基于LED的电子生日蜡烛电路设计

这个电路产生了一套基于LED的电子生日蜡烛。这种蜡烛与吹灭蜡制蜡烛一样具有相同的乐趣，并且它是可重复利用的，可改进的以及环保的。该电路采用一个热传感器使温度高于周围的温度。当你对传感器吹气时，其电阻发生了改变。电路探测到这种改变后会关闭八个LED。当你停止吹气时，除了一个外所有的LED都会亮起。你每吹过一次传感器就会进行一个这样的循环，直到八次后所有的LED关闭。

这个“吹气传感器”由一个47-0，1/4-W加热电阻和一个180-0 NTC热敏电阻相连组成。为了与电阻相连，要刮掉热敏电阻的一个引脚的漆料，从而露出金属接触。然后切断电阻顶部附近的一个引脚。刮掉电阻顶部的漆料，露出其金属表面。然后将电阻与露出的热敏电阻接触焊接起来。

焊接保证了器件之间稳固的热连接。当加热电阻加上电压后，热敏电阻的温度升高，其电阻值下降。如果你对该传感器吹气，使它冷却下来，其电阻值会上升。因此，这个传感器能探测到吹过它的空气。

这个电路的运行电压为6V，可采用四节AA电池或者可充电的铅酸蓄电池。省去了用一个连接电源的主电路来进行安全保护。吹气传感器包括加热电阻R1和热敏电阻R4（图2）。R1通过与一个小电阻R2串联来调节电流。热敏电阻利用R3进行分压。节点X连接到运算放大器U1A的倒相输入端（LM324）。由R5和R6形成的分压器的节点Y连接到U1A的非倒相输入端。U1A放大了节点X和节点Y之间的电压之差。Q1（TIP 122）增强了U1A的输出电流。

U1A输出端的电压波动由T型过滤器（R9，R10，和C2）进行平滑。这些波动是由闪烁的多色LED的电流变化引起的。过滤后的电压流入比较器U1B的倒相输入端，分压器R11和R12使该比较器的非倒相输入端保持在0.5VBAT。比较器的输出经施密特触发变频器U3A和U3B（74HC14），与移位寄存器U2（74HC164）的时钟输入相连。

移位寄存器包含一个8位的串入/并出器件用来一个接一个的关闭LED。移位寄存器的输入端A和B与逻辑高位相接。清零引脚连接到开电复位电路，这个电路由C1，R14和施密特触发逆变器U3C组成。移位寄存器的输出端连接到八个PNP晶体管，Q2到Q9。在上述每个晶体管的集电极电路中，LED1到LED8都相互连接。用于供给集成电路U2和U3的电源来源于采用5.1V的齐纳调节器（D1）的VBAT。

电源接通时，Q1的发射极电压为零，因为节点X的电压比节点Y的电压高。当加热电阻R1给热敏电阻R4加热时，节点X的电压开始降低。渐渐地，Q1的发射极的电压开始增大。开电复位电路清除移位寄存器的数据，U2的八个输出全部变为零。因此，晶体管Q2到Q9开启。随着Q1的发射极电压的增大，LED逐渐亮起。发射极电压在4.7V左右稳定。这一过程大概要40到50秒钟，所有的LED发出最大的光。该电路准备运行。

当生日主角对传感器吹气时，节点X的电压增加，减少了Q1发射极的电压。这样降低了LED的亮度。当LED完全关闭时，比较器U1B的非倒相输入端处的电压降至0.5VBAT以下。然后，U1B的输出上升，从而产生一个时钟脉冲并进入移位寄存器。因为移位寄存器输入端A和B为高位，所以输出端QA上升，晶体管Q2关闭。当所有的LED关闭时，停止吹气，LED再次逐渐亮起。但是LED1将不会亮起，因为晶体管Q2关闭了。为了关闭所有的LED，要重复上述过程八次。

这一电路组装在一个圆形的印刷电路板（PCB）上，八个LED放置在周边，且相互间距离相等。（图3传感器位于前面，而电源线位于背面。成品单元用一个CD当作反射器来提高LED的光输出并将所有元件盖在PCB上。（图4）

使用者可以用以下若干方式来自己定制这一电路：该电路的测试周围温度在20°C 到 30°C （68°F 到 86°F）之间。对于更低的温度，你可能必须要减少R2的值来补偿更高的热损耗。为了加速LED的点亮和熄灭，可通过升高R8的值来增加U1A的增益。通过在每个晶体管中并联多于一个的LED，你可以增加LED的数量。通过用一个移位寄存器输出控制多个晶体管，你可以减少关闭LED的循环次数。