LED智能多功能台灯

金衡 邓松坤 宛铮

（嘉兴学院电子信息工程系，314000）

摘 要：本文设计制作一种LED智能台灯，以PIC16F877A单片机为核心，综合运用人体热释电红外、光强采集、PWM波控制技术，达到人来灯亮，人走灯灭的效果，并且灯光强度随外界光线变化自动变化，节能环保;同时具有人工手动控制灯光亮度模式，以满足不同人士的光照需求，具有一定的市场价值。

关键词：LED；台灯；智能；PWM；

An intelligent and multi-functional led desk lamp

Jin Heng Deng Songkun Wan Zheng

（Dept.of Electronic and Information Engineering,Jiaxing University,314000）

Abstract: In this paper design a LED intelligent lamps, PIC16F877AMCU as the core , the integrated use of human pyroelectric infrared light intensity acquisition, PWM wave control technology to achieve to light , people take the effect of the lamp , and light intensity outside light changes automatically change, energy saving and environmental protection ; manually control the light brightness mode to meet the illumination needs of different people ,it has a certain market value .
Keywords : LED; table lamp; intelligence; PWM ;

0前言

书写台灯的光源一般有三大类：白炽灯、卤钨灯和荧光灯。据相关数据显示：白炽灯只有5%的电耗用于发光照明，其他全都转换成热能消耗掉了，夏天甚至会使人感到热。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，由于供电方式的原因导致其亮度不可调整，在很多时候造成能源的浪费，同时，因为其供电电压频率为50HZ，属于低频率的频闪光，会使人眼的调节器官处于紧张的调节状态，导致视觉疲劳。本次设计正是针对这些不足而设计的采用LED发光技术的安全、节能、环保的台灯。

1系统硬件结构框图

图1为本次设计系统硬件结构框图，控制核心采用美国Microchip公司生产PIC16877A芯片，该芯片具有IIC接口，内置PWM模块，且价格低廉，十分适合本次的设计；光强传感器采用TAOS公司推出的高速、低功耗、可编程灵活配置的TSL2560芯片，通过IIC总线协议与PIC16进行通讯，将当前环境下的光强值发给PIC16，由PIC16进行处理判断，以此来输出不同占空比的PWM的控制信号到后级灯光控制电路中，达到调整LED台灯的亮度的目的。温度传感器采用DALLAS公司生产的单总线式数字型温度传感器DS18B20，它具有微型化、低功耗、高性能、抗干扰能力强等特点，并且直接输出数字信号，可与微处理器直接相连，无需另加A/D转换器，十分方便；显示模块由一块2.4寸的TFT屏幕构成，用于显示当前温度及光照强度。

2主要电路分析

2.1 人体红外感应电路

2.1.1人体红外感应电路原理

人体辐射红外线波长为10μm，而热释电红外传感器只对此长度左右的红外辐射波敏感，因此当人体通过时，热释电红外传感器才会感应，从而可以避免其他物体触发传感器。本次使用的DB203热释电红外传感器的探头是由两个相互串联的热释电元构成，而且这两个热释电元的电极化方向相反，所以当人进入到探测区域内，由于两个热释电元接收到的热量不同，无法相互抵消，就输出了检测信号。而因为周围外在的环境对两个热释元件的辐射几乎具有相同的作用，使其产生释电效应相互抵消，所以当没有人进入到探测区域内时，探测器不会有信号输出。

2.1.2人体红外感应电路设计

本次设计采用的人体红外感应电路主要由D203B热释电红外线传感器和信号处理芯片BISS0001组成。BISS0001电路如图2所示，

图2.BISS0001电路

BISS0001是由状态控制器、封锁时间定时器、运算放大器、电压比较器、延迟时间定时器、及参考电压源等构成的数混合专用集成电路。BISS0001中，VDD为工作电源的正端，本次使用5V直流电压供电，IB为内部运算放大器偏置电流设置端，通过一个1MΩ大小的电阻接入VSS地端。1IN+和1IN-是BISS0001第一级放大器的输入端，用来将热释电红外传感器的输出信号作第一级放大^[1]，然后由C3耦合给第二级运算放大器 (2IN+和2IN-)进行第二级放大，再经由内部两个电压比较器构成的双向鉴幅器处理后，检出有效触发信号去启动延迟时间定时器，信号经处理后从2脚输出。A管脚为可重复触发和不可重复触发控制端，当A=”1”时，允许重复触发，当A=“0”时，不可重复触发。本次设计采用可重复触发模式，所以直接接入5V电源。RR1和RC1是输出延迟时间Tx的调节端，值为Tx≈49152xR9C7；RR2和RC2是触发封锁时间Ti的调节端，值为Ti≈24xR10C6。

2．2 LED驱动电路

2.2.1 LED光源工作原理

LED是一个PN结二极管^[3]，只有对其施加足够的正向电压才能传导电流，正向电压为LED发光建立一个正常的工作状态，正向电流促使LED发光，发光强度与流过的电流成正比例。白光LED的额定电压：3.3V，额定电流20mA。由于LED的伏安曲线十分陡峭，当电压产生微小的变化时，电流会产生很大的变化，极易造成LED的烧毁，所以在驱动LED时，一般采用的是恒流源。

2.2.2 LED驱动电路设计

驱动电路采用专门驱动LED光源的恒流控制芯片BP2808，该芯片可以控制LED光源的纹波和峰值电流，可实现恒流控制、模拟调光和PWM 调光^[2]。本文采用PWM调光的控制。电路如图3所示，

图3 BP2808电路

BP2808芯片中，LN为线电压补偿端，实际中采用R5、R6电阻降压经R7、C4前馈补偿。VCC为芯片的电源端，且内置了12.5V的稳压管。OUT为驱动的输出端，设计中与MOS管Q1连接，与R8、D8一起组成源极驱动电路，输出恒流与D9、L3的续流电路合并向8串8并64个LED光源恒流供电。R8、D8还有软化开关开通驱动变软，保持关断驱动，改善电磁干扰，提升效率的作用。而与LED光源并联的输出滤波电容C6用以减少LED光源上的电流纹波。芯片CS端为电流采样端，通过R9、R10两个采样电阻与地端相连，用于短路保护。同时，为了使整个电路的输出电流达到LED光源阵列组合的要求，电阻R9和R10的阻值也要随着LED数量的不同而改变。

3 智能工作方式程序框图

程序采用C语言编写，通过Microchip的开发平台MPLAB IDE 编译。程序框图如图4所示，程序开始后，对程序进行初始化。台灯处于休眠状态，当有人靠近台灯的时候，热释电红外传感器感应信号，并将信号传给单片机，开始采集光照强度^[4]，调整不同占空比，从而起到控制灯光明暗的效果。当人离开时，中断返回，台灯继续处于休眠状态。

图4 程序流程图

4 结语

设计采用LED能提供安全优质的光环境，提升照明系统的光效，没有红外和紫外的成分，改善眩光，减少和消除光污染。并且利用光照强度控制原理，智能控制灯的发光度，一方面有效减少对资源的浪费，与当前社会”低碳”理念相符，另一方面也保护了我们的眼睛。当房间亮度不够时，且有人在附近时，台灯便会自动点亮，省去了黑暗中摸开关的麻烦。设计简单易行，实用性较强。

参考文献

[1] 周景雷.新型多功能控制LED台灯[J] 电子技术.2011年5期

[2] 颜重光. 基于BP2808的LED照明灯具电源应用设计技术[J] 中国集成电路.2010年第8期

[3] 罗树军. 触摸、光线双控多点高亮LED台灯的研究[J].价值工程.2010年第33期

[4] 彭劲松,文利群.恒流源LED触摸台灯的设计[J] 山西电子技术.2007年第2期

项目资助：2011年度嘉兴学院校级重点SRT计划项目，项目编号：851711031

作者简介：金衡（1989-），男，汉族，湖北宜昌人，嘉兴学院2008级本科生，电子信息工程专业