智能LED台灯的设计与实现探讨

智能LED台灯的设计与实现探讨

周亿平

(身份证号码：44512219860606xxxx)

摘要:目前市场上的智能型LED台灯大多都是基于亮度随外界环境变化而改变的，此类LED台灯并不适应每个人的视觉。文中提出的智能型LED台灯可以根据外环境自适应调整光照强度。可以设定台灯的工作模式;可以通过EEPROM技术将设定参数保存，使其具有记忆功能;使用了模拟调光恒流控制技术，达到无频闪。应用热释红外传感器，可检测是否有人用灯，无人用灯自动光闭，达到节能效果。同时还有超声波测距模块可以检测人体坐姿，纠正学龄儿童坐姿不端正问题。

关键词:智能LED台灯;EEPROM技术;模拟调光恒流技术;热释红外传感器，超声波测距；

目前，家具市场上出售的灯具种类繁多，但一般均采用交流电源供电，节能灯管、白炽灯泡为光源，手动或触摸感应开关来控制。这类台灯有很多不足，一是电压不安全，存在安全隐患；二是节能日光灯具有频闪效应，长时间使用会对眼睛产生一定的伤害；三是白炽灯耗电量大，不节能；四是低智能化，由于人们偶尔会忘记关灯，导致台灯长时间工作，造成资源的浪费。

1.方案设计

系统以单片机为核心，采用ＬＥＤ新型照明方式，比传统照明更加节能环保，也更加便捷。系统结构如图１所示。方案设计如下。（１）通过光照度传感器，采集环境光线强度，据此改变ＰＷＭ信号占空比，转模拟电压控制DC/DC电源电路改变输出电流，进而达到光源模组亮度实现５级亮度调整，以便于人机交互设置信息。

图１系统整体结构框图

（２）通过热释电红外传感器（放置在台灯的灯柱上）对人体红外线进行检测，检测用户是否存在，以便控制ＬＥＤ台灯的开启或关闭，实现人来灯亮，不必摸黑开灯，人走灯关，使设计更加节能与人性化。

（３）若用户存在，通过超声波测距传感器（放置在台灯的底座上）检测用户到桌面的距离。当用户坐姿不正确时，可通过语音提醒用户纠正坐姿。

（４）具备智能调光和手动调光两种工作方式。智能调光根据环境光强自动调节台灯照明亮度，使台灯产生合理光强；手动调光通过人为调节，使台灯保持合适光强。两种调光方式可起到保护视力的作用。

2.设计的创新点

智能多功能台灯是由以单片机为核心，具有（自

动/手动）控制台灯、智能护眼、纠正坐姿、温度提示、闹

钟提醒、时间显示等创新点。

2.1（自动/手动）控制台灯

智能LED台灯有两种工作模式：手动模式有利于人们在使用台灯照明时，操作更为方便。自动模式有利于人们在工作学习时智能化使用台灯，实现灯光强度随外界光线变化而自动变化或者熄灭，（自动/手动）控制台灯体现了智能LED台灯的人性化。

2.2智能护眼

目前，人们大多使用台灯不当，对眼睛的伤害比较严重。智能LED台灯可根据当前环境亮度和人体到台灯的距离自动调节台灯亮度，从而达到节能和护眼的作用。同时采用了模拟调光通过改变输出电流调整亮度而不是PWM直接控制开关灯来调节亮度，有效杜绝低频频闪，达到护眼效果。

2.3纠正坐姿

学生在刻苦学习时，经常忽略了眼睛与书本的距离，长时间的错误坐姿导致青少年更容易近视。智能LED台灯通过超声波测距传感器实时检测人体与书本的距离，来预防人体坐姿不正确，并且伴有语音提示，能达到更好的效果。4.温度、时钟显示。在日常生活中，在人们需要知道当前时间、当前温度等一些信息时，智能LED台灯将实时显示当前室内温度、当前时间和闹钟时间。

3.系统硬件

本系统的关键硬件有两部分:DC－DC变换器和，其具体实现为:

3.1DC－DC变换器

由于本系统中的LED光源模组是使用额定电压为18V、额定功率为7W的18个0.5WLED灯降功率使用，本系统中的DC－DC变换器采用的拓扑结构为BOOST［2］结构，其具体电路如图2所示。在本电路中，重点在于PWM通过R1，R2，C3转为模拟信号直接调整升压电路FB脚，有效解决了常规PWM调光的频闪问题。选用的BOOST电路也是内置MOS，电路简洁方便调试。

图2DC－DC变换器

3.2光源模组控制

采用18个0.5WＬＥＤ作为发光源，3并6串。当工作在智能调光模式下时，需要光照度传感器感应外界光照强度来调节自身亮度。在有人的情况下，若室内照度Ｘ＞２００ｌｘ（勒克斯），ＬＥＤ台灯不开；若室内照度Ｘ＜２００ｌｘ，ＬＥＤ台灯开启，ＬＥＤ释放到室内的平均照度Ｅ＝２００－Ｘ。当工作在手动调光模式下时，通过用户DC/DC模组输出电路来调整亮度。

3.3红外感应模块

人体红外感应模块通过热释电红外传感器、集成电路ＢＩＳＳ０００１和菲涅尔透镜共同控制。ＢＩＳＳ０００１是一款具有较高性能的传感信号处理集成电路。１脚接电源ＶＣＣ，３脚接地，２脚通过ＮＰＮ型的三极管接至单片机的Ｐ３．２口。由于该传感器带负载的能力较弱，可加一个三极管作为驱动电路，当Ｐ３．２口为低电平时有效。检测距离通过软件调节。为了提高探测器的灵敏度以及增大探测距离，在探测器的前方装设一个菲涅尔透镜，它和放大电路相配合，可将信号放大，可以测出5～6ｍ范围内人的行动。

3.4液晶显示模块

采用专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块ＬＣＤ１６０２。１６０２指显示的内容为１６＊２，即可以显示两行，每行１６个字符。采用并行操作方式，第一行显示工作模式，工作在外部感应模式时，第一行显示“ＯＵＴ”字样；工作在手动模式时，第一行显示“ＨＡＤ”字样。第二行显示亮度，分别为：２０％，４０％，６０％，８０％，１００％，共５个等级。

4.程序设计

本系统的软件需要完成的功能有:(1)检测红外传感器判断是否有人在。(2)工作模式的选择，该功能主要确定台灯是工作于“自动”模式还是“手动”模式中;(3)在有人自动模式下检测外环境光照度，对数据做分析处理，控制DC转DC控制部分输出电流给光源模组，同时通过超声波测距来判断人坐姿。（4）输出控制LED显示目前工作状态。（5）手动控制下，通过直接控制单面机输出信号控制DC/DC来调整光源模组亮度。

系统整体程序流程

从系统功能可以看出，本系统主要需要完成工作模式判断，检测热释红外传感器，超声波测距传感器，光照度传感器灯数据做分析，来控制DC/DC调整输出，于语音电路与LCD显示软件设计。(1)红外摇控译码的软件设计红外摇控译码的软件设计流程图详见文献［3］。(2)

结论

本智能台灯使用起来方便快捷，操作简单，实用性强，有普遍的使用价值。具有小型化、低功耗、节能、智能化程度高的优点，在使用上和操作上具有人性化的特点，充分体现了多功能、智能化的特点。本设计方案一旦投入市场，相信定可以掀起一场智能台灯领域的革命。

参考文献:

［１］金衡，邓松坤，宛铮，等．ＬＥＤ智能多功能台灯［Ｊ］．科技视界，２０１２，４（１１）：３６－３７．

［２］周景雷．新型多功能控制ＬＥＤ台灯［Ｊ］．电子技术，２０１１（５）：４３－４４．

［３］位永辉，杨威．基于ＢＩＳＳ０００１的智能台灯设计［Ｊ］．电子元器件应用，２０１０（７）：３２－３４．