智能LED臺燈設計

南京科技職業技術學院 劉宏志 葛先雷 鄧玉茹

智能LED臺燈設計

南京科技職業技術學院 劉宏志 葛先雷 鄧玉茹

通過紅外傳感器感應人手紅外光的強弱來控制單片機，單片機控制LED驅動電路來控制LED燈的亮度，又可以通過紅外傳感器感應系統配合計時系統可以計算看書的學習時間，超過定時器上的時間單片機就會發出報警并降低LED燈的亮度，提醒學習者的學習時間及保護眼睛。

紅外傳感器；單片機；智能LED臺燈

1 設計的原則

1.1 功能性原則

在設計臺燈中必須符合照明要求，按照不一樣的空間、不一樣的場所、不一樣的工具選擇不一樣的照明方法和燈具，而且要保持照度和亮度。比方：讀寫臺燈光照明設計應采取垂直式照明，讓亮度散布平均，防止出現眩光；很多商場的櫥窗和商品擺設，為了能夠吸引大量顧客的眼球，一般都會使用強光進行有重點的突出照明，它的亮度比平常照明亮度要超出大約到3～5倍，也有很多商家為了使商品的立體感、質感和廣告效應更好，也經常使用方向性強的照明燈具和使用色光來讓商品更具有藝術感染力。

1.2 經濟性原則

在設計燈光照明時，不可以只是想著以多為好，關鍵是要科學實際，合理運用。燈光照明設計主要是為了滿足人們的視覺享受和審美，使室內空間最大限度展現出美麗，是利用功效和審美功效的統一。社會上有些燈飾不但不能夠增美，反而弄巧成拙，產生電力耗損，造成經濟上的損失，極有可能還會造成光環境污染而損害身體。

根據現代社會的燈光照明的標準，因為用處和分辯的清晰度的各不相同，所以選用的尺度也各不相同。

1.3 安全性原則

燈光照明設計不可隨意發揮，隨意設計，一定要注重安全性能。因為燈具是使用電源，電對人體的傷害可想而知，所以必需采取的防觸電、防斷路等相關的安全措施，盡量去防止意外事故的產生，將意外事故發生率降到最低。

2 設計理念

現在市場上的燈具種類繁多，平常臺燈均采取220V交流電源來供電，日光燈管、白熾燈膽為光源，手動開關或觸摸感應式開關來控制。

現在臺燈幾乎是平常家庭的生活必需品了，有手動和自動兩種模式的臺燈?，F代社會的人們由于常常忘記關燈而造成能源耗費。作為一個必需品，就必須對人們的生活產生有益的影響，他可以讓你不在擔心黑暗中開不了燈，而且可以改正人們的坐姿。通過紅外傳感器感應人手紅外光的強弱來控制單片機，單片機控制LED驅動電路來控制LED燈的亮度，又可以通過紅外傳感器感應系統配合計時系統可以計算看書的學習時間，超過定時器上的時間單片機就會發出報警并降低LED燈的亮度，提醒學習者的學習時間及保護眼睛，停電時又可以通過5V可充電鋰電池為LED燈供電。按照以上思路設計出原理框圖：

3 系統的設計

驅動電路：

LED驅動器：為滿足不同的輸入電壓、輸出電流及不同的的LED數目等請求，半導體器件公司都開發出各類白光LED驅動器。驅動器除可驅動白光LED外，也可驅動藍光LED或其他色彩的LED。另外驅動器具備不變輸出或可編程恒流輸出的特特性，故可用驅動器作為穩壓電源或可編程恒流源。

LED驅動器的要求：LED不僅用于LCD背光照明，而且近年來慢慢用作照明燈、閃光燈及頻閃裝備。白光LED也從小功率發展到中功率及大功率(電流達1000mA)。燈光的閃光燈使用大功率白光LED，在夜空中產生耀眼的光芒，廣告效果明顯。

驅動器可以看做是向LED供電的特殊電源。它可驅動正向壓降為3.0～4.3V的白光LED，并可根據需要驅動串聯、并聯或串/并聯的多個白光LED，滿足驅動電流的要求。

常用的LED電源驅動方案：LED電源驅動有多種方案，在LED電源變換器的技術實現上有不一樣的方案。按照供電電壓的高低，可以將LED電源驅動器分成低壓驅動(供電電壓為0.8～1.65V)、過渡電壓驅動(供電電壓為4V)、高壓驅動(供電電壓大于5V)和市電供電等4類。

4 電路的調試及解決辦法

4.1 LED發光角度的問題

很多的LED透鏡封裝不一樣即便是統一發光角度(標稱角度),結果也不一樣，使得聚光罩的拔取難上加難,仍至不可以通用。

本設計如果沒有經過處理的光直射，那肯定是不均勻的，并且LED之間的間隔也有影響。LED的發光角內的光并非均勻的，而是中間強周圍逐步削弱的。這便是為何LED燈產物都會用LENS或反光杯之類的進行光的處置。

4.2 LED效率偏低(發光率)

本設計LED的發光效率實在分為兩大塊：內量子力和外量子效力，對內量子效力普通講也便是電子躍遷發生光子的效力。下降非輻射躍遷——削減非輻射的復合中心（主如果晶體缺陷）構成不變的必要的能級差——（1）有效摻雜；（2）降低結溫。

4.3 LED亮度不足

本設計利用不同等級檔次的芯片封裝出來亮度不一樣，而且LED可以通過加大電流來使其更亮。電路低時，亮度也就比較暗。

4.4 出現死燈現象

本設計LED死燈現象主要有以下兩種情況：開路死燈和短路死燈。

開路死燈的原因有：（1）LED內的焊點不可靠；芯片焊點受到污染；支架電渡層不符合標準，線太細也致使焊點拉力不夠；沒有完全固定好產生的內應力導致焊點的松脫等；（2）LED與PCB焊接過程當中的虛焊引發。

短路死燈的原因有：（1）LED芯片的抗靜電（ESD）較差，直接模式耐壓不到300V；（2）因為電源的可靠性不敷或不匹配引發LED過流、過壓致使。

在調試的時候，LED內的焊點不穩引起的開路死燈是LED生產過程中材料及工藝的原因，是LED存在的質量問題，我在選材檢驗的時候通過溫度試驗、冷熱沖擊實驗、高溫高濕老化實驗來篩選出焊點可靠的。本設計LED與PCB焊接過程中的虛焊引起死燈是在使用LED加工產品時的工藝引起的，所以要從以下幾方面解決問題：（1）焊接溫度保持在260℃左右，時間控制在3S-5S以內；（2）在焊接溫度回到正常之前，一定要防止LED產生任何抖動或者其他外力；（3）焊接點離膠體底部在2.5mm以上；（4）LED在彎腳或折腳時應注重與膠體連結2mm以上的間隔，以防LED膠體內里支架與金線離散。

在設計的過程中電源的可靠性不夠或不匹配會產生LED過流、過壓導致LED損壞的情況，所以在選用時，一定要講究LED電源的可靠性和與LED匹配：（1）在電壓匹配方面，LED約2—3伏的低電壓驅動，必須要設計復雜的變換電路，不同用途的LED燈要配備不同的電源適配器。所以本設計在應用方面非常小心；（2）在電流匹配方面，LED的正常工作電流在15mA-18mA，供電電流小于15mA時，LED的發光強度不夠，而大于20mA時，發光了強度也會減弱，同時發熱大增，老化加快、壽命縮短，經過試驗當超過40mA時會很快損壞。