智能LED台灯设计论文

徐州师范大学物电学院课程设计报告课程名称：电子技术综合设计题目：LED智能台灯专业班级：08物51班学生姓名：苗圃学生学号：08225034日期：2011年6月15日指导教师：杨增汪物电学院教务部印制一、课程设计目的、任务和内容要求：台灯已是千家万户的必需生活电器，经常由于忘记关灯而造成巨大的能源浪费。在我国,照明耗电占年发电总量的12%(超过100亿kW•h),现在的台灯绝大部分是采用普通的白炽灯、荧光灯、节能灯和螺旋节能灯,并且控制方式多采用手动开关,不能对光强进行调节。当夜晚来临时，人们又摸黑去开灯，非常不方便，与现在家电的智能化，人性化，低碳设计理念相违背。本课程设计的任务就是设计一个LED智能台灯系统。具体设计任务如下：1．熟悉LED智能台灯的工作原理；2．写出LED智能台灯的设计方案；3．用硬件及软件加以实现；4．写课程设计报告。二、进度安排：第１周：查找资料，熟悉LED智能台灯的设计原理，给出设计总体方案；第2周：各模块的详细设计；第3周：硬件制作，软件的调试；第4周：写课程设计报告。三、主要参考文献：1．谢自美.电子线路设计-实验-测试[M].武汉:华中科技大学出版社,20002．周志敏.集成稳压电源电路图集[M].北京:中国电力出版社,20073．余永全.单片机在控制系统中的应用[M].电子工业出版社,20034．林雪梅.热释电红外传感器及其应用[J].甘肃科技纵横,2005指导教师签字：年月日徐州师范大学物理与电子工程学院课程设计报告-I-目录摘要………………………………………………………………….………………………IIAbstract………………………………………………………………….……………….....II1绪论…………………….…………………………………………………..…………….11.1系统设计的目的…………………………………………………………………………..11.2LED智能台灯特性………………………………………………………….……………..11.3系统设计的内容…………………………………………..……………………………22系统的可行性分析……………………………………….……………………………….33系统硬件电路设计…………………………………..………………………….………….43.1电源模块…………………………………………………..………………………….…..43.1.1LED光源驱动电路……………………………………..………………………….….43.1.2元器件选择…………………………………………..……………………………..53.1.3LED光源的设计……………………………………..………………………….……...73.2单片机外围电路模块……………………………………..………………………….…..83.2.1单片机总控制电路……………………………………..…………………………..…..83.2.2时钟电路………………………………………………..…………………………..…..93.2.3STC89C52具体介绍……………………………………..…..…………...………..…..103.3红外感应模块………………………………………...…….……………………….113.4手动调节光强模块……………………….………………………………..….………...124系统软件电路设计…………………………..………………………….…………………144.1PWM调光……………………………………..………………………….……………….144.2人体红外感应……………………………………………………………………………144.3手动调节光强…………………………………………………………………...………155总结……..…………………………………………………..……………………………16参考文献…….………………..………………………………..……………………………17附录………...………………………………..…………………………..……………………18附录1主要程序代码……………………..…………………………....……………………18附录2实物图………………………………..…………………………..…………………..21徐州师范大学物理与电子工程学院课程设计报告-II-摘要本项目针对台灯的节电和使用的方便性进行创新设计与研究，以单片机为核心，综合运用热释电红外、光检测等技术，设计制作出智能型多功能LED台灯。该台灯具有自动开、关，多级调光等功能，实现对台灯用电情况和亮度调节的智能控制。而对光源的选取，我们选用了5mm的草帽型LED作为光源。LED发光器件是冷光源，光效高，工作电压低，而且能耗低，可控制好、无辐射。LED寿命可达10万小时，是荧光灯的10倍，白炽灯的100倍。随着能源紧缺、电价越来越高、环保要求及LED的光效的提高，用LED替代现在台灯普遍使用的白炽灯或荧光灯，环保无污染。关键词：智能台灯；LED驱动；PWM调光；红外感应AbstractTheprojectforenergy-savinglampandeaseofuseforinnovativedesignandresearchtothemicrocontrollerasthecore,theintegrateduseofpyroelectricinfraredraydetectiontechnology,intelligentdesignamulti-LEDlamp.Thelamphasanautomaticopenandclose,multi-leveldimmingandotherfunctions,toachievethelampbrightnessadjustmentofelectricityconsumptionandintelligentcontrol.Theselectionofthelightsource,weusethehatofa5mmLEDaslightsources.LEDlight-emittingdeviceisacoldlightsource,highluminousefficiency,lowvoltageandlowenergyconsumption,control,andnoradiation.LEDlifeofupto100,000hours,is10timesthefluorescent,incandescent100times.Withenergyshortages,risingelectricityprices,environmentalrequirementsandimprovetheefficiencyofLEDlight,LEDreplacementlampsarenowcommonlyusedincandescentorfluorescentlamps,environmentalpollution.Keywords：Intelligencedesklamp;LEDdrive;PWMlight;Infraredsensors徐州师范大学物理与电子工程学院课程设计报告-1-1绪论1.1系统设计的目的台灯已是千家万户的必需生活电器，经常由于忘记关灯而造成巨大的能源浪费。在我国,照明耗电占年发电总量的12%(超过100亿kW•h)。现在的台灯绝大部分是采用普通的白炽灯、荧光灯、节能灯和螺旋节能灯,并且控制方式多采用手动开关,不能连续调节，更不能自动调节。随着能源紧缺、电价越来越高、环保要求及LED的光效的提高,用LED替代现在台灯普遍使用的白炽灯或荧光灯，环保无污染。另外，LED的光谱几乎全部集中于可见光频段,其发光效率可达80～90%，并且传统的台灯中的光源体使用的是交流电，所以每秒钟会产生100－120次的频闪。LED灯是把交流电直接转换为直流电，不会产生闪烁现象，保护眼睛，可以获得“柔和”的灯光环境。现在中国约30%的人有不同程度的视力问题，其中近视是主要问题，近年来，我国的近视率已上升为全球第二，仅次于日本，但近视的总人数确是全球第一。引起近视的主要原因是用眼不健康，如用连续用眼时间过长，看书，学习时的坐姿不正确等。现在的普通台灯90%的供电系统是用交流电经变压后直接供电，在用电高峰期时使用会增加供电系统的负担，并且停电时不能工作，移动使用性较差。太阳能是新型的绿色能源，但普及率还不高。因此，我们提出智能LED台灯方案。1.2LED智能台灯功能和指标1、低功耗LED光源：本系统采用30个5mm草帽型LED作为光源，最高功率为1.8W。而市场上多数台灯的光源功率一般都在10W以上。2、超长寿命光源：半导体芯片发光，无灯丝、无玻璃泡、不怕震动、不易破碎、使用寿命可达10万小时远远超过普通光源寿命。3、健康光源：光源发出的光线多集中在可见光区域，光线中含紫外线和红外线少，产生辐射少。而且以直流供电，没有普通光源因为交流电引起的频闪。4、人体自动红外感应开关：能在一定距离范围内自动感应人体辐射出的红外线，并自动打开光源。当在一定时间内感应不到人体红外时，就自动关闭光源。并且可以手动调节红外感应器件的感应距离和延时时间。5、多级PWM调光：根据自身需求，可通过点触式按键实现光源强度的多级调节。徐州师范大学物理与电子工程学院课程设计报告-2-6、指标：工作电压：220V市电工作电流：60mA~100mA最大功率：1.8W感应距离：3~7m感应延时：15~300s工作环境温度：0~70℃（单片机工作温度范围）外形尺寸：185mm*120mm*300mm1.3系统设计的内容本LED智能台灯系统主要包括以下四个模块：（1）LED光源驱动模块利用变压器将220V的交流电转化成12V的交流电源，并使用全桥和电容对其进行整流滤波，使其相对稳定在15V左右。然后使用PT4115电源驱动芯片将其转换成稳定的恒流源。（2）单片机外围电路模块利用STC89C52单片机实现对PWM调光以及红外检测模块的控制。其包括单片机电源电路部分，外围晶振部分、复位电路部分以及串口部分。串口可以实现对系统程序的实时升级及修改。（3）人体红外检测模块利用热释电红外检测模块来检测是否有人靠近台灯，若有人则自动开启光源，当一段时间检测不到人时台灯就会自动熄灭。（4）手动PWM调光模块通过两个点触式开关来实现光源光强的调节。当按下减弱开关时，单片机会检测到低电平，并将PWM波得占空比减少，这样光强变弱。当按下增强开关时，单片机会检测到低电平，并将PWM波得占空比增加，这样光强变强。徐州师范大学物理与电子工程学院课程设计报告-3-2系统的可行性分析2.1系统设计的意义：LED作为一种新型光源，具有高效节能、绿色环保、使用寿命长等其他光源无法比拟的优点，代表着未来照明技术的发展方向。本文设计了一种以STC89C52单片机为核心的家用多功能白光LED台灯系统，采用PT4115LED恒流驱动方案，可实现对LED台灯的PWM多级调光控制；同时，系统兼有人体红外感应功能，能自动开关光源。本文详细给出系统的硬件与软件设计过程。实验证明，该多功能LED台灯稳定高效，功能丰富，能够满足家庭实际应用的要求。2.2系统功能设计可行性分析：LED被认为是21世纪的照明光源。LED发光器件是冷光源，光效高，工作电压低，而且能耗低，可控制好、无辐射，同样亮度下，LED能耗为白炽灯的10％，荧光灯的50％。LED寿命可达10万小时，是荧光灯的10倍，白炽灯的100倍。随着能源紧缺、电价越来越高、环保要求及LED的光效的提高,用LED替代现在台灯普遍使用的白炽灯或荧光灯，环保无污染。另外，LED的光谱几乎全部集中于可见光频段,其发光效率可达80～90%，并且传统的台灯中的光源体使用的是交流电，所以每秒钟会产生100－120次的频闪。LED灯是把交流电直接转换为直流电，不会产生闪烁现象，保护眼睛，可以获得“柔和”的灯光环境。现在的普通台灯90%的供电系统是用交流电经