基于LED的電子生日蠟燭電路設(shè)計

這個電路產(chǎn)生了一套基于LED的電子生日蠟燭。這種蠟燭與吹滅蠟制蠟燭一樣具有相同的樂趣，并且它是可重復(fù)利用的，可改進的以及環(huán)保的。該電路采用一個熱傳感器使溫度高于周圍的溫度。當(dāng)你對傳感器吹氣時，其電阻發(fā)生了改變。電路探測到這種改變后會關(guān)閉八個LED。當(dāng)你停止吹氣時，除了一個外所有的LED都會亮起。你每吹過一次傳感器就會進行一個這樣的循環(huán)，直到八次后所有的LED關(guān)閉。

這個“吹氣傳感器”由一個47-0，1/4-W加熱電阻和一個180-0 NTC熱敏電阻相連組成。為了與電阻相連，要刮掉熱敏電阻的一個引腳的漆料，從而露出金屬接觸。然后切斷電阻頂部附近的一個引腳。刮掉電阻頂部的漆料，露出其金屬表面。然后將電阻與露出的熱敏電阻接觸焊接起來。

焊接保證了器件之間穩(wěn)固的熱連接。當(dāng)加熱電阻加上電壓后，熱敏電阻的溫度升高，其電阻值下降。如果你對該傳感器吹氣，使它冷卻下來，其電阻值會上升。因此，這個傳感器能探測到吹過它的空氣。

這個電路的運行電壓為6V，可采用四節(jié)AA電池或者可充電的鉛酸蓄電池。省去了用一個連接電源的主電路來進行安全保護。吹氣傳感器包括加熱電阻R1和熱敏電阻R4（圖2）。R1通過與一個小電阻R2串聯(lián)來調(diào)節(jié)電流。熱敏電阻利用R3進行分壓。節(jié)點X連接到運算放大器U1A的倒相輸入端（LM324）。由R5和R6形成的分壓器的節(jié)點Y連接到U1A的非倒相輸入端。U1A放大了節(jié)點X和節(jié)點Y之間的電壓之差。Q1（TIP 122）增強了U1A的輸出電流。

U1A輸出端的電壓波動由T型過濾器（R9，R10，和C2）進行平滑。這些波動是由閃爍的多色LED的電流變化引起的。過濾后的電壓流入比較器U1B的倒相輸入端，分壓器R11和R12使該比較器的非倒相輸入端保持在0.5VBAT。比較器的輸出經(jīng)施密特觸發(fā)變頻器U3A和U3B（74HC14），與移位寄存器U2（74HC164）的時鐘輸入相連。

移位寄存器包含一個8位的串入/并出器件用來一個接一個的關(guān)閉LED。移位寄存器的輸入端A和B與邏輯高位相接。清零引腳連接到開電復(fù)位電路，這個電路由C1，R14和施密特觸發(fā)逆變器U3C組成。移位寄存器的輸出端連接到八個PNP晶體管，Q2到Q9。在上述每個晶體管的集電極電路中，LED1到LED8都相互連接。用于供給集成電路U2和U3的電源來源于采用5.1V的齊納調(diào)節(jié)器（D1）的VBAT。

電源接通時，Q1的發(fā)射極電壓為零，因為節(jié)點X的電壓比節(jié)點Y的電壓高。當(dāng)加熱電阻R1給熱敏電阻R4加熱時，節(jié)點X的電壓開始降低。漸漸地，Q1的發(fā)射極的電壓開始增大。開電復(fù)位電路清除移位寄存器的數(shù)據(jù)，U2的八個輸出全部變?yōu)榱恪Ｒ虼?，晶體管Q2到Q9開啟。隨著Q1的發(fā)射極電壓的增大，LED逐漸亮起。發(fā)射極電壓在4.7V左右穩(wěn)定。這一過程大概要40到50秒鐘，所有的LED發(fā)出最大的光。該電路準(zhǔn)備運行。

當(dāng)生日主角對傳感器吹氣時，節(jié)點X的電壓增加，減少了Q1發(fā)射極的電壓。這樣降低了LED的亮度。當(dāng)LED完全關(guān)閉時，比較器U1B的非倒相輸入端處的電壓降至0.5VBAT以下。然后，U1B的輸出上升，從而產(chǎn)生一個時鐘脈沖并進入移位寄存器。因為移位寄存器輸入端A和B為高位，所以輸出端QA上升，晶體管Q2關(guān)閉。當(dāng)所有的LED關(guān)閉時，停止吹氣，LED再次逐漸亮起。但是LED1將不會亮起，因為晶體管Q2關(guān)閉了。為了關(guān)閉所有的LED，要重復(fù)上述過程八次。

這一電路組裝在一個圓形的印刷電路板（PCB）上，八個LED放置在周邊，且相互間距離相等。（圖3傳感器位于前面，而電源線位于背面。成品單元用一個CD當(dāng)作反射器來提高LED的光輸出并將所有元件蓋在PCB上。（圖4）

使用者可以用以下若干方式來自己定制這一電路：該電路的測試周圍溫度在20°C 到 30°C （68°F 到 86°F）之間。對于更低的溫度，你可能必須要減少R2的值來補償更高的熱損耗。為了加速LED的點亮和熄滅，可通過升高R8的值來增加U1A的增益。通過在每個晶體管中并聯(lián)多于一個的LED，你可以增加LED的數(shù)量。通過用一個移位寄存器輸出控制多個晶體管，你可以減少關(guān)閉LED的循環(huán)次數(shù)。