新型便携式多功能LED台灯的设计与实现.pdf
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1、第 期(总第 期)黎明职业大学学报 ()年 月 收稿日期:作者简介:骆妙艺()女 工程师 主要从事集成电路设计、无人机应用技术研究基金项目:福建省中青年教师教育科研项目(科技类)()文章编号:():/新型便携式多功能 台灯的设计与实现骆妙艺 陈建民(黎明职业大学 航空学院 福建 泉州)摘要:提出一款新型便携式多功能 台灯的设计 采用 单片机控制台灯 通过触摸动作无极调节 亮度 支持 与锂电池两种供电方式 达到便携的优势 增加人体感应模块产生语音提示 实现节能与保护眼睛的作用 主要模块有 升压恒流电路模块、触摸调光模块、电池管理模块等 从测试数据可以看出 输入电压 输出电流稳定在 采用 开关电源
2、的结构 使得该台灯的效率较高 在 左右 且输入电压线性调整率很好 达到 关键词:便携式多功能 台灯 单片机 无极调光 人体感应模块中图分类号:文献标识码:随着社会的发展 能源短缺日益凸显 因此“节能”这个主题受到越来越多的关注 在全球耗电量中 照明所耗电量所占比重不容忽视 很多国家开始推广“绿色照明”采用发光二极管 灯照明既能解决照明的效率问题 又能满足绿色环保要求 目前 市面上的台灯具备无极调光、便携、语音、人体感应等功能齐全的比较少见 市面上所使用的 (发光二极管)台灯大多数缺乏智能控制 如不能智能地检测用户是否在使用台灯 造成用电浪费 没有双供电系统无法到达便携的目的 调光方式较为单一
3、多采用多段式 以及无语言提示 无法增强护眼功能等 刘宏志等所设计的智能 台灯 仅使用红外传感器感应人手红外光的强弱 以控制单片机计算使用时间提醒用户护眼 李从宏等提出用红外遥控技术来控制台灯亮度 李佳译等通过热释电红外传感器和光照强度传感器 实时采集环境数据 从而实现对台灯的自动控制 本文在以上研究的基础上对 台灯智能控制进行了创新 采用无极调光、双供电系统、人体感应、语音提示 以及电路结构中采用开关电源 结构等 设计出一种低成本、便携、智能高效的多功能 台灯 设计的系统方案针对 台灯提出一个新的设计方案 拟实现的功能包括:()采用 单片机控制台灯 通过触摸动作无极调节 亮度()支持 (通用串
4、行总线)与锂电池两种供电方式达到便携的优势()增加人体感应模块产生语音提示 实现节能与保护眼睛的作用(见图)本文设计的便携式多功能 台灯接入 时 既需要给台灯供电 还要通过充电模块给锂电池供电 同时 还设计了一个锂电池保护电路 防止锂电池在充电过程过充或放电过程中过放等情况便携式多功能 台灯还兼具电容式按键触摸调光模块 经 单片机输出 (脉宽调制)信号至 台灯驱动模块的 (使能端)引脚 进而使该信号能调节输出电流 以此来改变第 期骆妙艺 等:新型便携式多功能 台灯的设计与实现 灯的亮度图 便携式多功能 台灯设计的系统原理便携式多功能 台灯可根据用户的操作进行相应的语音提示 如台灯亮度被调至最大
5、时 语音会提示用户“台灯亮度过强 请注意”当台灯亮度被调至最暗时 语音会提示用户“台灯亮度过低”等 另外 本台灯还加装有人体感应模块以检测人体在 台灯前的活动 并将反馈的信号传至 单片机 如果使用时间过长 由单片机向语音模块发出对应的信号 提示用户注意用眼过度问题 或者检测到人长时间不在台灯旁边 自动断电达到节能目的 系统的硬件设计与实现便携式多功能 台灯的硬件部分主要包括:灯源以及灯的驱动电路 普通台灯的灯源通常采用 灯源和普通灯源(如白炽灯、节能灯、荧光灯、卤素灯等)该台灯设计采用 灯源 因 具有寿命长、高效节能、绿色环保的优点 台灯的硬件驱动电路有以下几种方案方案一:采用 (线性稳压电源
6、)方式驱动 输出 电压降为 左右 而 电压、锂电池电压均高于输出电压 可选取 结构 但是 当输入 供电时 输入电压较高 结构的效率仅能达到 左右方案二:采用单片机的/(输入/输出)口直接驱动 灯 但是 单片机的/口驱动能力较弱 可在输出加三极管进行电流放大 这种方案也能达到需求 但是效率低且无法实现无极调光的功能方案三:采用 (开关电源)降压驱动芯片 具有高效率的特点 但是如果采用降压结构 想要满足 的设计指标就需要输出电流较大 (印刷线路板)的设计以及芯片的选择会更局限方案四:采用 升压驱动芯片 升压芯片的市场种类繁多 芯片价格便宜 外围元件少 效率高能满足设计需求综合考虑上述四种方案的优缺
7、点 从节能高效角度考虑 选择方案四为便携式多功能 台灯驱动电路结构便携式多功能 台灯角度设计主要突出台灯的触摸调光、语音、人体感应、便携等功能 主要模块如下 升压恒流电路模块本设计采用 升压芯片 来驱动白光 电路如图 所示黎明职业大学学报 年 月图 驱动电路便携式多功能 台灯功率为 采用三串十并的方式即十串 并联 每一串 采用三颗贴片 串联 单个 的压降在 左右 即一串 电压约为 该贴片 可根据客户需求采用、或者 的封装 从美观便携上考虑 选用 的贴片 封装 灯板上的电流通过升压芯片上的外围电阻 设置流经每串 的电流值为 十串并联总电流为 实现 台灯总功率为 电阻阻值设置如下:/其中 的反馈电
8、压 为 阻值 选用 电阻可满足该设计需求 升压芯片内置 (场效应晶体管)管 外围电路由电感、二极管、反馈电阻 (反馈电阻)、输入输出滤波电容、负载 灯板所组成 采用 的拓扑结构之所以使得该智能台灯效率较高 是因为 管处于导通、截止两种状态 损耗小 触摸调光模块调光的方式有传统的机械开关以及触摸调光 为了使便携式多功能 台灯外形美观 采用触摸式调光电路 如图 所示图 触摸调光电路触摸调光的方式分为电容式和电阻式 电容式的耐用性较高 因此采用电容式触摸芯片 芯片型号选用 它是一款可以对 灯光亮度进行调节的单通道触摸芯片 芯片外围器件少 为触摸输入引脚 该引脚采用弹簧与铜箔连接进行按键触摸 手指靠近
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