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作者：山东理工大学电气与电子工程学院316实验室 于勇 扈晓磊 王厦
指导教师：刘国柱 刘连鑫

　　作品简介

　　目前，市场上采用白炽灯、卤素灯、荧光灯为光源的台灯普遍存在着低效率、高能耗、不易调光等缺点;至于寿命结束的含汞灯，一旦处理不当，将对环境造成严重危害;而且部分台灯产品功能单一，缺少亮度调节、时钟日历、温度显示等功能，无法适应现代家庭生活的实际需求。
　　LED 作为一种固态冷光源，是继白炽灯、荧光灯、高强度放电灯(如高压钠灯和金卤灯)之后的第四代新光源。基于白光LED 的固态照明，是一种典型的绿色照明方式，与传统光源相比，具有节能、环保、寿命长、体积小、安全可靠等特点，代表着照明技术的未来，并符合当前政府提出的“建设资源节约型和环境友好型社会”的要求。
　　因此，我们以宏晶公司最新芯片STC15F2K61S2为核心设计了多功能白光LED 台灯系统。
　　本设计由单片机控制模块，发光模块，电源模块，液晶显示模块，红外感应等模块组成。我们采用大功率LED 恒流驱动方案，可实现对LED 台灯的PWM 调光控制;当LED亮度达到最最亮时可以达到LED真正无频闪的效果，更加保护视力。与之相对比的是，市场上的台灯宣传“无频闪”多半是提高频率而非真正达到无频闪。

　　功能与使用说明：
　　1、此台灯可以实现无极调光，在大多数光照条件下都可以根据自己的需要对台灯的亮度进行或明或暗的调节，使它可以满足自己的需要。操作也是很简单，我们只需要按实验板上的两个按键就可以实现台灯的由暗到亮和由亮到暗的调节，非常方便。我们按下SL4键灯渐亮，按下SL8键灯渐亮。
　　2、台灯可以实现人来灯亮，人走灯灭的功能。
　　3、此台灯上面的液晶还可以显示年月日及具体的时间，还可以显示当前的室内温度。同样，我们可以通过按键盘上的按键就可以对时间调节。矩阵键盘上的SL13键为功能键，SL14键为数值加键，SL15为数值减键，这个在板上有清晰的标注。我们可以通过按功能键移动光标，我们就可以对分时星期日月年进行设置，当我们按下“+”键时，数值增大，当我们按下减键时，数值减小。调整完“年”后，再按一下功能键，就可以完成对时间的设置。
　　4、此台灯还可实现类似于医院手术室无影灯的功能。我们做的灯头如图片所示，当我们在灯下读书写字时就不至于因为手的遮挡而影响视力。　　

　　平台选型说明

　　本设计以单片机开发板(以STC15F2K61S2芯片为控制核心)为设计平台。

　　设计说明

　　一、 设计方案
　　1.1总体方案设计
　　本设计以宏晶公司最新芯片STC15F2K61S2为控制核心，充分利用了实验板上自带的功能，通过板上的继电器间歇性开断不断触发热释电红外传感器LHI778来检测是否人进入使用台灯的范围，且此功能在光敏电阻的协助下判断当前的光照亮度是否需要在检测到有人之后开灯。而且，本设计采用芯片内部的PWM模块实现了对LED灯光亮度的无级调节，达到更加人性化的目的;灯盘设计模拟手术室用的无影灯，避免写字时手得遮挡引起照明度不足，保护视力;采用双模式(应急模式和智能模式)对台灯进行设置，使得人们可以更加便利的使用台灯;使用实验板上自带的PCF8563实时时钟日历芯片、18B20温度传感器、矩阵键盘等在12864液晶上进行时间和温度的显示以及调节。
　　总体方案图如下所示：　　

　　1.2具体方案论述
　　1.2.1核心控制模块
　　本设计的核心控制模块采用宏晶公司的最新芯片STC15F2K61S2。其最小系统如下所示：　　

　　1.2.2台灯控制模式
　　本台灯一共有两种控制模式供用户选择：一是应急模式，二是智能模式。
　　应急模式指的是当用户夜间急需用光照明时，可以直接打开模式选择开关的应急模式档位，这样台灯就可以短时间内提供高亮度的光照供用户使用。
　　智能模式指的是当用户打开模式选择开关的智能模式档位，用户就可以通过按键调节台灯的亮度，选择适合自己的光照亮度，还可以实现“人来灯亮，人走灯灭”的智能控制。
　　模式选择原理图如下所示：　　

　　1.2.3 电源模块
　　对于大功率LED，我们采用大功率恒流驱动，直接用8V的直流电池供电。
　　对于单片机系统，它需要5V的直流电压，我们采用7805稳压芯片来提供5V电压。原理图如下所示：　　

　　1.2.4智能开关系统
　　此模块主要由热释电红外传感器LHI778、处理芯片BISS0001、光敏电阻、继电器等组成。
　　白天光照较强，光敏电阻阻值会降低，使处理芯片BISS0001的9脚为低电平，从而封锁触发信号Vs。此时，第2管脚为高电平。夜晚光线较暗，光敏电阻的阻值会变高，使9脚的电平为高，从而触发信号Vs。此时，当有人靠近热释电红外传感器时，信号传递给处理芯片，在第2管脚输出低电平。这样我们就可以通过检测第2管脚的高低电平判断是否有人靠近台灯。这种方法的特点是充分利用软件，灵活性好，同时不需要声音控制,只有人一靠近时才能自动点亮。
　　另外，为了可以重复触发信号，我们在此电路的供电端接上继电器，通过间歇性的给电路供电使得芯片始终处于可重复触发工作方式。
　　详细电路图如下所示：　　

　　1.2.5 调光模块
　　此模块我们利用的是STC15F2K61S2单片机内部集成的PWM产生模块和板上的矩阵键盘来对P11脚输出的PWM的占空比进行调节，进而控制LED的渐亮和渐暗。
　　1.2.6 温度控制模块
　　我们采用实验板上自带的DS18B20数字温度传感器对周围温度进行采集，芯片采用独特的单线接口方式，DS18B20在与单片机连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。在采集温度之后即可在12864液晶上进行显示。　　

　　1.2.7时间模块
　　我们采用实验板上自带的PCF8563实时时钟日历芯片进行时间的控制，用12864实时地对时间进行显示。而且，为了方便用户自行对时间进行更改，我们在矩阵键盘上用三个按键对时间进行设置，加之我们放在板子上的纽扣电池，可以使得在系统掉电之后无需再对时间进行再次设置。
　　原理图如下所示：　　

 　　1.2.8液晶显示模块
　　我们采用板子上自带的12864进行时间和温度的显示。原理图如下所示：　　

　　1.2.9 矩阵键盘模块
　　对于调光和对时间的设置我们都是通过板上自带的矩阵键盘来实现的。矩阵键盘SL4控制LED灯逐渐变亮，SL8的控制LED灯逐渐变暗。按键SL13是时间调整的功能键，SL14是调节时间的逐渐增大，SL15是调节时间的逐渐减小。
　　原理图如下所示：　　

　　1.2.9 灯盘模块
　　在灯盘的设计方面，我们模拟手术室的无影灯，把四只高亮白光LED 灯珠分布在灯盘的四个角，这样的话我们当我们在灯下写字时，同时会出现四个影子，但是每个影子都很暗，避免写字时手得遮挡引起照明度不足，保护视力。
　　灯盘示意图如下所示：　　

　　作品特色

　　先进性：
　　1、节能：①我们的照明系统由4颗大功率LED组成，但是每颗LED的功率也仅有1W，这相对于白炽灯和节能灯而言，它的节能效果更明显。
　　②“人来灯亮，人走灯灭”也是节能的而一个表现。
　　③由于我们采用的是宏晶公司最新的单片机，无论是在低功耗方面还是抗干扰方面都有很大的优越性。
　　2、无频闪：当我们的亮度达到足量的时候，可以实现真正的无频闪。

　　实用性：
　　1、两种工作模式：当我们夜间有急事起床的时候，可以直接打开开关。因为默认的是应急模式，可以在短时间内给我们提供足够的亮度。 当我们在灯下进行学习或者工作时，我们可以跳到智能模式，通过按键把光线跳到一个合适的亮度。这都很大程度上方便了我们的生活。
　　2、温度和时间的显示，也为我们的日常生活的起居和出行提供了便利。

　　创新性：
　　1、灯盘的设计：台灯照明系统的4颗高亮度LED分布在灯盘的四个角，它模拟手术室的无影灯，使得我们在写字时每个影子都很淡，有利于保护视力。
　　2、“人来灯亮，人来灯灭”：这种智能开关可以使得整个系统更加的节能，同时，也在很大程度上丰富了我们的生活。

系统演示视频：http://v.eepw.com.cn/video/play/id/2646