基于传感技术的交互台灯设计

内 容 摘 要 身处 21 世纪的我们越来越深刻地感受到“科技改变生活”。传感技术、交互性、智能化、物联网、微型化、大数据等等，这些技术渐渐融入各行各业，改变着已有产品甚至是企业的面貌。这是一个时代的洪流，我们必须用这些新的理念、新的技术来设计新一代的产品，进而更好地服务人们，拓宽市场，使自己立于不败之地。 台灯是我们最为熟知的产品之一，但是在新时代从台灯最基本的照明功能出发，我们需要更多的是更智能、更具有交互性的新式台灯！传感技术如今已十分普及，大多数传感器也非常廉价，简单的整合应用就可以使台灯更加人性化、变成一个聪明的宠物！也许您可以用手势来变换台灯的色彩，也许您的台灯可以像含羞草那样地亮起，像吹蜡烛那样地熄灭！新式的交互台灯将引领台灯接下来的发展方向，抓住这个先机，将打开新的、巨大的灯具市场。 关键词：传感技术、台灯、整合、交互性、市场。 s we is so of of We to a of so we is of in in to we a a in to up a be a of If we we 目 录 1 市场调研 . - 1 - 课题研究的意义和必要性 . - 1 - 课题总体目标及计划 . - 3 - 资料调查 . - 4 - 台灯的发展历史 . - 4 - 台灯的发展趋势 . - 6 - 市场调查 . - 8 - 小夜灯 . - 8 - 百变耳机台灯 . - 10 - 卡通汽车台灯 . - 12 - 布艺台灯 . - 13 - 简约欧式文艺复古台灯 . - 15 - 彩氛围灯 . - 17 - 人群调查 . - 18 - 2 调查分析 . - 23 - 课题研究的主要内容 . - 23 - 市场现状分析 . - 24 - 现有产品对比分析 . - 25 - 消费者分析 . - 27 - 3 设计定位 . - 28 - 设计概念及设计思想 . - 28 - 课题的创新点 . - 30 - 产品风格定位 . - 31 - 产品形态分析 . - 32 - 产品目标人群 . - 33 - 4 思维草图 . - 34 - 方案 1 . - 34 - 方案 2 . - 34 - 方案 3 . - 34 - 5 产品开发 . - 35 - 设计原理及设计方案图 . - 35 - 设计原理 . - 35 - 设计方案图 . - 36 - 设计过程 . - 37 - 建模对造型的探索及确定 . - 38 - 建模对结构的探索及确定 . - 42 - 建模过程 . - 46 - 设计结果包含产品效果图、产品六视图 . - 50 - 品的效果图 . - 50 - 品的六视图 . - 53 - 件尺寸图 . - 54 - 模型制作包含工作日志、模型照片 . - 57 - 铁质灯罩架子 . - 57 - 台灯底座和内部支撑架 . - 58 - 台灯灯罩 . - 59 - 台灯内部控制电路 . - 60 - 台灯控制电路的编程 . - 61 - 模型最终效果 . - 62 - 6 设计展板 . - 63 - 7 结束语 . - 66 - 致谢： . - 67 - 参考文献： . - 69 - 附录： . - 70 - - 1 - 1 市场调研 课题研究的意义和必要性 灯火家家市，笙歌处处楼，白居易以灯比喻繁华；隔座送钩春酒暖，分曹射覆蜡灯红，李商隐以灯渲染喜悦；今夕复何夕，共此灯烛光，杜甫以灯当作寄托从古至今，灯对于人们来说有着重要的作用和太多的意义。古时的一盏烛台到今天的电子台灯，变的是灯的形式，不变的是人们对于灯那始终不变的需求与情怀！ 最早的灯是什么？古人们都称它为烛台，也是台灯的前身。今天电灯早已普及，并且众所周知它是由爱迪生发明的，但我们可能没有注意：第一个电灯是有底座的，其实那正是一盏台灯！百度给台灯所下的定义是：台灯，是灯的一种，此电 器主要放置在写字台或餐桌上，以供照明之用。台灯的光亮照射范围相对比较小和集中，因而不会影响到整个房间的光线，作用局限在台灯周围，便于阅读、学习，节省能源。人需要光，灯就被造了出来。最初的灯就是台灯，它只能照亮一小片地方，慢慢地，点亮了整个世界！ 对于交互台灯研究的意义和必要性源于两个方面：人们的需求和科技的发展。 如今的我们生活的光的世界里，台灯早已深入我们的生活。不同于路灯、装饰灯等，台灯的光亮照射范围相对比较小和集中，光线不会影响到整个房间，作用局限在台灯周围，一般用来阅读、学习、工作。台灯给 人的感觉和使用体验是与众不同的，它的光线有聚焦的范围，就像我们做事需要专心一样，它专注的光线正好创造了这样的氛围！在暗色调的环境里，一盏台灯就是一个温暖的世界，我们不由自主地会被吸进去并深深地享受着！台灯代表的是一种对于光的约束和控制。台灯给光线限定了方向，不仅如此，现在的台灯也可以调节亮度、改变颜色、定时开关，甚至一些意想不到的交互方式。阅读时我们希望台灯的光线亮一点，而上网时候又希 - 2 - 望旁边的台灯暗一点；寒冷的时候我们希望灯光暖一点，而炎热的夏天又希望冷色调的光线；工作的时候我们希望灯光保持长亮，夜晚的 时候又想让它自动延时熄灭。最初灯的开关是一根绳子或是一个按钮，后来有了触摸甚至还有了声控，这些都使人们的生活更加方便，同时也刺激了人们对于台灯更多样的需求！ 身处 21 世纪的我们越来越深刻地感受到周围的一切都在飞速变化，科技的发展深刻地改变着我们的生活。智能化、交互性、物联网、微型化、传感器、大数据等等，这些技术渐渐融入各行各业，改变着已有产品甚至是企业的面貌。这是一个时代的洪流，我们必须用这些新的理念、新的技术来设计新一代的产品，进而更好地服务人们，拓宽市场，使自己立于不败之地。未来的产品不是单调的，而是多 彩的；不是机械的，而是交互的；不是孤立的，而是联系的；不是僵硬的，而是智能的！在这里我选择基于传感技术来进行台灯的设计。基于传感技术的设计也就是将传感器应用于设计之中。国家标准 传感器下的定义是：能感受规定的被测量件并按照一定的规律 (数学函数法则 )转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。换个说法可能让我们更加明了：传感器的存在和发展，让物体有了触觉、味觉和嗅觉等感官，让物体慢慢变得活了起来。声音传感器、光敏传感器、温度传感器、重力传感器、手势传感器这些都为现在 的产品提供了更多交互方式的可能，这是多么令人兴奋的消息！对于这么多高深的技术，大多数人其实并不十分明白。但是有一点是毋容置疑的：我们希望自己的生活更加方便和自由！对于台灯也并不例外：我们希望不用按下开关也能让电灯明亮，希望不用拨动摇杆也能调节电灯的强弱，希望不用设定数字也能让电灯定时，希望不用扭转旋钮也能变换电灯的颜色 这种种需求和科技的发展如潮水一般推动着我们更加深入地设计一款可交互的、适用面广的新型交互台灯。 - 3 - 课题总体目标及计划 课题的总体目标是： 应用传感器技术设计一款新颖的台灯，使之具有优秀的交互性能、多样的灯光效果、优美的使用体验、广泛的适用性。 课题的总体计划是： （ 1）调查交互台灯的现状、历史及未来的发展趋势。具体调研现有的各种台灯和传感器技术的详细信息，包括资料调查、人群调查、市场调查，整理出清晰的图表。 （ 2）针对调查的结果进行研究分析，发掘其中的优点和缺点，并整理出清晰的图表。 （ 3）依据研究分析的结果，将发掘的优点适当地加以应用，针对现有产品发掘出的问题，提出若干个概念性的解决方案，并整理出清晰的图表。 （ 4）将提出的概念性的方案用草图的形式进行细化表达，表现出其造型、结构、色彩、细节等。 （ 5）对草图方案进行研究分析，分析出各个方案的优缺点和可行性，综合考虑方案从概念到生产实现进行对比，挑选出最佳方案进行建模、排版。 （ 6）制作最佳方案的实物模型，并制作展板进行展示。 - 4 - 资料调查 台灯的发展历史 灯字究竟起源于何时？据记载，其实在战国之前并没有发现名为灯的物品。即使在商代的甲骨文中也未见到灯、烛之类的文字，直到西周人们日常生活中才出现的最早的照明用器 烛。中国现存最早的灯是出于战国的，在楚辞招魂中有兰膏明珠，华镫错些的记录，由此可见战国时已经出现镫这个名称了。古人把镫称为灯，应该是字义的假借。自战国时的灯具发展到今天历史悠久。中国古代的灯具不但种类多，而且极具实用性和艺术性，是集功能和美观于一身的艺术品。中文的灯字如此由来，英文的灯字又如何呢？英文 个单词就是灯的意思 ，它来源于希腊文中 意思是火把。 台灯的发展，是与灯的发展紧密伴随的。最早的台灯其实就是我们所熟知的油灯。油灯，顾名思义，是以各种动物或植物压榨出的油作为燃料的。这种方式传承了几千年之久，在此期间灯具的变化主要是在外观上。随着技术的发展， 1792 年，第一个商业用途的煤气灯开始用于照明，而后人们在照明上做了一系列的发明和突破，直到 1879 年在大洋彼岸的爱迪生发明了白炽灯。白炽灯是美国通用公司与 1906 年将其推向世界的。而后在 1938 年，通用公司伊曼又发明了节电的荧光灯。 1978 年由荷 兰菲利普发明了节能灯，又叫紧凑型荧光灯。在今天 已广为人知、十分普及，这要追溯到 50 年前人们了解半导体材料可产生光线的基本知识，而第一个商用的二极管产生于 1960 年。 台灯作为灯的一种，其变化也是根据照明技术的发展而发展的。古灯中台灯，又叫做台摆式灯，所有摆放在桌、台、案、几上的灯具，均属此类。不论是带环灯、豆形灯、多枝灯、动物灯、圆盘承柱灯，还是节能灯、供香烛台、书房灯插管烛台、煤油灯，这些都归属于台摆式。最初的油灯，需要有一个容器来盛放油料，并定时补充油料。古灯燃油主要是动物油，以牛油居多。此 外还有 - 5 - 植物油，主要是麻籽油、白苏籽油、油菜籽油、棉籽油、桐油等。拿两汉最常见的豆形灯为例，其圆形灯盘中心有一枚支钉 烛扦，根据它的有无，可以将其分为油灯和烛灯两大类。油灯的整体为中心旋转对称的工字形，在汉代除了蜡烛称为烛以外，油灯的灯炷也叫烛。豆形灯平时放于桌案之上，作用正像今天的大多台灯一样，用来照明以供在桌案上工作和学习。公元前 3 世纪前后，有人用蜂蜡制作蜡烛。而到了 18 世纪，出现了用石蜡离开来制作 ，并逐渐用机器大量生产。 100 多年前煤气灯被英国人发明，期初危险性很大，后来经过改良，才得以走进千家 万户。但是火把、油灯、蜡烛、煤油灯、煤气灯这些照明工具，都是依靠物质燃烧发出的光来照明的。直到 19 世纪末白炽灯的出现，现代意义的台灯才得实现。而此时已进入了大工业时代，各式各样的台灯伴随着设计风格的潮流不断地推陈出新。 种类 火 油灯 白炽灯 能耗 高 高 中 低 移动性能 无法移动 简单移动 固定 /简单移动 固定 /简单移动 所处时代 原始时代 手工时代 机械时代 智能时代 交互性能 不便控制，交互性差 简单控制，交互性差 简单控制，交互一般 多样控制，交互性好 - 6 - 台灯的发展趋势 我国台灯产业近几年呈现出飞速增长的趋势，国内 明灯具的企业就有 5000 多家。因为 明产业的核心技术主要被欧美等国家掌握，我国灯具企业主要生产低端产品，产品的附加值低，利润也非常有限。生产过程中，能源消耗巨大，产品出场率却很低，环境污染十分严重等，这些使得国内很多台灯企业生存困难，许多甚至被迫倒闭。在这样的情况下，一些企业开始逐步加快科技创新步伐，改良生产技术和方法，从而有效地提升了台灯的生产效率和质量。调研机构的数据显示，自 2010 年以来，我国的的 灯销量平均增幅达 35%，而海外市场达 80%的家庭普及率， 明市场呈逐年上升趋势。展望未来，我们可以看到， 具正在以其灵活便捷的优势赢得市场的认可和青睐。因此，局部照明产品的开发和应用必将成为市场的未来发展趋势，企业也将生产出更多个性化照明产品，以适应用户的实际需求。 众所周知，我们已进入了一个信息化的时代。传感器在灯具上的应用最为我们所熟知的应该是声控灯了，在公共场所这样的灯往往是最为实用而方便的，而这要得益于声音传感器的应用。传感器早已深入我们的生活，拿起我们的手机，这就是当代科技发展的 一个缩影和范例。我们接电话时屏幕会自动按下，这是由于光敏传感器捕捉到了光线的变化；当我们摇晃手机时可以控制游戏中汽车的转向，这是由于重力传感器在工作；当我们迷路的时候打开手机地图可以看到自己所处的位置甚至方向我们可以感受到传感器让物体有了人的直觉，甚至超过了人的感觉能力，传感器往往更加迅速、精准并且不知疲倦。在现代生活和科学研究中，各种类型的传感器所提供的大量可靠、准确的信息，不仅能代替人的五官功能，而且还能检测到人的五官所不能感受的信息，从而使人类能更好地认识世界和改造世界。传感器技术是现代科学的前沿 技术，是新技术革命和信息社会的重要技术基础。目前，传感器技术广泛应用于航空、航天等尖端技术领域及工业、农业等人类日常生活许多方面。传感器在工业部门的应用普及率已被国际社会作为衡量一个国家智能化、数字化、网络化的重要标志。因此我们要更加积极地将传感器技术应用到更多的场所。 - 7 - 未来的台灯将会仅仅贴合科技的发展、符合时代的要求。台灯不仅仅是简单的照明，也不是仅仅可以扭动旋钮调节一下亮度。必须能够与人进行更多的交互，甚至可以说它能懂你的心情！对于台灯光照效果多变的、更细腻的需求，更具有交互性、趣味性的控制方式。 - 8 - 市场调查 小夜灯 这是一款应用传感技术的迷你台灯。 （ 1）台灯的定位：儿童房、床头、卧室、卫生间等 （ 2）台灯的使用： 模式 1：长亮模式。无论白天黑夜台灯保持长亮。 模式 2：光控模式。夜黑时长亮。 模式 3：声控模式。夜黑有声时亮起。 （ 3）发光颜色：黄色 /白色 （ 4）产品颜色：白色 （ 5）材质：防火 6）尺寸： 120 90 120 7）功率： 8）电源：插电 （ 9）光源数量： 颗 - 9 - （ 10）效果展示及细节说明图： 调研来源： ，底座和灯头都是一个