智能LED臺燈設(shè)計

南京科技職業(yè)技術(shù)學院 劉宏志 葛先雷 鄧玉茹

智能LED臺燈設(shè)計

南京科技職業(yè)技術(shù)學院 劉宏志 葛先雷 鄧玉茹

通過紅外傳感器感應人手紅外光的強弱來控制單片機，單片機控制LED驅(qū)動電路來控制LED燈的亮度，又可以通過紅外傳感器感應系統(tǒng)配合計時系統(tǒng)可以計算看書的學習時間，超過定時器上的時間單片機就會發(fā)出報警并降低LED燈的亮度，提醒學習者的學習時間及保護眼睛。

紅外傳感器；單片機；智能LED臺燈

1 設(shè)計的原則

1.1 功能性原則

在設(shè)計臺燈中必須符合照明要求，按照不一樣的空間、不一樣的場所、不一樣的工具選擇不一樣的照明方法和燈具，而且要保持照度和亮度。比方：讀寫臺燈光照明設(shè)計應采取垂直式照明，讓亮度散布平均，防止出現(xiàn)眩光；很多商場的櫥窗和商品擺設(shè)，為了能夠吸引大量顧客的眼球，一般都會使用強光進行有重點的突出照明，它的亮度比平常照明亮度要超出大約到3～5倍，也有很多商家為了使商品的立體感、質(zhì)感和廣告效應更好，也經(jīng)常使用方向性強的照明燈具和使用色光來讓商品更具有藝術(shù)感染力。

1.2 經(jīng)濟性原則

在設(shè)計燈光照明時，不可以只是想著以多為好，關(guān)鍵是要科學實際，合理運用。燈光照明設(shè)計主要是為了滿足人們的視覺享受和審美，使室內(nèi)空間最大限度展現(xiàn)出美麗，是利用功效和審美功效的統(tǒng)一。社會上有些燈飾不但不能夠增美，反而弄巧成拙，產(chǎn)生電力耗損，造成經(jīng)濟上的損失，極有可能還會造成光環(huán)境污染而損害身體。

根據(jù)現(xiàn)代社會的燈光照明的標準，因為用處和分辯的清晰度的各不相同，所以選用的尺度也各不相同。

1.3 安全性原則

燈光照明設(shè)計不可隨意發(fā)揮，隨意設(shè)計，一定要注重安全性能。因為燈具是使用電源，電對人體的傷害可想而知，所以必需采取的防觸電、防斷路等相關(guān)的安全措施，盡量去防止意外事故的產(chǎn)生，將意外事故發(fā)生率降到最低。

2 設(shè)計理念

現(xiàn)在市場上的燈具種類繁多，平常臺燈均采取220V交流電源來供電，日光燈管、白熾燈膽為光源，手動開關(guān)或觸摸感應式開關(guān)來控制。

現(xiàn)在臺燈幾乎是平常家庭的生活必需品了，有手動和自動兩種模式的臺燈?，F(xiàn)代社會的人們由于常常忘記關(guān)燈而造成能源耗費。作為一個必需品，就必須對人們的生活產(chǎn)生有益的影響，他可以讓你不在擔心黑暗中開不了燈，而且可以改正人們的坐姿。通過紅外傳感器感應人手紅外光的強弱來控制單片機，單片機控制LED驅(qū)動電路來控制LED燈的亮度，又可以通過紅外傳感器感應系統(tǒng)配合計時系統(tǒng)可以計算看書的學習時間，超過定時器上的時間單片機就會發(fā)出報警并降低LED燈的亮度，提醒學習者的學習時間及保護眼睛，停電時又可以通過5V可充電鋰電池為LED燈供電。按照以上思路設(shè)計出原理框圖：

3 系統(tǒng)的設(shè)計

驅(qū)動電路：

LED驅(qū)動器：為滿足不同的輸入電壓、輸出電流及不同的的LED數(shù)目等請求，半導體器件公司都開發(fā)出各類白光LED驅(qū)動器。驅(qū)動器除可驅(qū)動白光LED外，也可驅(qū)動藍光LED或其他色彩的LED。另外驅(qū)動器具備不變輸出或可編程恒流輸出的特特性，故可用驅(qū)動器作為穩(wěn)壓電源或可編程恒流源。

LED驅(qū)動器的要求：LED不僅用于LCD背光照明，而且近年來慢慢用作照明燈、閃光燈及頻閃裝備。白光LED也從小功率發(fā)展到中功率及大功率(電流達1000mA)。燈光的閃光燈使用大功率白光LED，在夜空中產(chǎn)生耀眼的光芒，廣告效果明顯。

驅(qū)動器可以看做是向LED供電的特殊電源。它可驅(qū)動正向壓降為3.0～4.3V的白光LED，并可根據(jù)需要驅(qū)動串聯(lián)、并聯(lián)或串/并聯(lián)的多個白光LED，滿足驅(qū)動電流的要求。

常用的LED電源驅(qū)動方案：LED電源驅(qū)動有多種方案，在LED電源變換器的技術(shù)實現(xiàn)上有不一樣的方案。按照供電電壓的高低，可以將LED電源驅(qū)動器分成低壓驅(qū)動(供電電壓為0.8～1.65V)、過渡電壓驅(qū)動(供電電壓為4V)、高壓驅(qū)動(供電電壓大于5V)和市電供電等4類。

4 電路的調(diào)試及解決辦法

4.1 LED發(fā)光角度的問題

很多的LED透鏡封裝不一樣即便是統(tǒng)一發(fā)光角度(標稱角度),結(jié)果也不一樣，使得聚光罩的拔取難上加難,仍至不可以通用。

本設(shè)計如果沒有經(jīng)過處理的光直射，那肯定是不均勻的，并且LED之間的間隔也有影響。LED的發(fā)光角內(nèi)的光并非均勻的，而是中間強周圍逐步削弱的。這便是為何LED燈產(chǎn)物都會用LENS或反光杯之類的進行光的處置。

4.2 LED效率偏低(發(fā)光率)

本設(shè)計LED的發(fā)光效率實在分為兩大塊：內(nèi)量子力和外量子效力，對內(nèi)量子效力普通講也便是電子躍遷發(fā)生光子的效力。下降非輻射躍遷——削減非輻射的復合中心（主如果晶體缺陷）構(gòu)成不變的必要的能級差——（1）有效摻雜；（2）降低結(jié)溫。

4.3 LED亮度不足

本設(shè)計利用不同等級檔次的芯片封裝出來亮度不一樣，而且LED可以通過加大電流來使其更亮。電路低時，亮度也就比較暗。

4.4 出現(xiàn)死燈現(xiàn)象

本設(shè)計LED死燈現(xiàn)象主要有以下兩種情況：開路死燈和短路死燈。

開路死燈的原因有：（1）LED內(nèi)的焊點不可靠；芯片焊點受到污染；支架電渡層不符合標準，線太細也致使焊點拉力不夠；沒有完全固定好產(chǎn)生的內(nèi)應力導致焊點的松脫等；（2）LED與PCB焊接過程當中的虛焊引發(fā)。

短路死燈的原因有：（1）LED芯片的抗靜電（ESD）較差，直接模式耐壓不到300V；（2）因為電源的可靠性不敷或不匹配引發(fā)LED過流、過壓致使。

在調(diào)試的時候，LED內(nèi)的焊點不穩(wěn)引起的開路死燈是LED生產(chǎn)過程中材料及工藝的原因，是LED存在的質(zhì)量問題，我在選材檢驗的時候通過溫度試驗、冷熱沖擊實驗、高溫高濕老化實驗來篩選出焊點可靠的。本設(shè)計LED與PCB焊接過程中的虛焊引起死燈是在使用LED加工產(chǎn)品時的工藝引起的，所以要從以下幾方面解決問題：（1）焊接溫度保持在260℃左右，時間控制在3S-5S以內(nèi)；（2）在焊接溫度回到正常之前，一定要防止LED產(chǎn)生任何抖動或者其他外力；（3）焊接點離膠體底部在2.5mm以上；（4）LED在彎腳或折腳時應注重與膠體連結(jié)2mm以上的間隔，以防LED膠體內(nèi)里支架與金線離散。

在設(shè)計的過程中電源的可靠性不夠或不匹配會產(chǎn)生LED過流、過壓導致LED損壞的情況，所以在選用時，一定要講究LED電源的可靠性和與LED匹配：（1）在電壓匹配方面，LED約2—3伏的低電壓驅(qū)動，必須要設(shè)計復雜的變換電路，不同用途的LED燈要配備不同的電源適配器。所以本設(shè)計在應用方面非常小心；（2）在電流匹配方面，LED的正常工作電流在15mA-18mA，供電電流小于15mA時，LED的發(fā)光強度不夠，而大于20mA時，發(fā)光了強度也會減弱，同時發(fā)熱大增，老化加快、壽命縮短，經(jīng)過試驗當超過40mA時會很快損壞。