LED 智能多功能臺燈

金 衡 鄧松坤 宛 錚 周正寶

(嘉興學院電子信息工程系 浙江 嘉興 314000)

0 前言

書寫臺燈的光源一般有三大類：白熾燈、鹵鎢燈和熒光燈。 據相關數據顯示：白熾燈只有5%的電耗用于發光照明，其他全都轉換成熱能消耗掉了，夏天甚至會使人感到熱。 由于燈絲發光較集中，如果其功率稍大就會產生眩光，反之，又會造成照度不夠；另一種普通熒光燈的臺燈，由于供電方式的原因導致其亮度不可調整， 在很多時候造成能源的浪費，同時，因為其供電電壓頻率為50Hz，屬于低頻率的頻閃光，會使人眼的調節器官處于緊張的調節狀態，導致視覺疲勞。 本次設計正是針對這些不足而設計的采用LED 發光技術的安全、節能、環保的臺燈。

1 系統硬件結構框圖

圖1 系統硬件結構框圖

圖1 為本次設計系統硬件結構框圖，控制核心采用美國Microchip 公司生產PIC16877A 芯片， 該芯片具有IIC 接口，內置PWM 模塊，且價格低廉，十分適合本次的設計；光強傳感器采用TAOS 公司推出的高速、低功耗、可編程靈活配置的TSL2560 芯片，通過IIC 總線協議與PIC16 進行通訊，將當前環境下的光強值發給PIC16，由PIC16 進行處理判斷，以此來輸出不同占空比的PWM 的控制信號到后級燈光控制電路中， 達到調整LED 臺燈的亮度的目的。 溫度傳感器采用DALLAS 公司生產的單總線式數字型溫度傳感器DS18B20，它具有微型化、低功耗、高性能、抗干擾能力強等特點，并且直接輸出數字信號， 可與微處理器直接相連， 無需另加A/D轉換器，十分方便；顯示模塊由一塊2.4 寸的TFT 屏幕構成，用于顯示當前溫度及光照強度。

2 主要電路分析

2.1 人體紅外感應電路

2.1.1 人體紅外感應電路原理

人體輻射紅外線波長為10μm， 而熱釋電紅外傳感器只對此長度左右的紅外輻射波敏感，因此當人體通過時，熱釋電紅外傳感器才會感應， 從而可以避免其他物體觸發傳感器。本次使用的DB203 熱釋電紅外傳感器的探頭是由兩個相互串聯的熱釋電元構成，而且這兩個熱釋電元的電極化方向相反，所以當人進入到探測區域內，由于兩個熱釋電元接收到的熱量不同，無法相互抵消，就輸出了檢測信號。 而因為周圍外在的環境對兩個熱釋元件的輻射幾乎具有相同的作用，使其產生釋電效應相互抵消，所以當沒有人進入到探測區域內時，探測器不會有信號輸出。

2.1.2 人體紅外感應電路設計

本次設計采用的人體紅外感應電路主要由D203B 熱釋電紅外線傳感器和信號處理芯片BISS0001 組成。 BISS0001電路如圖2 所示，BISS0001 是由狀態控制器、 封鎖時間定時器、運算放大器、電壓比較器、延遲時間定時器、及參考電壓源等構成的數混合專用集成電路。 BISS0001 中，VDD 為工作電源的正端，本次使用5V 直流電壓供電，IB 為內部運算放大器偏置電流設置端， 通過一個1MΩ 大小的電阻接入VSS 地端。1IN+和1IN-是BISS0001 第一級放大器的輸入端，用來將熱釋電紅外傳感器的輸出信號作第一級放大[1]，然后由C3 耦合給第二級運算放大器(2IN+和2IN-)進行第二級放大，再經由內部兩個電壓比較器構成的雙向鑒幅器處理后，檢出有效觸發信號去啟動延遲時間定時器， 信號經處理后從2 腳輸出。 A 管腳為可重復觸發和不可重復觸發控制端， 當A=”1”時，允許重復觸發，當A=“0”時，不可重復觸發。 本次設計采用可重復觸發模式，所以直接接入5V 電源。 RR1 和RC1 是輸出延遲時間Tx 的調節端， 值為Tx≈49152xR9C7；RR2 和RC2 是觸發封鎖時間Ti 的調節端，值為Ti≈24xR10C6。

圖2 BISS0001 電路

2.2 LED 驅動電路

2.2.1 LED 光源工作原理

LED 是一個PN 結二極管[3]，只有對其施加足夠的正向電壓才能傳導電流，正向電壓為LED 發光建立一個正常的工作狀態，正向電流促使LED 發光，發光強度與流過的電流成正比例。 白光LED 的額定電壓：3.3V， 額定電流20mA。 由于LED 的伏安曲線十分陡峭，當電壓產生微小的變化時，電流會產生很大的變化，極易造成LED 的燒毀，所以在驅動LED時，一般采用的是恒流源。

2.2.2 LED 驅動電路設計

驅動電路采用專門驅動LED 光源的恒流控制芯片BP2808，該芯片可以控制LED 光源的紋波和峰值電流，可實現恒流控制、模擬調光和PWM 調光[2]。 本文采用PWM 調光的控制。 電路如圖3 所示，BP2808 芯片中，LN 為線電壓補償端，實際中采用R5、R6 電阻降壓經R7、C4 前饋補償。VCC 為芯片的電源端，且內置了12.5V 的穩壓管。 OUT 為驅動的輸出端，設計中與MOS 管Q1 連接，與R8、D8 一起組成源極驅動電路， 輸出恒流與D9、L3 的續流電路合并向8 串8 并64個LED 光源恒流供電。 R8、D8 還有軟化開關開通驅動變軟，保持關斷驅動，改善電磁干擾，提升效率的作用。而與LED 光源并聯的輸出濾波電容C6 用以減少LED 光源上的電流紋波。 芯片CS 端為電流采樣端，通過R9、R10 兩個采樣電阻與地端相連，用于短路保護。 同時，為了使整個電路的輸出電流達到LED 光源陣列組合的要求，電阻R9 和R10 的阻值也要隨著LED 數量的不同而改變。

圖3 BP2808 電路

3 智能工作方式程序框圖

圖4 程序流程圖

程序采用C 語言編寫， 通過Microchip的開發平臺MPLAB IDE 編譯。 程序框圖如圖4 所示，程序開始后，對程序進行初始化。 臺燈處于休眠狀態，當有人靠近臺燈的時候，熱釋電紅外傳感器感應信號，并將信號傳給單片機，開始采集光照強度[4]，調整不同占空比，從而起到控制燈光明暗的效果。 當人離開時，中斷返回，臺燈繼續處于休眠狀態。

4 結語

設計采用LED 能提供安全優質的光環境，提升照明系統的光效，沒有紅外和紫外的成分，改善眩光，減少和消除光污染。 并且利用光照強度控制原理，智能控制燈的發光度，一方面有效減少對資源的浪費，與當前社會”低碳”理念相符，另一方面也保護了我們的眼睛。 當房間亮度不夠時，且有人在附近時，臺燈便會自動點亮，省去了黑暗中摸開關的麻煩。 設計簡單易行，實用性較強。

［1］周景雷.新型多功能控制LED 臺燈[J].電子技術，2011(5).

［2］顏重光. 基于BP2808 的LED 照明燈具電源應用設計技術[J].中國集成電路，2010(8).

［3］羅樹軍. 觸摸、光線雙控多點高亮LED 臺燈的研究[J].價值工程，2010(33).

［4］彭勁松，文利群.恒流源LED 觸摸臺燈的設計[J].山西電子技術，2007(2).