江苏城市职业学院五年制

江苏城市职业学院五年制（高职）

毕业设计说明书

设计课题: LED节能灯的设计

学校: 江苏城市职业学院大丰办学点

学生姓名: 丁渐敏

学号: 0736080107

专业：应用电子技术

指导教师姓名: 赵晓梅

指导教师职称: 助理讲师

二○一二年二月二十六日

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LED节能灯的设计

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——节能。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节能灯的电路设计。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LED节能灯的设计，我设计了一种电路新颖、安全节电、结构

简单、安装方便、使用寿命长的白炽灯节能照明灯。

在本设计中介绍了多种路灯控制器的组成、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。

关键词：与非门放大；光敏二极管；延迟电路。

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目录

第一章 LED节能照明灯设计 (4)

摘要 (4)

1.1 绪言 (4)

1.2 课题背景........................................... 错误！未定义书签。

1.3 课题研究的目的和意义 (6)

1.4 国内外概况......................................... 错误！未定义书签。第二章 LED灯的发展历史.. (6)

第三章LED灯的优点........................................ 错误！未定义书签。

3.1 发光效率高......................................... 错误！未定义书签。

3.2 耗电量少........................................... 错误！未定义书签。

3.3 使用寿命长......................................... 错误！未定义书签。

3.4 安全可靠性强....................................... 错误！未定义书签。

3.5 环保............................................... 错误！未定义书签。

3.6 其他............................................... 错误！未定义书签。第四章 LED灯的发光原理、特性.............................. 错误！未定义书签。

4.1 LED灯的发光原理.................................... 错误！未定义书签。

4.2 LED灯的发光机理.................................... 错误！未定义书签。

4.3 LED灯的发光效率.................................... 错误！未定义书签。

4.4 LED灯的光学特性.................................... 错误！未定义书签。

4.5 LED灯电气特性...................................... 错误！未定义书签。

4.6 LED热学特性........................................ 错误！未定义书签。

4.7 大功率LED封装..................................... 错误！未定义书签。

4.8 LED灯的寿命........................................ 错误！未定义书签。第五章 LED的主要参数...................................... 错误！未定义书签。

5.1主要参数............................................ 错误！未定义书签。

5.2 LED电学特性........................................ 错误！未定义书签。

5.2.1正向死区...................................... 错误！未定义书签。

5.2.2正向工作区.................................... 错误！未定义书签。

5.2.3反向死区...................................... 错误！未定义书签。

5.2.4反向击穿区.................................... 错误！未定义书签。

5.3最大允许功耗PFm .................................... 错误！未定义书签。

5.4响应时间............................................ 错误！未定义书签。第六章方案选择............................................ 错误！未定义书签。

6.1LED利用门电路来完成声光控的调节..................... 错误！未定义书签。

6.2采用LM317供电...................................... 错误！未定义书签。

6.3使用了数字集成电路cd4011 ........................... 错误！未定义书签。第七章总体方案............................................ 错误！未定义书签。

7.1课题分析............................................ 错误！未定义书签。

7.2设计方案............................................ 错误！未定义书签。

7.3方案论证............................................ 错误！未定义书签。

7.4电路的工作原理...................................... 错误！未定义书签。

7.5器件的选择及检测方法................................ 错误！未定义书签。

7.5.1 ic选择cmos数字集成电路cd4011................ 错误！未定义书签。

7.5.2 测量方法...................................... 错误！未定义书签。

7.6.安装制作........................................... 错误！未定义书签。第八章结果和结论.......................................... 错误！未定义书签。

8.1.实验结果........................................... 错误！未定义书签。

8.2.实验结论........................................... 错误！未定义书签。第九章总结................................................ 错误！未定义书签。第十章谢辞................................................ 错误！未定义书签。第十一章参考文献.......................................... 错误！未定义书签。

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第一章 LED节能照明灯设计

1.1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。该电路在设计时应用了仿真软件，来进行仿真然后才确定下来的，虽然用的仅仅是EWB软件，但是在论文中也是比较有特色。能够使人们在不知不觉中感受方便。

1.2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！

1.3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：用声光控延时开关代替住宅小区的楼道上的开关，只有在天黑以后，当有人走过楼梯通道，发出脚步声或其它声音时，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。在白天，即使有声音，楼道灯也不会亮，可以达到节能的目的。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，环保型节能荧光灯是白炽灯的替代者。

节能荧光灯VS白炽灯，胜券在握已无悬念，但楼道照明却限制了荧光灯的使用，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荧光灯的使用寿命，所以声光控白炽灯在楼道照明领域得到广泛应用。

1.4国内外概况

由于近年来我国的照明器材行业的迅速崛起，中国已经成为电光源产品的主要输出国之一。照明器材行业属一般性竞争行业，是我国轻工业对外开放较早的行业之一。WTO后，国际上一些知名品牌大企业相继进入国内产销领域，使得国内竞争国际化。努力增加节能光源和不同档次、花样、不同用途的照明器具的开发，加快绿色、节能光源产品的开发推广和应用是我国目前照明器材行业结构调整的重点。我国照明器材行业将面临着前所未有的机遇和挑战，而由此带来的巨大商业利益也成为一些企业瞩目的焦点。

随着全球经济一体化，发达国家产业调整的步伐进一步加快，一般照明电器产品生产大量向发展中国家转移，而中国又是一个比较适合的国家，一是中国具备生产这些产品的条件，二是劳动力成本比较低，从而使中国逐步成为照明电器产品出口大国。展望未来的国内市场，需求仍会呈逐年增长趋势，以下强力因素都预示着我国照明市场仍有很大的潜力可挖。基础设施建设方面：机场、铁路、港口、城市轨道交通等讯速发展，每一项工程均需要照明。城市亮化工程方面：城市广场、绿地、道路、建筑物泛光照明，已从大城市发展到中小城市。

根据国内外市场需求预测，我国照明电器行业的高速增长期还将继续，对未来的预测如何更加科学化是我们面临的问题。进一步提高照明产品的质量和档次进一步提高照明产品的质量和档次，这既是当前摆在我们面前的课题，同时也是全行业共同努力的长期目标。就国内市场需求而言，人们生活水平逐步提高，对生存环境质量的要求也越来越高，对照明电器产品提出更高的要求。新的建筑照明标准已完成制订工作，即将批准执行，新标准基本与国际接轨，对不同场合的照明提高了要求，也需要我们

生产企业适应新标准的要求，为各类照明场所提供相应的产品。从国际市场分析，虽然我们的出口逐年大幅度增长，但我国大部分产品在国际市场仍属中低档水平，去过法兰克福的人都有体会，我们的产品与国际先进水平相比还存在较大差距。另外，如果大量劣质低价产品出口，还会遭遇反倾销诉讼，从而影响全行业出口，因此我们仍要大声疾呼，质量是企业的生命。我国目前已成为世界照明电器产品生产大国，我们的目标是要成为照明电器产品生产强国，我们与发达国家在照明电器产品的质量、档次、生产工艺、设备、材料以及新产品开发能力等方面均存在明显差距。看到我们取得成绩的同时，也能清醒地认识我们存在的差距，才能不断地进步。让我们全行业共同努力，为照明电器行业的健康发展

做出更大的贡献。中国照明电器协会理事长陈燕生在2006年6月19日时预测说；“LED可望在5年左右广泛应用于普通照明”。

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第二章 LED灯的发展历史

LED是一种能够将电能直接转化为可见光的半导体发光器件，材料使用III-V族化学元素[如：磷化镓(GaP)、砷化镓(GaAs)等]，发光原理是将电能直接转换为光能，也就是对化合物半导体施电流，透过电子与电洞的结合，能量会以光的形式释出，形成发光的效果，属于冷性发光，理论寿命长达十万小时以上。最早LED光源问世于20世纪60年代初。当时所用的材料是砷磷化镓（GaAsP），发红光（λp=650nm），在驱动电流为20毫安时，光通量只有千分之几个流明，相应的发光效率约0.1流明/瓦。70年代中期，引入元素铟（In）和氮（N ），使LED产生绿光（λp=555nm），黄光（λp=590nm）和橙光（λp=610nm），光效也提高到1流明/瓦。到了80年代初，出现了砷铝化镓（GaAlAs）的LED光源，使得红色LED的光效达到10流明/瓦。LED具有体积小、寿命长、驱动电压低、耗电量低、反应速率快、耐震性佳等优点，被广泛应用于信号指示、数码显示等领域。随着技术的不断进步，超高亮LED的研制得到了成功，尤其是白光LED 的研制成功，近年来又生产出用超高亮白光LED发光二极管组装的照明灯。与传统的照明灯相比，在功耗、亮度与寿命方面以无与伦比的优势成为21世纪新光源，使得它越来越多地用在彩灯装饰和照明领域。未来白光LED发光二极管的市场规模与应用将无限宽广，并将进入一般家庭，取代各种传统的室内外照明灯具。LED最大的特点在于无须暖灯时间、开关次数对寿命无影响、反应速度快(约在10-9秒)、安全而且光源控制成本低，使频繁开关成为可能，及运用于声光控灯上的最佳光源。

LED声光控灯是及LED灯和声光控电路为一体，安装方便，使用寿命长，灯口采用国标E27。LED采用高亮度白光LED，单颗亮度6LM以上，色温6500-7500，总能耗为2.5W相当于40W白炽灯的亮度。声光控电路是集声学、光学和延时技术为一体组成的自动照明开关，白天或光线较强时，开关电路为自锁状态，LED 灯不亮，当光线黑暗时或晚上来临时，开关进入预备工作状态，此时，当来人有脚步声、说话声、拍手声等声源时，开关自动打开，灯亮，延时一段时间后自动熄灭，从而实现了“人来灯亮，人去灯熄”，杜绝了长明灯，使得LED声光控灯低能耗、长寿命。

第三章LED灯的优点