智能臺燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

盧日升++楊靜嫻

摘 要：針對傳統(tǒng)的臺燈亮度調(diào)節(jié)不便，忘記關(guān)燈時(shí)長時(shí)間亮燈浪費(fèi)電能等缺點(diǎn)，提出了智能LED臺燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。系統(tǒng)以微處理器為核心，利用紅外熱釋傳感器檢測人體信號，光敏電阻感應(yīng)環(huán)境亮度并進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。微處理器根據(jù)數(shù)字化的人體信號和亮度信號，采用PWM技術(shù)控制LED的工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了臺燈的亮度自動(dòng)調(diào)節(jié)功能和節(jié)能控制功能，具有性價(jià)比高、推廣應(yīng)用價(jià)值大的特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：人體感應(yīng) 光敏電阻 LED臺燈 智能控制

中圖分類號：TM923.44 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）02（a）-0085-02

Abstract： Due to the inconvenience of the traditional lamp light brightness control and the waste of electricity because of forgetting to turn off the lights， we put forward the design of the control system of intelligent LED desk lamp. The system which is based on the core of microprocessor， uses the infrared pyroelectric sensor to detect the human boby signal and uses the photosensitive resistance to induce environment brightness. Based on the digital human boby signals and brightness， the microprocessor uses the PWM to control LED working condition. Hence the system can implement the functions which are the brightness of the lamp automatic adjustment and energy-saving control. This system also is highly cost effective， and possessed of popularization and application value.

Key Words： Human body induction； Photosensitive resistance； LED lamp； Intelligent control

臺燈是人們學(xué)習(xí)生活的重要工具。目前，我們所用的臺燈，很多是白熾燈，發(fā)光效率低，電能的很大部分轉(zhuǎn)化為熱能而產(chǎn)生能量浪費(fèi)。近幾年，也有節(jié)能型的LED燈，但需要手動(dòng)調(diào)節(jié)控制亮度[1]。在學(xué)習(xí)過程中，由于環(huán)境亮度的差異，對臺燈的亮度需求也是不一樣的。而且，在學(xué)習(xí)過程中，臨時(shí)離開，如果忘記關(guān)燈，同樣浪費(fèi)電能。因此，該文探究了一種智能LED臺燈的設(shè)計(jì)方案，可以根據(jù)環(huán)境亮度自動(dòng)調(diào)整燈光功率。通過紅外熱釋傳感器，檢測人體。只有在有人靠近時(shí)，臺燈才驅(qū)動(dòng)智能控制。如果使用過程中，人臨時(shí)離開，超過預(yù)設(shè)的時(shí)間沒有回來，就會自動(dòng)關(guān)燈。

1 設(shè)計(jì)原理

智能臺燈的電路圖如圖1所示。主要由紅外熱釋人體感應(yīng)器U2、光敏電阻R1、模數(shù)轉(zhuǎn)換器U1、微處理器U3、LED及其功率推動(dòng)管Q1等元器件構(gòu)成[1-3]。

人體紅外感應(yīng)模塊采用HC-SR501，該模塊是基于紅外線技術(shù)的自動(dòng)控制模塊。具有靈敏度高、可靠性強(qiáng)、超低電壓工作模式等特點(diǎn)。工作時(shí)，U2的VO腳輸出高電平代表有人靠近臺燈，而低電平表示無人靠近。環(huán)境亮度檢測由光敏電阻R1來實(shí)現(xiàn)。R1的電阻值越環(huán)境亮度成反比。R1與R2串聯(lián)分壓，輸出電壓到模數(shù)轉(zhuǎn)換器U1。亮環(huán)境時(shí)，R1的電阻小，串聯(lián)電路輸出的電壓大，模數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量值也大。暗環(huán)境時(shí)，R1的電阻大，串聯(lián)電路輸出的電壓小，模數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量值也就變小。因此，微處理器根據(jù)U1輸出的數(shù)字量感知環(huán)境的亮度變化。

微處理器U3根據(jù)人體感應(yīng)和光感應(yīng)的結(jié)果，從P14輸出控制信號，控制LED的亮和滅。P14輸出為高電平時(shí)，三極管Q1截止，LED臺燈熄滅；低電平時(shí)，三極管導(dǎo)通，LED臺燈亮。

臺燈的亮度調(diào)節(jié)采用脈沖寬度調(diào)制（PWM）技術(shù)，原理如圖2所示。高電平和低電平構(gòu)成一個(gè)控制周期T，高電平持續(xù)時(shí)間D與周期T比值就是PWM的占空比。高電平的持續(xù)時(shí)間D，就是LED燈熄滅的時(shí)間，可見，PWM值越大，LED燈的亮度越小。PWM為100%時(shí)，燈完全熄滅，而0%時(shí)LED燈的亮度越大。在該設(shè)計(jì)中，周期T設(shè)置為10 ms，光亮度的刷新率達(dá)到了100 Hz，比電視機(jī)的屏幕刷新率高2倍。可以有效地保護(hù)眼睛不受調(diào)光閃爍的影響。

2 程序設(shè)計(jì)流程

程序設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)臺燈智能控制的關(guān)鍵。軟件程序主要由臺燈亮度計(jì)算和PWM信號輸出兩個(gè)模塊程序組成。如圖3所示，臺燈的亮度計(jì)算由主程序?qū)崿F(xiàn)。系統(tǒng)上電后，進(jìn)行初始化，然后是臺燈的手動(dòng)、自動(dòng)控制選擇。自動(dòng)控制時(shí)，判斷并記錄是否有認(rèn)靠近。有人靠近時(shí)，采集環(huán)境光強(qiáng)度信號，并計(jì)算出相應(yīng)的PWM值。定時(shí)中斷程序，通過記錄中斷的次數(shù)來判斷控制時(shí)間的長短。無人靠近時(shí)，一旦達(dá)到預(yù)設(shè)的時(shí)間，就關(guān)閉燈光。有人靠近時(shí)，根據(jù)主程序計(jì)算好的PWM值，控制LED燈光亮度[2-3]。

3 結(jié)語

智能臺燈的硬件電路主要采用模塊化電路搭建而成。軟件程序設(shè)計(jì)，主要采用IF-ELSE邏輯語句實(shí)現(xiàn)。智能LED臺燈經(jīng)過調(diào)試，能夠?qū)崿F(xiàn)人體感應(yīng)、環(huán)境光檢測和亮度智能控制功能，達(dá)到了設(shè)計(jì)的目標(biāo)。具有軟硬件設(shè)計(jì)簡單、成本低、智能化強(qiáng)度高的特點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 成風(fēng)敏.智能LED臺燈的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].唐山學(xué)院學(xué)報(bào)，2015，5（3）：34-35.

[2] 張園，尚秀妮，魏紅陶，等.基于單片機(jī)的幼兒智能臺燈設(shè)計(jì)[J].科教導(dǎo)刊，2016（6）：67-68.

[3] 金衡，鄧松坤，宛錚，等.LED智能多功能臺燈[J].科技視界，2012，4（11）：36-37.