【正文】 dules and manual light on the purpose. Keywords： intelligence desk lamp。 The LED drive。 PWM light。 inductive 徐州師范大學(xué)物理與電子工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告 1 1 緒論 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的 臺燈已是千家萬戶的必需生活電器，經(jīng)常由于忘記關(guān)燈而造成巨大的能源浪費(fèi)。 在我國 ,照明耗電占年發(fā)電總量的 12% (超過 100 億 kW?h) ?，F(xiàn)在的臺燈絕大部分是采用普通的 白熾燈、熒光燈、節(jié)能燈和螺旋節(jié)能燈 ,并且 控制方式多采用手動開關(guān) ,不能連續(xù)調(diào)節(jié) ，更不能自動調(diào)節(jié)。 隨著能源緊缺、電價(jià)越來越高、環(huán)保要求及 LED 的光效的提高 ,用 LED 替代 現(xiàn)在臺燈普遍使用的 白熾燈或熒光燈，環(huán)保無污染。 另外， LED 的光譜幾乎全部集中于可見光 頻段 ,其發(fā)光效率可達(dá) 80～ 90%，并且 傳統(tǒng)的 臺燈中的光源體 使用的是交流電，所以每秒鐘會產(chǎn)生 100－ 120 次的頻閃。 LED 燈是把交流電直接轉(zhuǎn)換為直流電，不會產(chǎn)生閃爍現(xiàn)象，保護(hù)眼睛，可以獲得 “柔和 ”的燈光環(huán)境。 現(xiàn)在中國約 30%的人有不同程度的視力問題，其中近視是主要問題，近年來，我國的近視率已上升為全球第二，僅次于日本，但近視的總?cè)藬?shù)確是全球第一。引起近視的主要原因是用眼不健康，如用連續(xù)用眼時(shí)間過長，看書，學(xué)習(xí)時(shí)的坐姿不正確等。 現(xiàn)在的普通臺燈 90%的供電系統(tǒng)是用交流電經(jīng)變壓后直接供電，在用電高峰期時(shí)使用會增加 供電系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)，并且停電時(shí)不能工作，移動使用性較差。太陽能是新型的綠色能源，但普及率還不高。因此，我們提出智能 LED 臺燈方案。 LED 智能臺燈特性 高效節(jié)能：以相同亮度比較， 3W 的 LED 節(jié)能燈 333 小時(shí)耗 1 度電，而普通 60W白熾燈 17 小時(shí)耗 1 度電，普通 5W 節(jié)能燈 200 小時(shí)耗 1 度電。 超長壽命：半導(dǎo)體芯片發(fā)光，無燈絲 、 無玻璃泡 、 不怕震動 、 不易破碎 、 使用壽命可達(dá)五萬小時(shí)（普通白熾燈使用壽命僅有一千小時(shí)，普通節(jié)能燈使用壽命也只有八千小時(shí)） 。 健康：光線健康光線中含紫外線和紅外線少，產(chǎn)生輻射少 （普通燈光線中含有紫外線和紅外線） 。 綠色環(huán)保：不含汞和氙等有害元素，利于回收，普通燈管中含有汞和鉛等元素。 保護(hù)視力：直流驅(qū)動，無頻閃（普通燈都是交流驅(qū)動，就必然產(chǎn)生頻閃） 。 安全系數(shù)高：所需電壓、電流較小，安全隱患小于礦場等危險(xiǎn)場所 。 2 市場潛力大：低壓、直流供電 。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的內(nèi)容 本次課程設(shè)計(jì)的 LED 智能臺燈主要包括四個(gè)模塊： （ 1） LED 光源驅(qū)動 利用變壓器將 220V 的交流電轉(zhuǎn)化成 12V 的直流電源，然后 PT4115 芯片將 12V 直流電壓變換成穩(wěn)定的恒流源 （ 2）單片機(jī)外圍電路 利用 STC89C52 單片機(jī)控制 PWM 調(diào)光以及紅外檢測等模塊。 （ 3）紅外檢測 利用熱釋電紅外檢測模塊來檢測是否有人靠近臺燈，若有人則臺燈自動開啟，當(dāng)一段時(shí)間檢測不到人活動是臺燈就會漸漸熄滅。 （ 4）手動 PWM 調(diào)光 經(jīng) AD 轉(zhuǎn)換后得出的數(shù)值來改變單片機(jī)的 PWM 的占空比，實(shí)現(xiàn)手動調(diào)光。 3 2 系統(tǒng)的可行性分析 （ 1）系統(tǒng)設(shè)計(jì)的意義： 本項(xiàng)目 的設(shè)計(jì)思想來源于生活，所具有的功能也是為臺燈使用的方便性及節(jié)能環(huán)保而設(shè)置，因此具有很大的實(shí)際意義。 （ 2）系統(tǒng)功 能設(shè)計(jì)可行性分析： 針對目前普通臺燈存在的能耗高、操作使用不便及功能單一三個(gè)問題進(jìn)行系統(tǒng)分析與研究，以單片機(jī) PT4115 為控制核心，用熱釋電紅外傳感器檢測是否人進(jìn)入使用臺燈的范圍，用光敏電阻判斷有人在使用臺燈范圍時(shí)是否需要開燈 。綜合運(yùn)用傳感技術(shù)實(shí)現(xiàn)臺燈 是否有人員來自動控制 臺燈的 開關(guān) 及利用 PWN 波對臺燈進(jìn)行手動調(diào)光，在功能上使之更加具有人性化，以此 提高人的接受度和舒適度。 4 3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 電源模塊 LED 光源驅(qū)動電路 LED 光 源的驅(qū)動電路就是把 12V 直流電壓變換成穩(wěn)定的恒流源，電路的設(shè)計(jì)本著刪繁就簡、節(jié)省成本的原則，應(yīng)該從能完成這個(gè)電路設(shè)計(jì)要求的眾多 LED 驅(qū)動 芯片中選擇集成度高、性能較好、應(yīng)用電路簡單、價(jià)格較平的性價(jià)比有優(yōu)勢的 PT4115 芯片。因此選擇驅(qū)動電路外圍器件少的驅(qū)動芯片是生產(chǎn)成本的首要考量。 圖 31 PT4115 LED 光源驅(qū)動電路 圖 32 PT4115 芯片實(shí)物圖 5 通過 PT4115芯片上的 DIM 端，可以方便的進(jìn)行模擬或 PWM調(diào)光。由于模擬調(diào)光是直接改變流過 LED電流的大小來實(shí)現(xiàn)亮度調(diào)節(jié)，除 了亮度會改變以外，也會影響白光的質(zhì)量，即不同電流下發(fā)出的白光存在色偏。因此，本設(shè)計(jì)采用 PWM調(diào)光方案， PWM調(diào)光的基本原理是保持 LED正向?qū)娏骱愣?，而通過控制電流導(dǎo)通和關(guān)斷的時(shí)間比例，即改變輸入脈沖信號的占空比，使 LED產(chǎn)生亮暗變化；并利用人眼的視覺殘留效應(yīng)，當(dāng) LED亮暗變化 頻率大于 120Hz時(shí)，人眼就不會感覺到閃爍，而看到是 LED的平均亮度。 PWM調(diào)光的優(yōu)勢是 LED正向?qū)ǖ碾娏魇呛愣ǖ模?LED的色度就不會像模擬調(diào)光時(shí)產(chǎn)生變化。 PT4115 恒流驅(qū)動輸出的電流值計(jì)算公式為： * /out sI D R? (D為方波信號占空比， sR 為限流電阻 ).本設(shè)計(jì) LED光源采用 30只小功率白光 LED燈珠并聯(lián)方式，且每只 LED燈珠額定電流為 20mA，則 PT4115恒流驅(qū)動輸出最大電流 outI 應(yīng)為 120mA，因此 sR 選取 電阻。 L1為鎮(zhèn)流電感，選取 68μ H，用于穩(wěn)定通過 LED的電流。 D1是續(xù)流二極管，當(dāng)芯片內(nèi)部 MOS管截止?fàn)顟B(tài)時(shí)為儲存在電感 L1中 的電流提供放電回路；由于工作在高頻狀態(tài)， D1選用正向壓降小且恢復(fù)速度快的肖特基二極管 SS24。 元器件選擇 表 31 關(guān)鍵元器件的選擇 Rs 精度大于 1% ? ，比如要輸出350mA，則 sR =， 2857 Cin 100uF （工作電壓＞ 50V） 輸出電流小于 400mA 100uF （工作電壓＞ 50V） 輸出電流大于 400mA 有續(xù)流儲能和濾波的功能，電容量不 宜太小 D SS14 輸出電流小于 400mA SS24 輸出電流大于 400mA 導(dǎo)通壓低于 的肖特基二極管，可以提高系統(tǒng)效率； L 3347uH （飽和電流＞ ） 輸出電流在 800mA 到 1200mA 4768uH （飽和電流＞ ） 輸出電流在 400mA 到 800mA 68100uH （飽和電流＞ ） 輸出電流小于 400mA DCR 越小，效率越高。選用 EPC13 錳鋅 4000 磁芯。選用額定電流大于工作電流的 倍 6 整流二極管 正向壓降盡可能 低于肖特基二極管，可有效地降低系統(tǒng)功耗。 電流能力一定要滿足應(yīng)用，原則上大于 ? ?1. 5 * * / 0. 8 *o