新型环保电子鞭炮

王继成,何志苠,蔡静怡,朱健

（1.上海工程技术大学机械与汽车工程学院，上海201620；2.上海工程技术大学工程实训中心，上海201620）

0 引言

鞭炮起源至今有1000 多年的历史。在没有火药和纸张时，古代人便用火烧竹子，使之爆裂发声，以驱逐瘟神。这是民俗传说，但却反映了古代中国人民渴求安泰的美好愿望。鞭炮说法上各个历史时期不同，称谓从爆竹、爆竿、炮仗一直到鞭炮。在现代，华人在传统节日、婚礼喜庆、各类庆典、庙会活动等场合几乎都会燃放鞭炮，特别是在春节期间，鞭炮的使用量超过全年用量的一半。但是，随着社会的发展，大量的燃放传统烟花爆竹会有以下几种问题：

（1）制作鞭炮过程危险。

（2）鞭炮的运输、销售、存放，直至鸣放鞭炮，都是高度危险的。

（3）造成空气污染、噪音污染和火灾隐患，影响人体健康、市容环境和市区形象，危害公共安全和人民群众的生命财产安全。

（4）释放大量的二氧化硫、二氧化氮、二氧化碳、一氧化碳等众多有害气体和各种金属氧化物的粉尘。其中，二氧化硫、二氧化氮更是刺激性和腐蚀性极强的酸性氧化物。

现在各级有关部门也都在提倡减少烟花爆竹的燃放，但是因为没有有效的途径解决燃放鞭炮带来的环境问题，部分私自生产的鞭炮也仍在市面流通，以至于这个问题一直在持续加重。

1 设计思路

燃放烟花炮竹产生许多环境问题，而燃放鞭炮又是我们的习俗，现有的电子鞭炮也存在较多的缺陷，所以我们想要用自己现有的知识和技能为我们设计并制造出一种，既能消除环境污染问题以及燃放的安全问题，又能不丢掉传统的文化习俗的新型电子鞭炮。让燃放鞭炮在带给我们节日愉悦氛围的同时，不影响我们的生活环境。

新型电子鞭炮具有的特点：

（1）同样产生光、声等现象，但不会有气体污染。

（2）制造、鸣放及运输过程无安全隐患。

（3）低制造成本，改善了现有电子鞭炮烟雾现象差等的缺陷。

2 系统组成

电子鞭炮电路主要由四部分组成：

（1）电源采用18650 直供电，带有总开关和点动按键。开关负责总电源的接通与断开。

（2）高压发生电路模拟鞭炮声音

高压发生电路采用单管自激升压电路，将3.7V 升压到15kV 左右给高压电容充电，当电压超过1015kV即可击穿空气形成放电。R1、D1 构成基极分压式偏置电路，使Q1 集电极线圈产生的信号通过变压器反馈给基极线圈，产生自激振荡，从而使次级线圈得到数倍的电压。高压击穿空气形成刺耳的声音，从而模拟出鞭炮爆炸的声音效果。

图1

（3）声控闪光电路模拟鞭炮爆炸火花

声控闪光电路中Q2、Q3 组成两级直接耦合放大电路，R1 给电容话筒MIC 提供偏置电流，C4 作用：耦合电容，隔直流，决定下限频率。选取合适的R3、R4，当外界无声音变化Q2 处于临界饱和状态，而以使Q3处于截止状态，三只LED 中无电流流过而不发光。当MIC 捡取声波信号后，就有音频信号注入Q2 的基极，其信号的变化使Q2 退出饱和状态，Q2 的集电极电压上升。Q3 导通，LED 点亮发光，当输入音频信号较弱时，不足以使Q2 退出饱和状态，LED 仍保持熄灭状态，只有较强信号输入时，二极管才点亮发光，所以二极管能随着环境声音信号的强弱起伏而闪烁发光。由此可以模拟出随着爆炸声发光的效果。

图2

（4）水雾化电路模拟鞭炮爆炸烟雾

经过震荡电路把直流电变成高频交流电加到超声波雾化头上(即陶瓷振荡器)，陶瓷振荡器有个特点，给它施加外力使其变形就会输出相应的电压和电流，反之给它施加交变电压就会产生相应的变形，即震动。这样陶瓷振荡器在高频电压的带动下产生超声震荡，使水雾化，从而模仿鞭炮爆炸时的烟雾效果。

雾化片是一种陶瓷材料制作而成，可以通过高频震荡，将水珠打散成水雾的一种特殊物体。

图3

3 系统总体结构

由一个电源给三个模块同时供电，并用一个开关来实现总控制，使得三部分电路同时工作，产生效果，从而更逼真的模仿出鞭炮爆炸的效果。同时电源采用18650 直供电，方便移动到户外而不外接电源供电，充电后可持续循环利用。

图4

4 结语

针对燃放鞭炮带来的各种不良影响和安全隐患，新型环保电子鞭炮日趋成为新的营造节日氛围的替代品，我们通过将传统鞭炮的光、声、雾化效果分别用电子电路模拟，从而设计出新型的环保电子鞭炮，避免了空气污染，也使得制作和使用更加安全可靠。

综上所述，新型环保电子鞭炮是一款成本低、零空气污染、效果逼真的新型环保电子鞭炮，具有很好的应用前景。