單片機的智能LED臺燈設計探索范文

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【摘要】介紹以STC89C51RC單片機為核心的集多功能于一體的智能led臺燈設計方案，包含單片機控制模塊、照明模塊、亮度檢測模塊、紅外人體感應模塊、按鍵模塊等多個部分。通過亮度檢測模塊采集環境亮度，采用PWM調光技術控制臺燈功率，實現LED臺燈的亮度的自動控制功能。紅外人體模塊感應到人離開臺燈超過預設時間后，自動關燈，解決臺燈浪費電能的問題。

【關鍵詞】臺燈；PWM調光；亮度檢測；紅外人體感應

隨著社會的進步發展，家用電器的節能、環保受到了人們的日益關注。照明是現代生活必不可少的一部分。據統計，2017年我國全社會的用電量約6.3萬億度[1]。而照明用電量約占全社會用電量的13%[2]，巨大的照明用電量產生很大的能源損耗。由于忘記關燈或者燈光亮度無法隨著環境亮度變化導致的過度照明，也帶來很大的電能浪費[3，4]。本文以LED臺燈照明節能、健康為目標，提出了智能LED臺燈的設計方案。通過傳感器檢測環境亮度和人體信號，智能控制臺燈的亮度和工作方式，避免過度照明和無用照明問題。

1系統結構

智能LED臺燈系統主要包含單片機系統、LED照明模塊、亮度檢測模塊、紅外人體模塊、按鍵、狀態指示燈等部分組成。主要部分的電路原理描述如下：

1.1環境亮度檢測模塊

環境亮度檢測電路如圖2所示，主要由光電轉換和模數轉換電路構成。光敏電阻RO和精密電位器RD構成分壓電路，把環境亮度的變化轉化為電壓VO的變化。RO的電阻值與環境亮度成反比。暗環境的阻值大，亮環境阻值小[4]。由式（1）可知，電壓VO的大小與環境亮度成正比。可變電阻RG用來調整光線感應的閾值范圍和靈敏度。VO=5RDRD+RO（1）ADC0809是8位的模數轉換器，把環境亮度量化為8位的二進制數值。假設其輸出的8位數字量對應的十進制數值為D。

1.2紅外人體感應模塊

為避免人離開時，忘記關燈，導致臺燈長期亮著浪費電能，系統采用人體紅外熱釋放感應HC-SR501模塊判斷是否有人在使用臺燈[5]。模塊采用全自動重復觸發感應模式，人在臺燈感應范圍時，輸出高電平；人離開臺燈感應范圍后自動延時關閉高電平，輸出低電平。

1.3LED照明模塊

LED照明模塊采用白色草帽燈珠構成LED陣列，每個燈珠的半徑為5毫米，0.06瓦。三級管Q1實現對LED燈陣列的點亮和熄滅關控制。當P13為低電平時，LED燈亮；高電平則LED燈熄滅。

1.4PWM調光原理

脈沖寬度調制PWM（PulseWidthModulation）是燈光功率控制中的常用技術[6]。PWM調光的基本原理是在確定的時間周期T內，控制燈光點亮與熄滅的時間比值，實現LED臺燈功率的調節。假設在周期T內，燈點亮的時間為TL，熄滅的時間為TH，則臺燈功率控制的占空比如式（3）所示。PWM燈光功率控制示意圖如圖4所示。左邊的控制周期是高電平，臺燈在控制周期內是關閉的，PWM值為0%，輸出功率最小；右邊的控制周期為低電平，臺燈在周期內都是點亮的，PWM值達到100%，輸出功率達到最大。通過控制PWM的值，可以使得臺燈功率在最大值和最小值之間進行變化。在實際應用中，為避免PWM的臺燈開關控制，引起臺燈燈光閃爍，引起眼睛的不適，應當要注意控制周期T的數值設計。根據人眼對光的殘留效應的效果，T要小于20毫秒，也就是燈光功率控制的頻率要大于50赫茲。PWM=TLT%（3）

2系統軟件設計流程

LED臺燈的軟件設計流程圖，主要實現臺燈手動亮度控制、自動亮度控制和智能控制三種工作模式。系統通電后，先進行參數初始化，然后判斷模式選擇鍵SET是否按下。如果按下，則修改系統工作模式計數器MODE。接著，根據工作MODE的值，選擇相應的軟件模式代碼。在手動模式下，利用系統的ADD鍵和SUB鍵手動調整臺燈的功率。自動控制模式下，利用光敏元件感應環境亮度并模數轉換為數字信號，并根據環境亮度的數字值自適應控制臺燈功率。同時，為了避免臺燈在無人使用時常亮，浪費電能，設置了智能控制模式。該模式利用紅外傳感器檢測人體信號，燈光的功率采用自動控制的方式。圖中，P27為人體干擾信號輸入引腳，Infrared為人離開系統檢測范圍的時間計數器，計數的時間間隔約1微秒。系統運行時，檢測到P27為0，表示人離開臺燈臺燈，計數器Infrared加1。如果計數器計到預設時間長度后，人還沒有回來，就自動將PWM值設為0%，關閉臺燈。臺燈在運行過程匯總檢測到人，則計數器清零，并自動控制臺燈的亮度。

3總結

對LED臺燈的單片機控制系統結構、環境亮度采集與數字化、紅外人體感應和PWM調光技術等臺燈的關鍵硬件電路進行描述，并詳細介紹了實現臺燈功能的軟件編程思路。完成了系統的硬件制作、軟件編程和調試，實現了預期的控制功能。具有節能省電，控制可靠，結構簡單等特點。

參考文獻

[1]匿名.去年全社會用電量增長6.6%[N].經濟日報,2018-01-23(4).

[2]沈慧.我國照明用電約占全社會用電量13%-點亮明燈開始綠之行[N].經濟日報,2016-11-15(13).

[3]鮑宜帆.一種智能臺燈設計[J].科學技術與創新,2018(17):158-159.

[4]陳炳飛,周朝霞.亮度自適應的智能臺燈設計[J].物聯網技術,2018(7):98-101.

[5]馬國強,辛永田.一種智能臺燈的設計與開發[J].物聯網技術,2018(1):93-95.

[6]蔣雪琴.可調光智能LED臺燈設計[J].電腦迷,2016(3):76.

作者:劉力齊 單位:重慶南開中學高三13班