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1、全套完整版设计，联系 153893706第1章 绪 论1.1课题研究背景目的和意义1.1.1课题研究目的 在现代生活中，彩灯作为一种装饰，既可以增强人们的感观，起到广告宣传的作用，又可以增添节日气氛，为人们的生活增添亮丽，用在舞台上增强晚会灯光效果。随着科学技术的发展以及人民生活水平的提高，人们对于彩灯的要求越来越高。1.1.2课题研究意义随着电子技术的发展，应用系统向着小型化、快速化、大容量、重量轻的方向发展，PLC技术的应用引起电子产品及系统开发的巨大变革。梯形图语言作为可编程逻辑器件的标准语言描述能力强，覆盖面广，抽象能力强，在实际应用中越来越广泛。于是，人们开始追求贯彻整个系统设计的自
2、动化，可以从繁重的设计工作中彻底解脱出来，把精力集中在创造性的方案与概念构思上，从而可以提高设计效率，缩短产品的研制周期。整个过程通过PLC自动完成，大大减轻了设计人员的工作强度，减少了出错的机会，并且提高了设计质量。1.2课题发展状况霓虹灯是一种低气压冷阴极辉光放电灯，又称冷阴极管。被广泛用于广告、招牌、标识、景观、装饰亮化;冷阴极管还被高档豪华酒店、文化娱乐场所用于照明以及特种灯等。在现代生活中，霓虹灯作为广告装饰光源，将向高品质发展，在目前技术条件下，还没有一种新光源可全面替代，仍具有独特的生命力。霓虹灯又是冷阴极灯管照明，作为艺术品的一种，成为光的雕塑产品，将向高品质、高档产品发展。在
3、霓虹灯的应用中，装饰灯、广告灯、布景灯的变化多种多样，但就其工作模式，可分为三种主要类型：长明灯、流水灯及变幻灯。流水灯负载变化频率高，变换速度快，使人有眼花缭乱之感，分为多灯流动、单灯流动等情形。霓虹灯发明于19世纪末、20世纪初，1910年世界上第一支商业性霓虹灯用于巴黎的皇宫大厦作照明装饰获得成功。1926年，霓虹灯传入中国，1966年，文化大革命使中国霓虹灯除制作政治宣传标语外，基本处于停顿状态。以十一届三中全会为标志，改革开放的市场经济使中国霓虹灯进入恢复和初步发展阶段。中国霓虹灯发展创历史新高后，由于LED挤压，大、中城市户外广告整治拆除行动和世界经济危机的影响以及霓虹灯大发展带来
4、的低价竞争，部分质量良莠不全等使霓虹灯发展受阻。霓虹行业以“科学发展观”指导企业生产经营，在坚持做好、做优、发展霓虹灯同时研究、开发LED等产品以及景观灯、亮化工程等，形成新的利润增长点。近年来，在电光源研究学科研究中，逐步出现了个边缘学科，即灯用电子学。这一新学科的形成给光电源技术，工艺带来了巨大的突破，从深度和广度两个方面促进着电光源的发展。目前，已出现的电子镇流器，电子触发器，电子启辉器和电子变压器等新的电子部件，成功应用于光源产品中。新型的电子部件与霓虹灯相结合的产物：霓虹灯电子变压器扫描式霓虹灯控制器和变色霓虹灯等新产品也不断涌现。而在这些新的电子部件中，尤以电子变压器特别引起霓虹灯
5、行业的关注和欢迎。霓虹灯长期沿用的漏磁变压器，性能稳定可靠，制造业日趋成熟，但它还存在着一些明显的缺点。如它的体积较大因而显得笨重，一台规格450VA的漏磁变压器重量达10Kg，造价高，耗材多，在安装使用和维修方面很不方便，新型电子变压器的研究正是针对这些缺点经过科研人员的努力，实现了每个可带6-8米的电子变压器，从而实现了电子变压器实际应用于霓虹灯技术中，节能电子变压器具有重量轻，节电，功率因数高，维修和安装方便等特点因此在美国已经被广泛应用，我国特别是广州、京和上海地区，节能型电子变压器研制也十分活跃，应用日趋广泛，但作为一种新的电子器件的发展，它也存在着一些不够成熟的地方。1.3课题研究
6、内容边框流水灯按顺序闪烁。八个字能按顺序进行亮灭，并且边框灯能同时闪烁。并且语音播报系统放出舒缓音乐。当有人靠近时，霓虹灯变化加快，并且语音播报系统放出欢快音乐。中间八个字的按顺序亮灭，和边框流水灯的闪烁可以通过通电延时定时器的常开及常闭触点来完成，有人靠近改变变化速度，可以通过传感器的感应控制PLC来改变计时器设定的时间来改变变化速度。 霓虹灯电子变压器的可靠性的设计。音乐播放系统的PLC控制。1.4技术路线无人靠近时，霓虹灯随着一定的规律缓慢变化，并且语音播报系统放出舒缓音乐。有人靠近时，霓虹灯变化快速，并且语音播报系统放出欢快音乐。霓虹灯布置边框流水灯按顺序进行闪烁。八个字能按顺序记性亮
7、灭，并且边框流水灯能同时闪烁。针对霓虹灯电子变压器可靠性差的问题，设计可靠性高的变压器。第2章 总体设计方案2.1方案论证霓虹灯控制系统有很多，如单片机、PLC控制系统等用单片机实现该方案时有很多缺点，用单片机实现该方案所需的外围电路多，工作量相对于PLC较大，可靠性及抗干扰能力也显然不如PLC，中断优先级不明确，相对于PLC而言用起来较复杂，配套设施和功能没有PLC完善。 用PLC的优势很明显： 1.可靠性高，抗干扰能力强高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F系列P
8、LC平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。 2.配套齐全，功能完善，适用性强PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外
9、，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。 3.易学易用，深受工程技术人员欢迎PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。 4.系统的设计
10、、建造工作量小，维护方便，容易改造PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。霓虹灯采用正常辉光放电形式工作，具有辉光放电的基本特征，正离子轰击阴极使阴极发射二次电子来维持放电，阴极电流主要由正离子所贡献。由于是正常辉光放电，所以在一定的电流范围内，阴极的电流密度不变，阴极位降不变。阴极位降大约为100-20伏，为正离子加速提供能量。工作电流依赖于灯管直径、电极种类、气体种类及气体压强，一般在15-60mA，太小使霓虹灯发光暗淡，太
11、大又会进入异常辉光放电，加重阴极溅射而缩短灯的寿命。相对于霓虹灯管管径，霓虹灯的灯管一般总是比较长，可以使正柱区足够长，使正柱区得到比电极损耗更大的电压降，从而提高光效。一般磁漏式变压器的霓虹灯管启动电压高达15000V，工作电压也有7500V，均相当的高。为提高变压器的使用效率，实际工作时，总把几支霓虹灯串接起来，共用一台变压器，常见的铁心变压器可以带动多达十几米的霓虹灯灯管，以求合理匹配。霓虹灯开关次数不影响使用寿命，适合制作广告背景扫描。一般的商品用霓虹灯多采用冷阴极辉光放电形式。典型的冷阴极霓虹灯主要由玻璃灯管、霓虹灯变压器、霓虹灯专用高压线等部分组成。玻璃灯管根据要求弯制加工成直线状
12、或异性曲线状的文字或图案。玻璃管内主要用于填充工作气体，限制放电区域，保持真空和透射光线。玻璃灯管以直径规格分为6、7、8、9、10、12、15、18、20mm等等；以玻璃材质分为钠玻璃管及铅玻璃管。钠玻璃管稳定性差，受潮后极易变质、泛碱，牢度差易爆裂。目前国内大部分采用的是石灰料，与国外采用的红丹料玻璃质量相差较大，存在的问题为采用钠钙玻璃内氧化锰杂质含量过大；钠钙玻璃的化学稳定性差，玻璃表面长期使用后的透明度降低，使灯的光衰加剧；玻璃中的钠原子向玻璃管的内表面扩散，溶入荧光粉晶体中，使荧光粉劣化；如果在弯制过程中加温过甚，玻璃中的钠原子析出与汞化合物形成黑色的吸光钠汞齐膜，使荧光粉的光效率
13、大为下降。铅玻璃管其热性能、机械性能、电性能、化学稳定性能、真空性能和光学性能优于钠玻璃，其耐候性、使用寿命大大超过钠玻璃。玻璃管是透明的也可以是涂有荧光粉的，依据所需获得的光色而定。明管所充的工作气体通常为惰性气体，不同的惰性气体有其不一样的发光光谱特性。实际上，灯管的寿命与电极的性能和结构有着紧密的联系，所有的气体放电灯，除了要保持必要的真空度外，更重要的是其电极的发射性能及电极的使用寿命。以氖气最为常见，发红色光，此时氖气不仅参与放电，而且也参与发光。粉管内涂有各种规格荧光粉，内充氢气及少量金属汞，汞蒸气激发辐射2537紫外线，被荧光粉吸收而产生荧光，氢气作用提高光效降低着火电压。在玻璃
14、管两端各置一个金属电极，作为发射电子和收集电荷之用。常用电解铜或镀镍铁制成铜锥形，有足够的发射面积，保证散热和降低阴极电位。电极要能经受质量相当大的正离子轰击而不至升温过高，不熔化和减少阴极溅射。金属电极外有云母片，其作用一是支撑电极，二是隔热，防止在真空除气过程中，电极升温过高导致外玻璃管炸裂。电极作为霓虹灯管的核心部件，其质量与性能的优劣将直接影响灯管的寿命。质量好的灯管除了对真空度有较高的技术要求外，更重要的是必须有一对发射性能良好的电极，因为电极壳的表层通过轰击加热的过程中，能形成一层非常有利于电子发射激活层。若在轰击中，完全丧失了这一激活层，那么真空度再高，其寿命也不会超过1000小
15、时的。试验也证明了灯管寿命不是和真空度成正比关系。实际上，灯管的寿命与电极的性能和结构有着密切的联系。所有的气体放电灯，除应保持必要的真空度外，更重要的是其电极的发射性能及电极的使用寿命。霓虹灯的电极发射电子是由正离子轰击阴极表面而产生二次电子发射的。它取决于阴极的材质及阴极的表面状态。实验证明，当阴极表面被其它单层低逸出功金属原子覆盖时，其二次电子发射系数变大，逸出功降低，发射性能好，溅射少。霓虹灯电极材料大都使用铜、铁、镀镍铁等金属制作的，这些金属的逸出功较高，电子发射性能相对较差，如果灯管使用这些纯金属发射电子势必造成其阴极压降大，阴极溅射的快，从而使灯管很快因溅射失效，特别是铜电极，溅
16、射的更快。实验证明，纯金属容易溅散，但在金属表面氧化一层有益的氧化膜或涂一层其他逸出功较低的金属或其氧化物，这样做可以大大降低其逸出功，提高了电子发射性能，从而减缓了阴极溅散，起到了延长灯管寿命的作用。于是人们在制造电极时，大都把电极进行预处理。实际上，灯管的寿命与电极的得性能和结构有着紧密的联系。所有的气体放电灯，除了保持必要的真空度外，更重要的是其电极的发射性能及电极的使用寿命。使其阴极压降及溅射大大降低，从而提高了霓虹灯管的寿命和质量。 2.2具体方案霓虹灯分布如图2.1所示，霓虹灯开始工作“独”字亮，同时边框流水灯I亮，2秒后“善”字亮边框流水灯II亮，“独”字灭，边框流水灯I灭，2秒后“其”字亮，同时边框流水灯III亮，“善”字灭，边框流水灯II灭，
