项目一 三组单颗LED可充电照明手电筒的设计与装调

项目介绍

100年前的一天，从俄国移民到美国的康拉德·休伯特下班回家，一位朋友自豪的向他展示了一个闪光的花盆。原来，他在花盆里装了一节电池和一个小灯泡。开关一开，灯泡照亮了花朵，显得光彩夺目。休伯特看得入了迷，这件事给他以启示。他想到有时在夜晚黑暗中走路，高一脚低一脚很不方便，而且就在不久前他还不得不提着笨重的油灯到漆黑的地下室找东西。如果能用电灯随身照明，不是既实用又很方便吗？于是，休伯特把电池和灯泡放在一个管子里，结果第一个手电筒问世了，从此给人们在黑暗中行走带来了光明。

手电筒是一种手持式电子照明工具。一个典型的手电筒由一个经由电池供电的灯泡、聚焦反射镜、电源开关，以及供手持用的手把式外壳等组成。虽然它是相当简单的设计，但却一直至19世纪末期才被发明，原因是它必须结合电池与电灯泡的发明。在早期，因为电池的蓄电力不足，因此在英文中它被称为“flashlight”，意即短暂的灯。

自19世纪末手电筒发明以来，在人类社会一直得到广泛应用，随着电池、发光体、材料、电子技术、模具技术等的发展，手电筒发光体由传统的普通灯泡逐步演变为近几年的LED发光二极管等，结构形式也由传统的圆筒形演变为各种各样的结构形式，电池也由传统的干电池演变为现在可充电的蓄电池、镍氢电池、锂电池等，在使用的环境和范围上除了具有照明的基本功能外，还拓展了有恫吓、报警和高压自卫等功能（如有照明功能的电警棍）。

现在发光二极管（LED）作为一种高效照明已经不断的走进我们的生活。随着前几年小功率的LED手电筒的出现到现在的单灯1W、3W大功率的出现，不断丰富了人们的手电选择。尤其是航空铝合金的金属手电的出现更让我们心动。现在的LED手电已经降到了十几元一支了，除大功率的单灯是新产品，价格相对高些外，这样的价格已经很能适合很多的用户了。

LED充电手电筒是以发光二极管作为光源的一种新型照明工具，它具有省电、耐用、亮度强等优点。LED手电用多组发光二极管组成，色温很高，给人的视觉感受是非常的亮，这是其特点。还有就是它很节能，耗电量少，LED单颗功率只有0.03～0.06W，蓄电池一次充电能持续亮十多个小时。LED单颗平均寿命长，平均寿命可达6～10万小时，比传统光源寿命长10倍以上。这个产品最大的不足就是照射距离很小，通常约二十几米，远了就看不清了，但这样的距离对一般日常生活使用已经足够了。

会设计和制作一个LED可充电式手电筒在我们的生活中有着较高的现实意义。本项目就是设计和装调一个市场常见的三组LED发光的可充电的小功率手电筒，如图1.0.1所示，要求：

（1）电池采用市场可售小容量可充电铅酸蓄电池（4V，400mAH），如图1.0.2所示。

（2）充电器电路采用市场可售的主要由4只IN4007二极管构成的桥式可控整流电路，图1.0.3（a）为原理图，（b）是实物图，其工作原理可在完成项目五时，自行分析。充电器电路充电插头是如图1.0.4所示的可伸缩滑动接触插头。

（3）采用市场可售的拨动开关，主要技术参数：型号SK-12D01，最高耐压500V，额定发热电流0.5A，机械寿命10000次。如图1.0.5所示。

（4）拨动开关时无论在充电还是蓄电池供电，三组LED灯均要发光，每组LED均只有一颗LED，在蓄电池新充满电时每组发光功率要不低于0.06W，手电筒发光效率（灯发光时输出功率与蓄电池对灯的输入功率之比）不低于80%，一次满充电后，可持续工作6～8小时。

（5）LED单颗发光时工作电压要能在1.5～3.6V范围内可调。

（6）根据所设计电路要求，购买或定制塑料成品外壳和配件，完成手电筒的装配制作。

项目实施步骤：

（1）项目实施文件制定及实施准备；

（2）单组LED灯工作电路的设计、制作与调试；

（3）二组LED灯工作电路的设计、制作与调试；

（4）三组LED灯工作电路的设计、制作与调试；

（5）三组LED可充电手电筒的装配和调试；

（6）成果验收并制定验收报告和项目完成报告。

项目实施必备的知识、技能主要包括：

（1）具有电阻器识别和选用的基本知识和基本应用能力；

（2）具有发光二极管（LED）识别和选用的基本知识和基本应用能力；

（3）具有元器件安装和导线连接的基本技能；

（4）具备直流电压、电流测量以及数据处理和分析的基本能力；

（5）具有欧姆定律、伏安特性、电源外特性、功率计算等简单直流电路的分析应用知识；

（6）具有直流串联、并联、混联等基本电路分析的知识和应用能力。

通过本项目的实施训练，最终达到知识、能力、素养的培养目标如下：

（1）掌握电阻器识别和选用的基本知识，会用色环法识读电阻值，会用万用表测量电阻的阻值；

（2）掌握电路组成、工作状态等基本知识以及电位、电压、电流、电功率等概念的物理意义；

（3）掌握电路模型与电路图、理想元件与实际元件、参考方向与实际方向等概念之间的区别和联系；

（4）会正确使用直流电压表、直流电流表或万用表等常用电工仪表来测量简单的直流照明电路；

（5）掌握发光二极管（LED）等非线性元件应用的基本知识，并会正确识别和选用；

（6）掌握欧姆定律、负载伏安特性、电源外特性等基本知识，会测量负载的伏安特性、电源的外特性，会验证欧姆定律；

（7）掌握串联、并联、混联等直流电路的基本知识，会分析、归纳、总结电路的特点，会测算分析不同连接形式的电路电功率；

（8）会设计、制作、分析研究LED发光电路，掌握直流电路设计的基本方法；

（9）培养学生实验数据的测量、处理和分析进行科学实践研究的基础能力；

（10）使学生能够熟悉企业生产的基本工艺流程和管理方法，培养学生基本的职业素养；

（11）培养学生严肃认真的科学态度；

（12）开发学生的创新设计能力，培养学生观察、思考和分析解决问题的思维能力；

（13）培养学生相互协作、与人沟通的能力以及集体荣誉感和团队精神；

（14）树立学生安全、质量意识；

（15）培养学生专业技术学习和应用的自信心，激发学生自我价值实现的成就感。