五组人性化功能台灯.doc

目录摘要- 1 -一、绪言- 2 -1.1课题背景与目的- 2 -1.2关于课题研究及论文- 2 -二、总体方案的实际选择- 3 -2.1功能要求- 3 -三、前期研究性报告- 3 -3.1 LED台灯设计原理和指标- 3 -3.1.1LED台灯工作原理- 4 -3.1.2LED光源工作原理- 4 -3.1.3 适配器的选择- 4 -3.2热释电红外传感器- 4 -四、方案设计- 5 -4.1 时钟模块方案设计- 5 -4.1.1 时钟芯片DS1302的介绍- 5 -4.1.2 DS1302的寄存器- 6 -4.2 温度模块方案设计- 6 -4.3 闹钟模块- 6 -4.3.1 按键电路的设计- 7 -4.3.2 程序设计思路- 7 -4.4 电源电路的设计与电路原理图- 7 -五.台灯外形图- 8 -5.1立体图- 8 -5.2三视图- 9 -5.3 零件图- 10 -结 论- 11 -致 谢- 12 -参考文献- 13 -摘要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kWh) ,控制方式多采用手动开关,不能连续调节，更不能自动调节。当夜晚来临时，人们又摸黑去开灯，非常不方便。随着生活的水平的提高、环保要求更高。.平常灯使用的是交流电，会产生频闪。但是LED能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。 我们设想的智能LED台灯方案，针对台灯的节电和使用的方便性进行创新设计与研究，设计智能型多功能LED台灯。而且该系统原理简单，可用性强，可行性大，前景比较广阔。关键词：智能 LED一、 绪言1.1课题背景与目的台灯是深刻改变人们生活的现代奇迹之一，随着国民经济的发展，人民的生活水平的提高，台灯在家庭、学生宿舍等地方得到了广泛的应用。台灯是人们生活中用来照明的一种家用电器。它一般分为两种，一种是立柱式的，一种是有夹子的。它的工作原理主要是把灯光集中在一小块区域内，集中光线，便于工作和学习。一般台灯用的灯泡是白炽灯或者节能灯泡。有的台灯还有应急功能，用于停电时无电照明已用来应急。一般台灯用的灯泡是白炽灯或者节能灯泡。从目前的情况来看，台灯市场保持很高的需求量。目前市场上的台灯按其种类可分为三种：一种是普通的白炽台灯,一种是卤素台灯、另一种是荧光台灯。采用普通的白炽灯泡或卤素灯的台灯,其优点是价廉、发光的连续性能好,缺点是耗能多,尤其夏天会使人感到热。由于灯丝发光较集中,如果其功率稍大就会产生眩光,反之,又会造成照度不够。另一种普通荧光灯的台灯,因荧光管发光面较大,从而被照射面光线较均匀,被照射物后影形较小,对眼睛有较小干扰。但它的显色指数低,且其频闪效应使眼睛容易疲劳。1.2关于课题研究及论文在本次课题研究中我们将参考从各个方面收集的资料和文献，博取其精华，并对其从外观上进行改进。研究内容主要包括以下方面：1) 熟悉现在台灯的内部构造以及使用过程中所存在的问题；2) LED台灯设计原理及实现方案；二、 总体方案的实际选择2.1功能要求台灯作为生活中不可缺少的灯具，也发展到了很完美的地步。为了进一步方便广大学生及办公人员的使用，我们设计了一种复合型多功能台灯。它具有节能、环保、实用、安全等特点。其次，这种类型的台灯还有语音提醒功能，使用者只须把自己的学习或工作安排以时间模式存储在台灯的语音备忘装置中，当到所设置的时间时，它就会提醒使用者去做自己计划的事情，从而避免使用者由于工作繁忙而忘记自己原计划安排的事情。根据具体的实际的情况，我们确定了如下的设计方案：采用LED灯，亮度高，光线均匀；纯净直流净光照明，护眼无频闪。三、 前期研究性报告3.1 LED台灯设计原理和指标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) 指标：工作电压：220V市电 工作电流：60mA100mA最大功率：1.8W3.1.1LED台灯工作原理遵循安全第一的民用电器的设计理念，LED光源是一种低电压直流恒流源的发光器件，不能用100220V的交流高压电直接点亮，因此，LED台灯方案的设计思路是，首先要将高压的交流电变换成低压的直流恒流源，才能点亮LED光源。使用最经济有效的方法降压和进行交直流变换是设计的首要考虑，当今便携式电子产品使用交流电源的交直流降压变换器适配器(Adapter)已成为既经济实惠、又现成好用的首选。适配器的输出电压要求稳定在DC12V，输出电流要根据LED光源的功率来选择，一般要给予30%的余量，以31W的白光LED光源为例，1W的白光LED的标准工作电流应为350mA，因而3个LED光源串联其电路需要的电流也是350mA，考虑到延长LED寿命和降低光衰，可以设计为300mA330mA，不会明显的影响LED发光的亮度，所以适配器的输出电流应选750mA1A的。3.1.2LED光源工作原理LED光源工作的主要参数是VF、IF，其它相关的是颜色/色温/波长/亮度/发光角度/效率/功耗等。LED是一个PN结二极管，只有施加足够的正向电压才能传导电流，VF正向电压是为LED发光建立一个正常的工作状态，IF正向电流是促使LED发光，发光亮度与流过的电流成正比例。白光LEDVF标称电压：3.4V0.2V。3.1.3 适配器的选择适配器为本方案LED台灯提供稳定的交流电源-交直流降压变换，它的实时带载输出能力将影响本方案LED台灯的性能，用于本方案3X1W白光LED台灯的适配器，它在带载时输出电流应大于1A，电压应稳定在DC12V。3.2热释电红外传感器热释电红外传感器一用于检测用户在当前光强下是否需要自动点亮台灯。由于我们平时使用台灯到人体的距离大概是1米左右，因此选择传感器一相应敏感距离为1.5m。芯片BISS0001的触发时间为2秒。菲涅尔透镜的角度约为139*126。所以传感器的检测范围限制在台灯使用范围之内。当用户离开或静止不动超过30秒时，传感器能迅速检测到用户离座信号，从而实现智能检测。热释放电红外传感器二用于检测用户坐姿是否正确，因此调节热释传感器二的相对敏感距离为0.8m。电压反馈电阻R17与传感器的相应敏感距离测试结果如表（1）所示，触发延时时间如表（2）所示。表（1） 电压反馈电阻R14与传感器的相应敏感距离测试电压反馈电阻R26第一级放大倍数相对应敏感距离50K4400.8m20K11001.5m15K14662.4m10K22003.5m表（2） 触发延时对照表时间调节电阻R28220K390K490K触发延时时间2s4s6s四、 方案设计4.1 时钟模块方案设计该多功能台灯要求能够显示24进制的时、分、秒，采用专门的时钟芯片来实现时钟的计时功能4.1.1 时钟芯片DS1302的介绍DS1302是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟电路，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为2.5V5.5V。采用三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。DS1302内部有一个318的用于临时性存放数据的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升级产品，与DS1202兼容，但增加了主电源/后背电源双电源引脚，同时提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力。4.1.2 DS1302的寄存器DS1302共有12个寄存器，其中有7个寄存器与日历、时钟相关，存放的数据位为BCD码形式。其日历、时间寄存器及其控制字见表2-2表2-2DS1302的寄存器4.2 温度模块方案设计本设计需要显示当前室内温度，采用热敏电阻器。4.3 闹钟模块闹钟模块采用最简单的蜂鸣器，既节约成本又能实现功能。闹钟模块比较简单，采用普通的蜂鸣器有三极管来驱动，采用普通的滴滴闹铃声。4.3.1 按键电路的设计S3，S4，S5按键是用来调节时钟和闹钟。按键均采用低电平有效连接方式。4.3.2 程序设计思路按键中用来设置闹钟时间和修正时间。S3和S4用来设置修正时间，S4和S5用来设置闹钟。当检测到S3有按键按下时，设置一个计数count，每当有有效按键按下时，count就加1，一直加到6，因为有年月日时分秒六个需要调节的参数，一个count的值对应调节一个时间单位，当在一个count下时，如有检测到S4按键有效值，将对对应的时间单位进行加一操作，并调用LCD里面的反白函数，因为存在一定的指令的延时，所以反白为闪烁效果，这样能够清楚地看到调节的是哪一个时间单位。设置闹钟时，也需设置一个count1，当检测到S5有有效键值时，,count1加一，一直到2，因为只有时分两个时间单位需要操作；在count1的有效值下，若检测到S4有有效键值，调用指定地方反白函数，对对应的时间单位进行加一操作。为了有效的读取键值，防止键盘抖动，需要在程序中加入去抖动，即加入一个10ms左右的延时。4.4 电源电路的设计与电路原理图电源部分是将220V的交流电通过变压器转换成9V交流电，再通过整流桥转换成5V直流电（因为计算机工作需要5V直流电）。此时5V直流电很不稳定，不符合计算机工作的需求。因此还须将电流通过电解电容和集成稳压块7805，逐步达到稳压、滤波的作用C13、C14、C15、C16为滤波电容五.台灯外形图5.1立体图 5.2三视图5.3 零件图结 论毕业设计是大学学习阶段一次非常难得的理论与实践相结合的机会，通过这次系统的设计，使我们摆脱了单纯的学理论知识状态，实际设计提高了我综合运用所学专业基础知识去解决实际问题的能力，同时也提高了我们查阅文献资料，设计手册，设计规范以及电脑制图等其他专业能力水平，而且通过对数控知识整体的掌握，对局部的取舍，以及对细节的斟酌处理，都使我们的能力得到锻炼，经验得到了丰富，并且意志力和耐力都得到了不同程度的提升。在人性化功能台灯制作中经常遇到很多困难，在这个功能台灯的设计中，最后基本完成的所需要的功能，时钟功能，热感系统，光感系统，还有空气净化功能。但在设计细节中仍有需要改进的地方，按键部分采用矩阵式键盘接外部中断口，按键会更加灵敏。最后按键调光部分，最后没有调出理想效果而采用了电位器代替。在设计中，每次在遇到难点问题并通过我们的不断努力克服难关时，那份成就感，那种喜悦之情是别人无法体会到的。看到身边的同学都是那么认真投入，相互支持和鼓励的奋进，想像我们以后在工作中也会有这种拼搏的精神。我们感到无论做什么事情都要用心去做，才会使自己更快的成长。我们相信，通过这次的实践，我们对制作创造有了更一步了解，并能使我们在以后的创造过程中避免很多不必要的错误，有能力制造更好的新产品。致 谢经过几周的奋战，我们的毕业设计终于完成了。从设计的构思到设计的完成，每一步对我们来说都是新的尝试与挑战。时间的流逝和流失及其过程中经历的坎坷使一个人慢慢成熟，因而我对过去的日子和给过我鼓励、帮助的人们总是心怀感激，并让我倍加珍惜未来的生活。此次，衷心地感谢我的指导老师谭文老师，本设计是在谭文老师的细心关怀和精心指导下完成的。毕业设计中许多思想和方法得益于老师的指导和启发，从设计选题到论文写作都倾注了指导老师的大量心血。本设计能顺利的完成也归功于指导老师的认真负责，使我能够很好的掌握和运用专业知识，并在设计中得以体现。为此，再次感谢我们的指导老师在百忙之中给予我们作品的悉心指点与帮助。 三年寒窗，所收获的不仅仅是愈加丰厚的知识，更重要的是在阅读、实践中所培养的思维方式、表达能力和广阔视野。很庆幸这三年来我们遇到了如此多的良师益友，无论在学习上、生活上，还是工作上，都给予了我无私的帮助和热心的照顾，让我们在一个充满温馨的环境中度过三年的大学生活。感恩之情难以用言语量度，谨以最朴实的话语致以最崇高的敬意。向在百忙之中评阅本方案并提出宝贵意见的各位评委老师表示最诚挚的谢意和最崇高的敬意，同时向所有关心、帮助和支持我的老师