“酷樂無影”臺燈的設計與實現

張雨 何翠 楊博 張亞萍

摘 要：該文針對普通臺燈在使用時容易產生手影及欠缺娛樂性、人性化設計的問題，提出了一種雙燈頭可調光音樂臺燈的工作原理與結構設計，分析了雙燈頭可調光音樂臺燈的性能特點及潛在的市場價值。

關鍵詞：臺燈 雙燈頭 音樂播放 可調光開關

中圖分類號：F21 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）02（c）-00-02

目前，市場上的臺燈大多是普通照明臺燈，照明負載主要為日光燈、白熾燈、LED燈，功能單一，很難滿足人們現在多樣化的需求。而且，現在近視是困擾大部分人，尤其是學生群體的一個普遍問題，主要原因之一就是在使用臺燈時，由于有手影的產生而使光線亮度減弱，使用者容易產生視覺疲勞造成的。該設計針對現有臺燈存在的問題，對其進行優化，設計出了具有音樂播放和調節光線強度功能的雙燈頭臺燈。

1 設計思路

本設計主要是以家庭用臺燈為主體，增加了音樂播放功能，且外置USB接口，可以對音樂文件進行傳輸；為消除手影的產生，采用了雙燈頭設計，并且利用旋鈕可調光開關，使其可以調節光線的強弱程度；該設計的照明負載為白熾燈，使用者可以根據自己的需要選擇或更換不同功率的燈泡，不僅貼近消費者，而且延長了臺燈的使用壽命，這樣的設計更加人性化，更加符合現代家庭消費理念。

2 臺燈的整體構造

圖1 雙燈頭音樂可調光臺燈電路圖

本作品設計電路如圖1所示：主要由外接電源、音樂播放器電路、臺燈照明電路三部分組成。外接電源電路中的穩壓電路，保證了音樂播放器電路與臺燈照明電路的正常工作，且音樂播放器電路與臺燈照明電路采用并聯的連接方式，在工作的同時互不影響。

2.1 雙燈頭開關可調光設計原理解釋

2.1.1 白熾燈泡的選擇

為了實現可調節燈光亮暗的效果，采用旋鈕式可調光開關來控制電路中電流來調節燈光的亮度。根據調查，在了解了市面上各種類型的照明燈發光原理之后，本設計選擇白熾燈作為照明負載。LED燈使用低壓電源，供電電壓在6～24 V之間，LED驅動都是恒流驅動，改變LED燈兩端的電壓會燒壞LED燈珠或使其不能正常工作；日光燈其兩端的工作電壓為220 V，燈管是由鎮流器、啟輝器觸極、燈絲、雙金屬片構成，但其體積較大，長度較長，適用于室內空間面積較大的照明使用，而且由于日光燈的發光原理，當用調光開關改變日光燈兩端的電壓時，其光線亮度基本不改變，即日光燈只有亮或不亮兩種狀態。

白熾燈在其兩端可加載0～220 V電壓，只要燈絲溫度超過2000 ℃，燈絲就處于白熾狀態，發出光亮，而且溫度越高，亮度就會越亮，且發出的燈光穩定，不會有頻閃出現。當改變白熾燈兩端工作電壓時，白熾燈的亮度也會發生改變，符合調光的原理。且白熾燈市場上價格低，易于更換，燈光柔和，能為廣大使用者帶來

便利。

2.1.2 雙燈頭設計

現階段市面上的臺燈大都以單燈頭照明為主，但單燈頭照明臺燈在使用時，不管從哪個方向進行照明，都會有手影產生，為使用者的學習、工作帶來不便。基于此，本作品設計采用了獨特的雙燈頭照明臺燈設計。

雙燈頭照明臺燈是在原單燈頭照明臺燈的電路內并聯一個照明電路，使兩個照明燈頭可以協同工作且互不影響，達到消除部分手影的目的。當打開一個照明燈頭開關時，由于光的直線傳播，不管臺燈是放在使用者的左方、右方、還是前方時，都會由于手的遮擋作用而產生手影，因此容易使使用者產視覺疲勞。此時，打開另外一個照明燈頭，此照明燈頭的光線向四周發出，可以照射到第一個照明燈頭產生的陰影區，減弱手影的作用效果，增加使用者工作區的亮度，從而可以消除一部分的手影，為工作者帶來方便。

2.1.3 旋鈕式可調光開關設計

如圖2所示，臺燈照明電路的兩個照明設備由兩個旋鈕式可調光開關控制調節燈光亮度，滿足使用者不同的需求。

如圖2，以開關一為例：當開關處于1位置時，電路處于斷開狀態，白熾燈無法正常工作。當其以順時針方向轉動至位置2時，臺燈的電路與總電路接通，臺燈開始工作。在位置2時，接入電路中的滑動變阻器的阻值最小，所以此時通過電路的電流最大，白熾燈內的鎢絲溫度可很快達到2000 ℃以上，發光發熱正常工作，此時燈光最亮。隨著滑片順時針的旋轉，接入電路中的阻值逐漸增大，流過燈絲的電流逐漸減小，溫度和熱度也有所降低，所以燈光的亮度較前面有所下降。當滑片旋轉至3位置時，燈光到達最暗的亮度。若使用者想關閉臺燈，可反方向調整至位置1即可。開關二的工作原理與開關一的相同。

白熾燈一、二是分別用開關一、二進行控制的，此設計的目的是：通過調節兩旋鈕式開關，可以達到不同的亮度，以滿足使用者在不同時間、不同地點的不同需求，也有效地保護了使用者的

視力。

圖2 臺燈照明可調光電路

2.2 音樂播放器的構造

音樂播放器是軟件和硬件的結合，樂曲中不同的音符，實質就是不同頻率的聲音。通過單片機產生不同頻率的脈沖信號，經過放大電路，由蜂鳴器放出，就產生了美妙和諧的樂曲。根據各音階頻率算出定時器定時常數，根據節拍給出該音階持續的時間，最終實現播放簡單樂曲的功能。在本設計中，音樂播放器主要由：（1）單片機模塊。（2）晶振電路模塊。（3）復位按鍵模塊。（4）音頻功率放大器模塊。（5）按鍵模塊。（6）電源的電路設計。（7）LED顯示電路設計，如圖3所示。

硬件電路是由晶振電路、顯示電路、控制電路等接到單片機上構成，如圖3所示的總體電路。其核心器件采用單片機，進行系統控制；晶振電路為單片機提供時間信號，為音樂的播放節拍控制提供基本時間單位；通過控制電路實現音樂播放的選曲、暫停、播放和復位等功能；經發生電路發出美妙的音樂；由顯示電路顯示出正在播放的曲目。

3 作品測試與展望

本作品設計集實用功能與娛樂功能為一體，設計獨特大方、實用、人性化。雙燈頭的設計區別于以往市場上單燈頭的設計，簡單新穎、美觀大方，巧妙地利用光學、電學原理，消除了工作寫字時手影的干擾。而可調亮度的開關集控制開關與調控亮度為一體，根據使用者需求的不同而控制光線的強弱，不僅為學習工作提供了便利，還節約了電能資源。而最具亮點的設計，是設計者能夠融入播放音樂的功能（音樂外放及USB充電接口），讓使用者在工作勞累之余，可盡情享受音樂帶來的舒適。這一人性化的設計，避免了戴耳機聽音樂時，耳機對人耳朵和大腦帶來的傷害，還有一定的助眠作用。因此，綜合看來，此臺燈的推廣設計，具有實用價值和市場

前景。

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