单；缺点是构成比较电路需要的元器件较多，故其成本较高，且三极管的稳定性不好，其性能会随温度的变化而发生改变；

方案二：传感器采用驻极体MIC，信号放大电路采用运算放大器，由运放构成比较电路比较简单，该方式的优点是稳定性好，多运放的集成电路中多余的运放可应用于其它的用途，因此，在电路系统设计中可降低成本；其不足之处在于不能够改变内部电路，设计不够灵活。

经过方案比较，采用对驻极体吹气仿真蜡烛吹熄，放大电路采用三极管的设计。

3 电路的设计

3.1 总电路原理分析

整个电路由直流稳压电源的+5V插口供电，接通电源后，用打火机向光敏电阻光照，其电阻会减少，使发光二极管发光，即点亮蜡烛。

当要熄灭蜡烛时，向MIC吹气，使得放大器的电压增加。发光二极管熄灭，即实现了灯的关闭。

照明电路也就是电路中的蜡烛由1个发光二极管构成并带有1个10kΩ的电阻保护发光二极。

在光敏电阻两端的金属电极之间加上电压，其中便有电流通过，受到适当波长的光线照射时，电流就会随光强的增加而变大，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，也可以加交流电压。

3.2 元器件的选择

1、光敏电阻

光敏电阻是采用半导体材料制作，利用内光电效应工作的光电元件。它在光线的作用下其阻值往往变小，这种现象称为光导效应，因此，光敏电阻又称光导管。

它的工作原理是：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，然后接出引线，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—空穴对增加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—空穴对将逐渐复合，光敏电阻的阻值也就逐渐恢复原值。

在光敏电阻两端的金属电极之间加上电压，其中便有电流通过，受到适当波长的光线照射时，电流就会随光强的增加而变大，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，也可以加交流电压。