关于多功能台灯的论文
1 绪言
1.1 课题背景与目的
台灯是深刻改变人们生活的现代奇迹之一，随着国民经济的发展，人民的生活水平的提高，台灯在家庭、学生宿舍等地方得到了广泛的应用。
台灯是人们生活中用来照明的一种家用电器。它一般分为两种，一种是立柱式的，一种是有夹子的。它的工作原理主要是把灯光集中在一小块区域内，集中光线，便于工作和学习。一般台灯用的灯泡是白炽灯或者节能灯泡。 有的台灯还有应急功能，用于停电时无电照明已用来应急。一般台灯用的灯泡是白炽灯或者节能灯泡。
从目前的情况来看，台灯市场保持很高的需求量。
1.2 台灯的发展过程
IngoMaurer 生于1931年的德国设计师。距今为止Ingo 设计了120多种不同类型的灯和照明装置，而世界上更是有着无以记数的展会现场，公共空间，建筑设施，私人处所的美妙氛围是由IngoMaurer 所一手营造。IngoMaurer 最早的自发的接触到光（灯）的设计来源于其对灯的着迷，他为之形容为“perfectunionoftechnologyandpoetry”（技术与诗意的完美结合）。1966年IngoMaurer 受惠于波普艺术设计了其第一件作品：一款拥有有巨大灯泡的台灯，完成了其向电灯的发明者爱迪生的敬礼。此后的30多年间，IngoMaurer 一直为光—简单之美的诗意追求而不断创造。1992年，Lucellino 带着诗意的天使翅膀飘落人间—这也是IngoMaurer 最受赞誉和畅销的作品。工作在慕尼黑的“诗人”既不是极简主义者也不是牢牢守着那些设计理论的设计师。只有对“无限多样性”的追求才是IngoMaure 的一件件作品所要平静地阐发的。对他而言，设计不过是一种可以从日常生活就能获取灵感的有趣科学。一件件的作品的创作可以说也就是一次次和灵感的偶遇，IngoMaurer 用他安静的敏锐将灵感捕获，再用他诗人的气质将一切的美展现给一双双为之闪亮的双眸。IngoMaure 走在技术的前沿，是一个“先锋诗人”。LED （发光二极管）技术刚出现，IngoMaure 马上就把其运用
到了LaBellissimaBrutta （1997）的设计上，让新技术散发诗的光芒。其后作品ohoodoo(1999),Stardust(2000)和El.E.Dee(2001)的设计则无一不继续延续了IngoMaure 试验风格和技术先锋的诗意设计美学。
1.3 国内的现状
目前市场上的台灯按其种类可分为三种：一种是普通的白炽台灯, 一种是卤素台灯、另一种是荧光台灯。采用普通的白炽灯泡或卤素灯的台灯, 其优点是价廉、发光的连续性能好, 缺点是耗能多, 尤其夏天会使人感到热。由于灯丝发光较集中, 如果其功率稍大就会产生眩光, 反之, 又会造成照度不够。另一种普通荧光灯的台灯, 因荧光管发光面较大, 从而被照射面光线较均匀, 被照射物后影形较小, 对眼睛有较小干扰。但它的显色指数低, 且其频闪效应使眼睛容易疲劳。
1.4 关于课题研究及论文
在本次课题研究中我们将参考从各个方面收集的资料和文献，博取其精华，并对其从外观上进行改进。研究内容主要包括以下方面：
(1) 熟悉现在台灯的内部构造以及使用过程中所存在的问题；
(2) 超外差收音机的工作原理和使用方法；
(3) 超声波驱虫装置原理以及使用方法；
(4) LED 台灯设计原理及实现方案；
(5) 如何利用高效催化活性炭过滤空气；
(6) 台灯内置迷你音箱，外配USB 插口。
2 总体方案的实际选择
2.1功能要求
台灯作为生活中不可缺少的灯具，也发展到了很完美的地步。为了进一步方便广大学生及办公人员的使用，我们设计了一种复合型多功能台灯。它不仅具有节能、环保、实用、安全等特点，还可以用来杀蚊除虫、收听广播，进而不仅解决了你在闷热夏季时有蚊虫叮咬的烦恼，而且在伏案学习工作之余还可听听广播，缓解一身的疲劳。其次，这种类型的台灯还有语音提醒功能，使用者只须把自己的学习或工作安排以时间模式存储在台灯的语音备忘装置中，当到所设置的时间时，它就会提醒使用者去做自己计划的事情，从而避免使用者由于工作繁忙
而忘记自己原计划安排的事情。
预定功能要求（科研立项时）：
(1) 在台灯罩的背面装有蓝紫弱光灯，无辐射，用来引诱蚊虫；并且在蓝紫弱光灯上安上安全电网，用来杀虫除蚊。
(2) 它配有收音机装置，使用者可以收听广播来缓解疲劳。
(3) 它还配有语音备忘装置，可以提醒使用者做自己安排的事情。
(4) 它也可以根据使用者的需要，来调节台灯的光亮程度, 缓解使用者的眼疲劳。
2.2具体方案的选择
当我们立项进行到中期时，我们遇见了许多技术性问题；这改变了我们初期的设计思路。
问题一：利用高压电网杀虫，效果并不理想。
初期时，我们想利用晶体管对电路的放大作用，使得电路由低压变成高压；蚊虫触及高压电网时，能够把它杀死。可是在真正的使用过程中，我们发现了蚊虫自觉触电的机率并不高；而且即使触电，也不能把它们完全电死。同时，使用者在利用台灯照明时也很可能伤及自己，存在着安全隐患。经过组内的一致讨论和老师的指导，我们决定采用超声波电路进行驱虫。
问题二 ：语音备忘装置超出了我们研究能力。
开始，我们在多功能台灯上装上语音备忘功能，目的是为了给使用者提供帮助，及时提醒需要做的事情。可是此装置技术含量高，我们最终选择了放弃。
问题三：超声波驱虫装置对收音机的信号具有干扰性。
我们在台灯上安装上收音机，为了能够让使用者在学习办公之余缓解一下疲劳。但是超声波驱虫装置产生21—23KHZ 的声波，影响收音机的正常工作；经讨论，去除收音机装置。
根据具体的实际的情况，我们确定了如下的设计方案：
(1) 采用LED 灯，亮度高，光线均匀；纯净直流净光照明，护眼无频闪。
(2) 台灯内配有高效催化活性炭，快速净化空气：采用高效催化活性炭功能，具有物理吸附双重作用净化空气，并能快速吸附空气中的甲醛、氨气、苯及颗粒烟尘，另外还能消除因室内装修而产生的异味及油漆味和其他有害
气体。
(3) 外接USB 插头内置多媒体迷你音箱，可外接音频播放器放多媒体音乐，让音乐常伴左右。
(4) 台灯上配有超声波驱虫器，利用产生的声波进行驱赶蚊虫。
3 前期研究性报告
3.1 LED台灯设计原理及实现方案
LED 照明以其高节能、长寿命、利环保的特点成为大家广为关注的焦点。LED 光源作为第四代新型节能光源, 作为光源的白炽灯其发光效率只有百分之五，而LED 光源的发光效率几乎接近百分之九十。台灯是家家户户都在使用的普通灯具，这几年因高亮度的LED 光源制造技术突飞猛进，生产成本节节下降，所以人们常采用LED 光源作为高亮度、高效率而又省电、无碳排放的照明光源。
3.1.1 LED台灯工作原理
遵循安全第一的民用电器的设计理念，LED 光源是一种低电压直流恒流源的发光器件，不能用100～220V 的交流高压电直接点亮，因此，LED 台灯方案的设计思路是，首先要将高压的交流电变换成低压的直流恒流源，才能点亮LED 光源。使用最经济有效的方法降压和进行交直流变换是设计的首要考虑，当今便携式电子产品使用交流电源的交直流降压变换器——适配器(Adapter)已成为既经济实惠、又现成好用的首选。
适配器的输出电压要求稳定在DC12V ，输出电流要根据LED 光源的功率来选择，一般要给予30%的余量，以3×1W 的白光LED 光源为例，1W 的白光LED 的标准工作电流应为350mA ，因而3个LED 光源串联其电路需要的电流也是350mA ，考虑到延长LED 寿命和降低光衰，可以设计为300mA ～330mA ，不会明显的影响LED 发光的亮度，所以适配器的输出电流应选750mA ～1A 的。
一种简洁实用的LED 台灯方案如图3.1所示。AC220V 经由适配器在灯具外安全降压变换，向LED 台灯提供稳定的12V 直流电源，在台灯底座壳内安置恒流源电源板，将直流电压变换成稳定的直流恒流源，以满足LED 光源发光的技术要求。在直流恒流源前可加一电源开关，以便在台灯不用时可关断直流电源，但不能关断220V 交流电源，因此不用时应从墙上取下适配器的电源插头，这也
是这个实用方案的唯一“缺点”。
图3.1 LED灯实物及其工作原理
3.1.2 LED光源工作原理
LED 光源工作的主要参数是VF 、IF ，其它相关的是颜色/色温/波长/亮度/发光角度/效率/功耗等。LED 是一个PN 结二极管，只有施加足够的正向电压才能传导电流，VF 正向电压是为LED 发光建立一个正常的工作状态，IF 正向电流是促使LED 发光，发光亮度与流过的电流成正比例。白光LED VF 标称电压：
3.4V ±0.2V 。
3.1.3 电感的选择
以3×1W 的高亮度白光LED 光源的设计案例而言，三个1W 的LED 光源串联，其工作电流可设计为300～350mA ，L 的电感量应选用68uH ～100uH ，Q 值大于50，饱和电流大于800mA 的磁路闭合电感器。
PT4115的设计最佳工作频率在1MHz 以下，电感量大小会影响其工作频率，本方案的电感设计在68uH 以上，这样系统工作频率可以控制到1MHz 以下。如果电感量小了，工作频率趋高，由于PT4115内部电流检测电路响应速度限制，对内部电流正常检测出现影响，不能更好地实现对内部开关的导通/关断控制。
另外由于高频率会带来较大的开关损耗，使芯片运行在较高的结温下，电应力加大，不利于稳定工作。另外电感量太小还会导致PT4115的SW 端烧坏，而无输出。
图3.2 PT4115LED光源驱动电路
LED 光源的驱动电路就是把12V 直流电压变换成稳压的恒流源。
PT1145用于1—6W 的白光LED 光源驱动方案时只需四个零件（如图3.2），Cin 是输入滤波电容，Rs 设定流过LED 的电流IF ，Rs=0.1/1LED；L 是续流电感，D5是续流二极管。
3.1.4 适配器的选择
适配器为本方案LED 台灯提供稳定的交流电源->交直流降压变换，它的实时带载输出能力将影响本方案LED 台灯的性能，用于本方案3X1W 白光LED 台灯的适配器，它在带载时输出电流应大于1A ，电压应稳定在DC12V 。
3.2 超声波驱蚊器
咬人的蚊子一般都是怀卵的雌蚊，雄蚊并不咬人。而雌蚊在怀卵期间又不喜欢与雄蚊接近, 它们一感觉到雄蚊所发出的频率在21一23kHz 的超声波信号，就会避而离去。本超声波驱蚊器，使其发出模拟雄蚊的超声波，从而驱逐雌蚊，避免蚊子叮咬。
3.2.1 工作原理
图3.3是一个以产生21—23kHz 的超声波驱蚊电路图。闭上电源开关SW ，发光二极管VD 指示工作信号。单结晶体管VT1与电阻Rl 、电位器RP 及电容C1组成一个超声波振荡电路。电源GB 经Rl 、RP 向电容C1充电，当充电达峰点电压时，单结晶体管VT1开启，并经电阻R3放电，当C1两端的电压下降到峰点以下时，单结晶体管VT1截止。如此反复充电放电，产生振荡。调节电位器RP 能改变振荡频率，使之在21—23kHz 左右。该振荡信号经电容C2耦合至VT2组成的放大电路，放大后的信号由电容C3输出，给压电陶瓷蜂鸣片BC 发出超声波。
图3.3 超声波驱蚊电路
3.2.2 元器件选择
单结晶体管VTl:BT33C
三极管VT2：9018
压电陶瓷片BC:HTD—27A 型
电源GB ：选用4F22—DC6V 层叠电池
3.2.3 调试与使用
(1)全部电路元件可以安装在一块印刷电路板上。最后将电路板固定在一个废旧袖珍收音机壳或肥皂盒内。压电陶瓷片B 选用HTD —27A 型，可以直接用502胶水将其粘在机壳内原扬声器位置上。
(2)本驱蚊器的驱蚊效果主要取决于电路的振荡频率；要反复调试电位器RP ，使电路振在雌蚊最反感的频率上。此外，电路的输出功率大小也有很大的关系，输出功率大则驱蚊范围大效果好；反之，输出功率小则效果差。
(3)为提高电路的输出功率，可以增加末级输出功率，最好的办法就是增加一级功率放大，将6v 改成9v 的层叠电池，以提高超声波的辐射强度。
3.3 超外差式收音机设计方案
3.3.1超外差收音机装置
将所要收听的电台在调谐电路里调好以后，经过电路本身的作用，就变成另外一个预先确定好的频率，然后再进行放大和检波。这个固定的频率，是由差频的作用产生的。如果我们在收音机内制造—个振荡电波(通常称为本机振荡) ，使它和外来高频调幅信号同时送到一个晶体管内混合，这种工作叫混频。由于晶体管的非线性作用导致混频的结果就会产生一个新的频率，这就是外差作用。采用了这种电路的收音机叫外差式收音机，混频和振荡的工作，合称变频。外差作用产生出来的差频，习惯上我们采用易于控制的一种频率，它比高频较低，但比音频高，这就是常说的中间频率，简称中频。任何电台的频率，由于都变成了中频，放大起来就能得到相同的放大量（见图3.4）。
图3.4 超外差收音机工作模拟图
3.3.2超外差电路及原理
由于放大电路对各个频率的信号放大特性不同，这就造成了电路对不同频率的无线电波解调出来的信号幅度也不同，也就是这个解调信号受到的频率的影响，在换电台时，声音大小就有明显的变化。为了解决这个问题，于是就出现在超外差收音机。
所谓超外差，就收音机本身产生个一振荡，与外部信号混合，这个混合信号主要是，两个信号的“和频”和“差频”，取其“差频”，改变电路的参数，使其“差频”为465KHZ ，这个差频信号含有电台发射的信号。由于本振电容与调谐电容是相关联的，所以当参数一定时，对于每个电台，电台的频率和本振频率都相差为465KHZ ，这个差频称为中频信号。对于每个电台，都对这个中频信号解调。
当CA 调谐于某个电台时，其信号能过磁芯和线圈耦合到Q1的基极，本振则由Q1与中周T2组成的电感耦合式LC 振荡电路。这个信号由发射极注入，与基极信号混频。因此Q1在这里的作用是放大，本振与混频。T3调谐于465KHZ ，混频信号经T3选频后，送往Q2。
Q2为选频放大电路，其输入耦合到Q3，由于三极管基极的单向导电性，所以输出波形只有输入信号的上半部分的反向。经C4和C5滤除高频成分，剩下音频信号。经C6耦合得
低频功放部分。（见图3.5）
图3.5 超外差收音机的工作原理电路图
4 结项报告和论文
4.1 结项报告
我们在前期研究过程中，充分了解超声波驱虫器和LED 灯工作原理及使用方法；同时，为了避免超外差收音机和驱虫器之间信号相互干扰，我们放弃了在多功能台灯上安装收听广播的功能。考虑到能够更好的给使用者带来方便，我们在多功能台灯上添加高效催化活性碳功能和内置迷你音箱及外配USB 插口。以下我们将给高效催化活性碳装置作个简单的介绍。
4.1.1高效活性炭工作原理：
以高效吸附性的特种球状活性炭为载体，经过高科技深加工精制而成，它的空隙结构发达，是普通活性炭的5倍，其比表面积为1500m2/g（一般活性炭比
表面积700m2/g），特别是孔结构与众不同，空隙直径大于0.45nm 且小于2nm 微孔占总数90%以上。正好与有毒有害气体直径相容，当甲醛、笨、甲苯等有害分子运动碰到活性炭表面时，便被捕捉，难以跑出。这些分子又被接着未碰的分子碰撞向孔深处，直至孔隙被这些分子填满为止。所以对吸附有毒有害气体而言，高效活性炭是最理想的，它完全是靠分子运动，分子引力而产生的吸附，没有任何化学反应存在。（见图4.1）
4.1.2 音乐播放功能
图4.1 活性炭预留空隙图
台灯座上内置迷你音箱，外接音频插口；可以直接连接Mp3等音乐播放器。同时，台灯座上有USB 插口，可连接电脑对其进行供电。（见图4.2）
图4.2 台灯的结构示意图
4.2结项论文
通过对现实生活中各种各样类型的台灯了解，我们发现大部分台灯虽然能够满足使用者的不同需求，但是不同种类的的灯都有着多多少少的缺陷。例如，有的台灯使用白炽灯光照明 ，可是这类台灯具有频闪现象，给使用者的视力带来无形的伤害；又如，当打开台灯时会吸引大量的蚊虫，干扰使用者的正常学习和办公；还有一些台灯使用荧光灯照明，不仅耗能，而且还会产生大量的热量。台灯是我们日常生活中必不可少的家用电器，它在提供照明的同时还在一定程度上装饰了居室；当然我们希望有一种更贴近大众生活的多功能台灯。
针对现实生活中台灯所存在的缺点，我们搜集了各个方面的资料，最终确定要制作一种复合型的多功能台灯，目的是满足广大使用者的需求。这种台灯具有更新颖的，更前潮的使用特点。它具有超声波驱蚊的能力，不仅如此，它还具有高效催化活性碳装置进行室内空气净化；同时，为了能够给使用者提供音乐欣赏及对电脑进行照明，多功能台灯内置迷你音箱外接音频插孔和USB 接口。我们秉承着踏实认真的态度和无限追求新知的精神，制作的台灯更贴近生活办公日用；我们相信这就是创新。
在进行研究的前期，我们给多功能台灯设定了高压电网杀虫，并另配有收听广播的功能以及语音备忘装置等。科研本来就是一种勤恳的态度、无限追求的精神，不是一蹴而就的功夫。在研究期间，我们遇见了知识层面不足，动手能力薄弱，团队内部思想不齐等问题；我们甚至想过放弃。可是经过老师的指点迷津和学长的鼓励、无私帮助，我们对起初的多功能台灯进行了一定的改变，以期更能满足大家的需要。
高压电网杀虫是利用高压放电进行杀虫，这给台灯带来了不能够节能的功效，而且还给使用者带来了极大的安全隐患。经过对蚊虫叮人习性的了解，我们发现了有更好的方式进行驱蚊。雌蚊在怀孕期间才会叮人，而雄蚊一般不叮咬人；怀孕期间的雌蚊惧怕雄蚊的干扰，所以我们利用蚊虫的这一特点制作出超声波电路。此电路能够产生21——23KHZ 的声波，让雌蚊误认为雄蚊就在它的身边，从而达到驱赶雌蚊的效果。但是此装置也具有潜在的问题，产生的声波对人是否有伤害我们没有得到进一步的论证。
台灯上安装超外差收音机，本来想给使用者提供一个办公学习之余休息的方
法，从而缓解他们的疲劳。但是安装的超声波装置对收音机的信号具有干扰作用，两者不能同时使用。鉴于此，我们改用台灯内置迷你音响、外接音频插孔，可以对外接Mp3等音乐播放器，让音乐常伴你的左右。与此同时，我们在台灯的底座上配有USB 插口，可以利用电脑供电，为电脑照明使用，避免损害你的眼睛。
考虑到办公学习需要一个清新的室内空气，我们又在台灯上安装了具有过滤净化空气的装置。此装置是利用纯粹的物理方法，就是用高效吸附性的特种球状活性炭为载体，作成空隙结构发达网状物，当甲醛、笨、甲苯等有害分子运动碰到活性炭表面时，便被捕捉，难以跑出。这些分子又被接着未碰的分子碰撞向孔深处，直至孔隙被这些分子填满为止。所以对吸附有毒有害气体而言，它完全是靠分子运动，分子引力而产生的吸附，没有任何化学反应存在。
我们常常使用的台灯发出炫目的灯光，这些灯光通常具有频闪的现象；由于我们的视力对物像暂留能力有限，所以很难发现，但是间接的给我们带来视力上的困扰。在我们充分了解了LED 灯的发光原理后，我们在台灯内安装了交流变换直流装置，从而使台灯发出柔和可调的灯光；不仅没有频闪现象，而且具有节能的功效。
我们制作的台灯虽然集众多功能为一体，但是它的实效性功能都是在日常生活中能够多多少少见到的。我们采用高效活性炭净化空气，这不仅降低了台灯的成本，而且化净化空气也非常有效；另外，我们配置的迷你音箱和USB 插孔都是普通大众型号的。我想即使以后再现实生活中推广这种台灯，它的前景应该会相当的好。因为它有着很好的性价比，同时也符合人们的所需。
我们起初拟定以实物进行结项，但是在实际研究过程中我们遇见了很多的问题。尽管搜取了很多的资料，以使台灯更接近使用者的心声，但是实际的设计与理论具有很大的差距，所以我们决定以写作研究性论文来结项。在科研期间，我们懂得了一个团队合作无间的力量，恣意进取的可贵品质；老师的支持给我们提供了更多的发挥空间。对我们来说，在以后的人生中这都是一笔享之不尽的财富。
附录
附图1 多功能台灯俯视图
附图2 多功能台灯整体图
关于多功能台灯的论文
1 绪言
1.1 课题背景与目的
台灯是深刻改变人们生活的现代奇迹之一，随着国民经济的发展，人民的生活水平的提高，台灯在家庭、学生宿舍等地方得到了广泛的应用。
台灯是人们生活中用来照明的一种家用电器。它一般分为两种，一种是立柱式的，一种是有夹子的。它的工作原理主要是把灯光集中在一小块区域内，集中光线，便于工作和学习。一般台灯用的灯泡是白炽灯或者节能灯泡。 有的台灯还有应急功能，用于停电时无电照明已用来应急。一般台灯用的灯泡是白炽灯或者节能灯泡。
从目前的情况来看，台灯市场保持很高的需求量。
1.2 台灯的发展过程
IngoMaurer 生于1931年的德国设计师。距今为止Ingo 设计了120多种不同类型的灯和照明装置，而世界上更是有着无以记数的展会现场，公共空间，建筑设施，私人处所的美妙氛围是由IngoMaurer 所一手营造。IngoMaurer 最早的自发的接触到光（灯）的设计来源于其对灯的着迷，他为之形容为“perfectunionoftechnologyandpoetry”（技术与诗意的完美结合）。1966年IngoMaurer 受惠于波普艺术设计了其第一件作品：一款拥有有巨大灯泡的台灯，完成了其向电灯的发明者爱迪生的敬礼。此后的30多年间，IngoMaurer 一直为光—简单之美的诗意追求而不断创造。1992年，Lucellino 带着诗意的天使翅膀飘落人间—这也是IngoMaurer 最受赞誉和畅销的作品。工作在慕尼黑的“诗人”既不是极简主义者也不是牢牢守着那些设计理论的设计师。只有对“无限多样性”的追求才是IngoMaure 的一件件作品所要平静地阐发的。对他而言，设计不过是一种可以从日常生活就能获取灵感的有趣科学。一件件的作品的创作可以说也就是一次次和灵感的偶遇，IngoMaurer 用他安静的敏锐将灵感捕获，再用他诗人的气质将一切的美展现给一双双为之闪亮的双眸。IngoMaure 走在技术的前沿，是一个“先锋诗人”。LED （发光二极管）技术刚出现，IngoMaure 马上就把其运用
到了LaBellissimaBrutta （1997）的设计上，让新技术散发诗的光芒。其后作品ohoodoo(1999),Stardust(2000)和El.E.Dee(2001)的设计则无一不继续延续了IngoMaure 试验风格和技术先锋的诗意设计美学。
1.3 国内的现状
目前市场上的台灯按其种类可分为三种：一种是普通的白炽台灯, 一种是卤素台灯、另一种是荧光台灯。采用普通的白炽灯泡或卤素灯的台灯, 其优点是价廉、发光的连续性能好, 缺点是耗能多, 尤其夏天会使人感到热。由于灯丝发光较集中, 如果其功率稍大就会产生眩光, 反之, 又会造成照度不够。另一种普通荧光灯的台灯, 因荧光管发光面较大, 从而被照射面光线较均匀, 被照射物后影形较小, 对眼睛有较小干扰。但它的显色指数低, 且其频闪效应使眼睛容易疲劳。
1.4 关于课题研究及论文
在本次课题研究中我们将参考从各个方面收集的资料和文献，博取其精华，并对其从外观上进行改进。研究内容主要包括以下方面：
(1) 熟悉现在台灯的内部构造以及使用过程中所存在的问题；
(2) 超外差收音机的工作原理和使用方法；
(3) 超声波驱虫装置原理以及使用方法；
(4) LED 台灯设计原理及实现方案；
(5) 如何利用高效催化活性炭过滤空气；
(6) 台灯内置迷你音箱，外配USB 插口。
2 总体方案的实际选择
2.1功能要求
台灯作为生活中不可缺少的灯具，也发展到了很完美的地步。为了进一步方便广大学生及办公人员的使用，我们设计了一种复合型多功能台灯。它不仅具有节能、环保、实用、安全等特点，还可以用来杀蚊除虫、收听广播，进而不仅解决了你在闷热夏季时有蚊虫叮咬的烦恼，而且在伏案学习工作之余还可听听广播，缓解一身的疲劳。其次，这种类型的台灯还有语音提醒功能，使用者只须把自己的学习或工作安排以时间模式存储在台灯的语音备忘装置中，当到所设置的时间时，它就会提醒使用者去做自己计划的事情，从而避免使用者由于工作繁忙
而忘记自己原计划安排的事情。
预定功能要求（科研立项时）：
(1) 在台灯罩的背面装有蓝紫弱光灯，无辐射，用来引诱蚊虫；并且在蓝紫弱光灯上安上安全电网，用来杀虫除蚊。
(2) 它配有收音机装置，使用者可以收听广播来缓解疲劳。
(3) 它还配有语音备忘装置，可以提醒使用者做自己安排的事情。
(4) 它也可以根据使用者的需要，来调节台灯的光亮程度, 缓解使用者的眼疲劳。
2.2具体方案的选择
当我们立项进行到中期时，我们遇见了许多技术性问题；这改变了我们初期的设计思路。
问题一：利用高压电网杀虫，效果并不理想。
初期时，我们想利用晶体管对电路的放大作用，使得电路由低压变成高压；蚊虫触及高压电网时，能够把它杀死。可是在真正的使用过程中，我们发现了蚊虫自觉触电的机率并不高；而且即使触电，也不能把它们完全电死。同时，使用者在利用台灯照明时也很可能伤及自己，存在着安全隐患。经过组内的一致讨论和老师的指导，我们决定采用超声波电路进行驱虫。
问题二 ：语音备忘装置超出了我们研究能力。
开始，我们在多功能台灯上装上语音备忘功能，目的是为了给使用者提供帮助，及时提醒需要做的事情。可是此装置技术含量高，我们最终选择了放弃。
问题三：超声波驱虫装置对收音机的信号具有干扰性。
我们在台灯上安装上收音机，为了能够让使用者在学习办公之余缓解一下疲劳。但是超声波驱虫装置产生21—23KHZ 的声波，影响收音机的正常工作；经讨论，去除收音机装置。
根据具体的实际的情况，我们确定了如下的设计方案：
(1) 采用LED 灯，亮度高，光线均匀；纯净直流净光照明，护眼无频闪。
(2) 台灯内配有高效催化活性炭，快速净化空气：采用高效催化活性炭功能，具有物理吸附双重作用净化空气，并能快速吸附空气中的甲醛、氨气、苯及颗粒烟尘，另外还能消除因室内装修而产生的异味及油漆味和其他有害
气体。
(3) 外接USB 插头内置多媒体迷你音箱，可外接音频播放器放多媒体音乐，让音乐常伴左右。
(4) 台灯上配有超声波驱虫器，利用产生的声波进行驱赶蚊虫。
3 前期研究性报告
3.1 LED台灯设计原理及实现方案
LED 照明以其高节能、长寿命、利环保的特点成为大家广为关注的焦点。LED 光源作为第四代新型节能光源, 作为光源的白炽灯其发光效率只有百分之五，而LED 光源的发光效率几乎接近百分之九十。台灯是家家户户都在使用的普通灯具，这几年因高亮度的LED 光源制造技术突飞猛进，生产成本节节下降，所以人们常采用LED 光源作为高亮度、高效率而又省电、无碳排放的照明光源。
3.1.1 LED台灯工作原理
遵循安全第一的民用电器的设计理念，LED 光源是一种低电压直流恒流源的发光器件，不能用100～220V 的交流高压电直接点亮，因此，LED 台灯方案的设计思路是，首先要将高压的交流电变换成低压的直流恒流源，才能点亮LED 光源。使用最经济有效的方法降压和进行交直流变换是设计的首要考虑，当今便携式电子产品使用交流电源的交直流降压变换器——适配器(Adapter)已成为既经济实惠、又现成好用的首选。
适配器的输出电压要求稳定在DC12V ，输出电流要根据LED 光源的功率来选择，一般要给予30%的余量，以3×1W 的白光LED 光源为例，1W 的白光LED 的标准工作电流应为350mA ，因而3个LED 光源串联其电路需要的电流也是350mA ，考虑到延长LED 寿命和降低光衰，可以设计为300mA ～330mA ，不会明显的影响LED 发光的亮度，所以适配器的输出电流应选750mA ～1A 的。
一种简洁实用的LED 台灯方案如图3.1所示。AC220V 经由适配器在灯具外安全降压变换，向LED 台灯提供稳定的12V 直流电源，在台灯底座壳内安置恒流源电源板，将直流电压变换成稳定的直流恒流源，以满足LED 光源发光的技术要求。在直流恒流源前可加一电源开关，以便在台灯不用时可关断直流电源，但不能关断220V 交流电源，因此不用时应从墙上取下适配器的电源插头，这也
是这个实用方案的唯一“缺点”。
图3.1 LED灯实物及其工作原理
3.1.2 LED光源工作原理
LED 光源工作的主要参数是VF 、IF ，其它相关的是颜色/色温/波长/亮度/发光角度/效率/功耗等。LED 是一个PN 结二极管，只有施加足够的正向电压才能传导电流，VF 正向电压是为LED 发光建立一个正常的工作状态，IF 正向电流是促使LED 发光，发光亮度与流过的电流成正比例。白光LED VF 标称电压：
3.4V ±0.2V 。
3.1.3 电感的选择
以3×1W 的高亮度白光LED 光源的设计案例而言，三个1W 的LED 光源串联，其工作电流可设计为300～350mA ，L 的电感量应选用68uH ～100uH ，Q 值大于50，饱和电流大于800mA 的磁路闭合电感器。
PT4115的设计最佳工作频率在1MHz 以下，电感量大小会影响其工作频率，本方案的电感设计在68uH 以上，这样系统工作频率可以控制到1MHz 以下。如果电感量小了，工作频率趋高，由于PT4115内部电流检测电路响应速度限制，对内部电流正常检测出现影响，不能更好地实现对内部开关的导通/关断控制。
另外由于高频率会带来较大的开关损耗，使芯片运行在较高的结温下，电应力加大，不利于稳定工作。另外电感量太小还会导致PT4115的SW 端烧坏，而无输出。
图3.2 PT4115LED光源驱动电路
LED 光源的驱动电路就是把12V 直流电压变换成稳压的恒流源。
PT1145用于1—6W 的白光LED 光源驱动方案时只需四个零件（如图3.2），Cin 是输入滤波电容，Rs 设定流过LED 的电流IF ，Rs=0.1/1LED；L 是续流电感，D5是续流二极管。
3.1.4 适配器的选择
适配器为本方案LED 台灯提供稳定的交流电源->交直流降压变换，它的实时带载输出能力将影响本方案LED 台灯的性能，用于本方案3X1W 白光LED 台灯的适配器，它在带载时输出电流应大于1A ，电压应稳定在DC12V 。
3.2 超声波驱蚊器
咬人的蚊子一般都是怀卵的雌蚊，雄蚊并不咬人。而雌蚊在怀卵期间又不喜欢与雄蚊接近, 它们一感觉到雄蚊所发出的频率在21一23kHz 的超声波信号，就会避而离去。本超声波驱蚊器，使其发出模拟雄蚊的超声波，从而驱逐雌蚊，避免蚊子叮咬。
3.2.1 工作原理
图3.3是一个以产生21—23kHz 的超声波驱蚊电路图。闭上电源开关SW ，发光二极管VD 指示工作信号。单结晶体管VT1与电阻Rl 、电位器RP 及电容C1组成一个超声波振荡电路。电源GB 经Rl 、RP 向电容C1充电，当充电达峰点电压时，单结晶体管VT1开启，并经电阻R3放电，当C1两端的电压下降到峰点以下时，单结晶体管VT1截止。如此反复充电放电，产生振荡。调节电位器RP 能改变振荡频率，使之在21—23kHz 左右。该振荡信号经电容C2耦合至VT2组成的放大电路，放大后的信号由电容C3输出，给压电陶瓷蜂鸣片BC 发出超声波。
图3.3 超声波驱蚊电路
3.2.2 元器件选择
单结晶体管VTl:BT33C
三极管VT2：9018
压电陶瓷片BC:HTD—27A 型
电源GB ：选用4F22—DC6V 层叠电池
3.2.3 调试与使用
(1)全部电路元件可以安装在一块印刷电路板上。最后将电路板固定在一个废旧袖珍收音机壳或肥皂盒内。压电陶瓷片B 选用HTD —27A 型，可以直接用502胶水将其粘在机壳内原扬声器位置上。
(2)本驱蚊器的驱蚊效果主要取决于电路的振荡频率；要反复调试电位器RP ，使电路振在雌蚊最反感的频率上。此外，电路的输出功率大小也有很大的关系，输出功率大则驱蚊范围大效果好；反之，输出功率小则效果差。
(3)为提高电路的输出功率，可以增加末级输出功率，最好的办法就是增加一级功率放大，将6v 改成9v 的层叠电池，以提高超声波的辐射强度。
3.3 超外差式收音机设计方案
3.3.1超外差收音机装置
将所要收听的电台在调谐电路里调好以后，经过电路本身的作用，就变成另外一个预先确定好的频率，然后再进行放大和检波。这个固定的频率，是由差频的作用产生的。如果我们在收音机内制造—个振荡电波(通常称为本机振荡) ，使它和外来高频调幅信号同时送到一个晶体管内混合，这种工作叫混频。由于晶体管的非线性作用导致混频的结果就会产生一个新的频率，这就是外差作用。采用了这种电路的收音机叫外差式收音机，混频和振荡的工作，合称变频。外差作用产生出来的差频，习惯上我们采用易于控制的一种频率，它比高频较低，但比音频高，这就是常说的中间频率，简称中频。任何电台的频率，由于都变成了中频，放大起来就能得到相同的放大量（见图3.4）。
图3.4 超外差收音机工作模拟图
3.3.2超外差电路及原理
由于放大电路对各个频率的信号放大特性不同，这就造成了电路对不同频率的无线电波解调出来的信号幅度也不同，也就是这个解调信号受到的频率的影响，在换电台时，声音大小就有明显的变化。为了解决这个问题，于是就出现在超外差收音机。
所谓超外差，就收音机本身产生个一振荡，与外部信号混合，这个混合信号主要是，两个信号的“和频”和“差频”，取其“差频”，改变电路的参数，使其“差频”为465KHZ ，这个差频信号含有电台发射的信号。由于本振电容与调谐电容是相关联的，所以当参数一定时，对于每个电台，电台的频率和本振频率都相差为465KHZ ，这个差频称为中频信号。对于每个电台，都对这个中频信号解调。
当CA 调谐于某个电台时，其信号能过磁芯和线圈耦合到Q1的基极，本振则由Q1与中周T2组成的电感耦合式LC 振荡电路。这个信号由发射极注入，与基极信号混频。因此Q1在这里的作用是放大，本振与混频。T3调谐于465KHZ ，混频信号经T3选频后，送往Q2。
Q2为选频放大电路，其输入耦合到Q3，由于三极管基极的单向导电性，所以输出波形只有输入信号的上半部分的反向。经C4和C5滤除高频成分，剩下音频信号。经C6耦合得
低频功放部分。（见图3.5）
图3.5 超外差收音机的工作原理电路图
4 结项报告和论文
4.1 结项报告
我们在前期研究过程中，充分了解超声波驱虫器和LED 灯工作原理及使用方法；同时，为了避免超外差收音机和驱虫器之间信号相互干扰，我们放弃了在多功能台灯上安装收听广播的功能。考虑到能够更好的给使用者带来方便，我们在多功能台灯上添加高效催化活性碳功能和内置迷你音箱及外配USB 插口。以下我们将给高效催化活性碳装置作个简单的介绍。
4.1.1高效活性炭工作原理：
以高效吸附性的特种球状活性炭为载体，经过高科技深加工精制而成，它的空隙结构发达，是普通活性炭的5倍，其比表面积为1500m2/g（一般活性炭比
表面积700m2/g），特别是孔结构与众不同，空隙直径大于0.45nm 且小于2nm 微孔占总数90%以上。正好与有毒有害气体直径相容，当甲醛、笨、甲苯等有害分子运动碰到活性炭表面时，便被捕捉，难以跑出。这些分子又被接着未碰的分子碰撞向孔深处，直至孔隙被这些分子填满为止。所以对吸附有毒有害气体而言，高效活性炭是最理想的，它完全是靠分子运动，分子引力而产生的吸附，没有任何化学反应存在。（见图4.1）
4.1.2 音乐播放功能
图4.1 活性炭预留空隙图
台灯座上内置迷你音箱，外接音频插口；可以直接连接Mp3等音乐播放器。同时，台灯座上有USB 插口，可连接电脑对其进行供电。（见图4.2）
图4.2 台灯的结构示意图
4.2结项论文
通过对现实生活中各种各样类型的台灯了解，我们发现大部分台灯虽然能够满足使用者的不同需求，但是不同种类的的灯都有着多多少少的缺陷。例如，有的台灯使用白炽灯光照明 ，可是这类台灯具有频闪现象，给使用者的视力带来无形的伤害；又如，当打开台灯时会吸引大量的蚊虫，干扰使用者的正常学习和办公；还有一些台灯使用荧光灯照明，不仅耗能，而且还会产生大量的热量。台灯是我们日常生活中必不可少的家用电器，它在提供照明的同时还在一定程度上装饰了居室；当然我们希望有一种更贴近大众生活的多功能台灯。
针对现实生活中台灯所存在的缺点，我们搜集了各个方面的资料，最终确定要制作一种复合型的多功能台灯，目的是满足广大使用者的需求。这种台灯具有更新颖的，更前潮的使用特点。它具有超声波驱蚊的能力，不仅如此，它还具有高效催化活性碳装置进行室内空气净化；同时，为了能够给使用者提供音乐欣赏及对电脑进行照明，多功能台灯内置迷你音箱外接音频插孔和USB 接口。我们秉承着踏实认真的态度和无限追求新知的精神，制作的台灯更贴近生活办公日用；我们相信这就是创新。
在进行研究的前期，我们给多功能台灯设定了高压电网杀虫，并另配有收听广播的功能以及语音备忘装置等。科研本来就是一种勤恳的态度、无限追求的精神，不是一蹴而就的功夫。在研究期间，我们遇见了知识层面不足，动手能力薄弱，团队内部思想不齐等问题；我们甚至想过放弃。可是经过老师的指点迷津和学长的鼓励、无私帮助，我们对起初的多功能台灯进行了一定的改变，以期更能满足大家的需要。
高压电网杀虫是利用高压放电进行杀虫，这给台灯带来了不能够节能的功效，而且还给使用者带来了极大的安全隐患。经过对蚊虫叮人习性的了解，我们发现了有更好的方式进行驱蚊。雌蚊在怀孕期间才会叮人，而雄蚊一般不叮咬人；怀孕期间的雌蚊惧怕雄蚊的干扰，所以我们利用蚊虫的这一特点制作出超声波电路。此电路能够产生21——23KHZ 的声波，让雌蚊误认为雄蚊就在它的身边，从而达到驱赶雌蚊的效果。但是此装置也具有潜在的问题，产生的声波对人是否有伤害我们没有得到进一步的论证。
台灯上安装超外差收音机，本来想给使用者提供一个办公学习之余休息的方
法，从而缓解他们的疲劳。但是安装的超声波装置对收音机的信号具有干扰作用，两者不能同时使用。鉴于此，我们改用台灯内置迷你音响、外接音频插孔，可以对外接Mp3等音乐播放器，让音乐常伴你的左右。与此同时，我们在台灯的底座上配有USB 插口，可以利用电脑供电，为电脑照明使用，避免损害你的眼睛。
考虑到办公学习需要一个清新的室内空气，我们又在台灯上安装了具有过滤净化空气的装置。此装置是利用纯粹的物理方法，就是用高效吸附性的特种球状活性炭为载体，作成空隙结构发达网状物，当甲醛、笨、甲苯等有害分子运动碰到活性炭表面时，便被捕捉，难以跑出。这些分子又被接着未碰的分子碰撞向孔深处，直至孔隙被这些分子填满为止。所以对吸附有毒有害气体而言，它完全是靠分子运动，分子引力而产生的吸附，没有任何化学反应存在。
我们常常使用的台灯发出炫目的灯光，这些灯光通常具有频闪的现象；由于我们的视力对物像暂留能力有限，所以很难发现，但是间接的给我们带来视力上的困扰。在我们充分了解了LED 灯的发光原理后，我们在台灯内安装了交流变换直流装置，从而使台灯发出柔和可调的灯光；不仅没有频闪现象，而且具有节能的功效。
我们制作的台灯虽然集众多功能为一体，但是它的实效性功能都是在日常生活中能够多多少少见到的。我们采用高效活性炭净化空气，这不仅降低了台灯的成本，而且化净化空气也非常有效；另外，我们配置的迷你音箱和USB 插孔都是普通大众型号的。我想即使以后再现实生活中推广这种台灯，它的前景应该会相当的好。因为它有着很好的性价比，同时也符合人们的所需。
我们起初拟定以实物进行结项，但是在实际研究过程中我们遇见了很多的问题。尽管搜取了很多的资料，以使台灯更接近使用者的心声，但是实际的设计与理论具有很大的差距，所以我们决定以写作研究性论文来结项。在科研期间，我们懂得了一个团队合作无间的力量，恣意进取的可贵品质；老师的支持给我们提供了更多的发挥空间。对我们来说，在以后的人生中这都是一笔享之不尽的财富。
附录
附图1 多功能台灯俯视图
附图2 多功能台灯整体图