智能臺燈控制系統設計

盧日升++楊靜嫻

摘 要：針對傳統的臺燈亮度調節不便，忘記關燈時長時間亮燈浪費電能等缺點，提出了智能LED臺燈控制系統的設計。系統以微處理器為核心，利用紅外熱釋傳感器檢測人體信號，光敏電阻感應環境亮度并進行模數轉換。微處理器根據數字化的人體信號和亮度信號，采用PWM技術控制LED的工作狀態，實現了臺燈的亮度自動調節功能和節能控制功能，具有性價比高、推廣應用價值大的特點。

關鍵詞：人體感應 光敏電阻 LED臺燈 智能控制

中圖分類號：TM923.44 文獻標識碼：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

臺燈是人們學習生活的重要工具。目前，我們所用的臺燈，很多是白熾燈，發光效率低，電能的很大部分轉化為熱能而產生能量浪費。近幾年，也有節能型的LED燈，但需要手動調節控制亮度[1]。在學習過程中，由于環境亮度的差異，對臺燈的亮度需求也是不一樣的。而且，在學習過程中，臨時離開，如果忘記關燈，同樣浪費電能。因此，該文探究了一種智能LED臺燈的設計方案，可以根據環境亮度自動調整燈光功率。通過紅外熱釋傳感器，檢測人體。只有在有人靠近時，臺燈才驅動智能控制。如果使用過程中，人臨時離開，超過預設的時間沒有回來，就會自動關燈。

1 設計原理

智能臺燈的電路圖如圖1所示。主要由紅外熱釋人體感應器U2、光敏電阻R1、模數轉換器U1、微處理器U3、LED及其功率推動管Q1等元器件構成[1-3]。

人體紅外感應模塊采用HC-SR501，該模塊是基于紅外線技術的自動控制模塊。具有靈敏度高、可靠性強、超低電壓工作模式等特點。工作時，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。環境亮度檢測由光敏電阻R1來實現。R1的電阻值越環境亮度成反比。R1與R2串聯分壓，輸出電壓到模數轉換器U1。亮環境時，R1的電阻小，串聯電路輸出的電壓大，模數轉換后的數字量值也大。暗環境時，R1的電阻大，串聯電路輸出的電壓小，模數轉換后的數字量值也就變小。因此，微處理器根據U1輸出的數字量感知環境的亮度變化。

微處理器U3根據人體感應和光感應的結果，從P14輸出控制信號，控制LED的亮和滅。P14輸出為高電平時，三極管Q1截止，LED臺燈熄滅；低電平時，三極管導通，LED臺燈亮。

臺燈的亮度調節采用脈沖寬度調制（PWM）技術，原理如圖2所示。高電平和低電平構成一個控制周期T，高電平持續時間D與周期T比值就是PWM的占空比。高電平的持續時間D，就是LED燈熄滅的時間，可見，PWM值越大，LED燈的亮度越小。PWM為100%時，燈完全熄滅，而0%時LED燈的亮度越大。在該設計中，周期T設置為10 ms，光亮度的刷新率達到了100 Hz，比電視機的屏幕刷新率高2倍。可以有效地保護眼睛不受調光閃爍的影響。

2 程序設計流程

程序設計是實現臺燈智能控制的關鍵。軟件程序主要由臺燈亮度計算和PWM信號輸出兩個模塊程序組成。如圖3所示，臺燈的亮度計算由主程序實現。系統上電后，進行初始化，然后是臺燈的手動、自動控制選擇。自動控制時，判斷并記錄是否有認靠近。有人靠近時，采集環境光強度信號，并計算出相應的PWM值。定時中斷程序，通過記錄中斷的次數來判斷控制時間的長短。無人靠近時，一旦達到預設的時間，就關閉燈光。有人靠近時，根據主程序計算好的PWM值，控制LED燈光亮度[2-3]。

3 結語

智能臺燈的硬件電路主要采用模塊化電路搭建而成。軟件程序設計，主要采用IF-ELSE邏輯語句實現。智能LED臺燈經過調試，能夠實現人體感應、環境光檢測和亮度智能控制功能，達到了設計的目標。具有軟硬件設計簡單、成本低、智能化強度高的特點。

參考文獻

[1] 成風敏.智能LED臺燈的設計與實現[J].唐山學院學報，2015，5（3）：34-35.

[2] 張園，尚秀妮，魏紅陶，等.基于單片機的幼兒智能臺燈設計[J].科教導刊，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.