智能護眼led臺燈的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種智能護眼LED臺燈，該臺燈包括單片機控制模塊、電源驅(qū)動模塊、模式切換開關(guān)、顯示模塊、熱釋電傳感器模塊、手動光線調(diào)節(jié)、環(huán)境選擇開關(guān)、LED驅(qū)動模塊、LED燈組和光強度檢測模塊，電源模塊、模式切換開關(guān)、環(huán)境選擇開關(guān)、手動光線調(diào)節(jié)、熱釋電傳感器和光強度檢測模塊的輸出端分別與單片機控制模塊的輸入端連接，單片機控制模塊的輸出端分別與顯示模塊和LED驅(qū)動模塊的輸入控制端連接，LED驅(qū)動模塊的輸出端與LED燈組輸入端連接。單片機控制模塊會根據(jù)當(dāng)前環(huán)境的光強度，控制LED驅(qū)動模塊改變LED燈組的亮度，使當(dāng)前環(huán)境達到最適合的環(huán)境亮度，防止光線太強或者是太弱對閱讀者眼睛造成傷害。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及一種智能護眼LED臺燈，具體是一種能夠感知環(huán)境光強度并根據(jù) 系統(tǒng)內(nèi)的預(yù)設(shè)值調(diào)節(jié)LED亮度，使亮度達到設(shè)定值的LED臺燈。 智能護眼LED臺燈

【背景技術(shù)】
[0002] 我國8?12歲的小學(xué)生中，約有47個兒童就有一個近視眼，近視發(fā)病率約為23%， 中學(xué)生約為55%，大學(xué)生約為76%，全國近視眼約為3億人，其中青少年約為2億人。而引起 近視眼的因素中燈光強弱不當(dāng)是很重要的因素。現(xiàn)在市面上的LED臺燈有兩種：一種是固 定亮度，當(dāng)周圍光強度改變后，該燈的發(fā)光強度仍然固定；另一種是手動可調(diào)亮度，但是由 于亮度的調(diào)節(jié)全部憑借使用者感覺，長時間使用強光或者是弱光，對眼睛有巨大的傷害。本 設(shè)計根據(jù)《國家室內(nèi)照明標(biāo)準(zhǔn)》和參考眼科醫(yī)生給出的亮度建議，確定出最能保護人眼睛的 光強度，并且當(dāng)外界的光強度變化本臺燈可以自動調(diào)節(jié)，穩(wěn)定在設(shè)定好的光強度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本實用新型，克服了市場上現(xiàn)有LED燈的缺陷，采用了閉環(huán)PID調(diào)節(jié)技術(shù)使臺燈亮 度能夠恒定，并能夠根據(jù)周圍環(huán)境亮度自動調(diào)節(jié)，為了保證調(diào)節(jié)的效果LED驅(qū)動芯片采用 了 DD311，能夠保證LED的亮度、穩(wěn)定性和可調(diào)節(jié)性；為了實現(xiàn)閉環(huán)調(diào)節(jié)，采用了 BH1750FVI 進行光強度的檢測，是系統(tǒng)采集的光強度精確可靠。
[0004] 本實用新型，其控制電路包括單片機控制模塊、電源驅(qū)動模塊、模式切換開關(guān)、顯 示模塊、熱釋電傳感器模塊、手動光線調(diào)節(jié)、環(huán)境選擇開關(guān)、LED驅(qū)動模塊、LED燈組和光強 度檢測模塊，電源模塊的輸出端、模式切換開關(guān)的輸出端、環(huán)境選擇開關(guān)的輸出端、手動光 線調(diào)節(jié)的輸出端、熱釋電傳感器的輸出端和光強度檢測模塊的輸出端分別與單片機控制模 塊的輸入端連接，單片機控制模塊的輸出端分別與顯示模塊輸入控制端和LED驅(qū)動模塊輸 入控制端連接，LED驅(qū)動模塊的輸出端與LED燈組輸入端連接，光強度檢測模塊通過檢測 LED燈組和外界的光強度進行數(shù)據(jù)采集。
[0005] 本實用新型，所述單片機控制模塊由型號為ATmegal6的單片機U2、復(fù)位按鍵開關(guān) S2、上電復(fù)位電阻R2和電容C7組成，單片機U2的9腳分別通過電容C7和復(fù)位按鍵開關(guān)S2 與地連接，單片機U2的9腳通過電阻R2與電源VCC連接，ATmegal6單片機檢測判斷模式 切換開關(guān)、環(huán)境切換開關(guān)、熱釋電傳感器、光強度檢測模塊信號從而通過I/O端口控制顯示 模塊和LED驅(qū)動模塊。
[0006] 本實用新型，所述的LED驅(qū)動電路由型號為DD311的集成芯片U3和電阻R3組成， 集成芯片U3的5腳EN接到ATmegal6單片機U2的18腳PD4上，集成芯片U3的2腳OUT 端接到LED燈組的SCI端驅(qū)動LED燈組，電阻R3 -端接電源VCC，另一端接到DD311集成芯 片U3的1腳REXT端。
[0007] 本實用新型，所述的光強度檢測模塊是以BH1750FVI集成芯片U7為采集芯片的 GY-30模塊組成，GY-30模塊的2腳SCL端接到ATmegal6單片機的14腳PD0端，3腳SDA端 接到ATmegal6單片機的15腳PD1端。
[0008] 本實用新型，所述的電源模塊由型號為LM2576的集成芯片、按鍵S1、繼電器K1、電 容C1、電容C2、穩(wěn)壓管VD1、電感L1、電阻R1、電阻R4、電阻R5、三極管Q1和發(fā)光二極管D1 組成。接通電源后，按下按鈕S1，電源電壓通過LM2576電路進行降壓變換成5V電壓給電路 供電，單片機工作后ΡΒ0輸出高電平，導(dǎo)通三極管Q1，驅(qū)動繼電器K1線圈，使繼電器常開觸 頭閉合，當(dāng)松開按鍵S1后，電流通過繼電器的常開觸頭流入電路；當(dāng)電路需要停止工作時， 單片機ΡΒ0輸出低電平，繼電器常開觸頭就會斷開，電路停止工作。
[0009] 本實用新型，所述的光強度顯示電路是由型號為74LS47的集成芯片、四個共陽數(shù) 碼管DS1?DS4、四個型號為8550的PNP型三極管Q2?Q4和四個電阻R14?R17組成。74LS47 集成芯片的7管腳A、1管腳B、2管腳C、6管腳D分別接到ATmegal6單片機的H)4~PD7端， 74LS47集成芯片的13腳、12腳、11腳、10腳、9腳、15腳、14腳分別接到四個共陽數(shù)碼管的 10腳、9腳、8腳、5腳、4腳、2腳、3腳、7腳，四個共陽數(shù)碼管的共陽端1腳、6腳接到四個型 號為8550的PNP型三極管Q2?Q4的集電極，四個三極管Q2?Q4的基極分別接到ATmegal6 單片機的PC(TPC3端。
[0010] 本實用新型，其主要功能是使用者通過模式切換開關(guān)選擇臺燈工作模式；若選擇 手動光線調(diào)節(jié)模式，可通過手動光線調(diào)節(jié)旋鈕手動調(diào)節(jié)光線。如果使用者選擇自動調(diào)節(jié)模 式后，還需要選擇當(dāng)前的環(huán)境，本設(shè)計給出了幾種不同的環(huán)境，使用者可以進行選擇，選擇 完成后，單片機控制模塊會通過光強度檢測模塊檢測當(dāng)前環(huán)境的光強度，然后數(shù)學(xué)計算 后，控制LED驅(qū)動模塊改變LED燈組的亮度，使當(dāng)前環(huán)境達到最適合讀書寫作業(yè)的環(huán)境亮 度，檢測當(dāng)前環(huán)境的光強度是否適合閱讀，防止光線太強或者是太弱對閱讀者眼睛造成傷 害。
[0011] 本實用新型，具有如下優(yōu)點：
[0012] 1、采用了開關(guān)電壓調(diào)節(jié)器LM2576,能夠提供3A的電流，對于驅(qū)動大功率LED提供 了電源保證；
[0013] 2、將自動控制和傳統(tǒng)手動調(diào)節(jié)完美結(jié)合在一起；考慮到臺燈的使用人群比較廣， 對于一些老年人，自動控制模式調(diào)節(jié)比較繁瑣，可以使用傳統(tǒng)的手動調(diào)節(jié)方式，對臺燈的亮 度進行調(diào)整。自動控制方式的光線亮度是嚴格按照國家亮度標(biāo)準(zhǔn)和醫(yī)生建議進行設(shè)定，能 夠給使用者提高一個良好的用眼環(huán)境；
[0014] 3、增加了環(huán)境選擇模塊；由于臺燈的使用場合比較多，使用環(huán)境也不同，所以固定 的亮度標(biāo)準(zhǔn)肯定無法滿足要求，本設(shè)計提供了幾種不同的使用環(huán)境，并且對應(yīng)了幾種不同 的亮度標(biāo)準(zhǔn)，使用者在選擇了環(huán)境后，臺燈會自動調(diào)整光線強度，達到設(shè)定的值；
[0015] 4、選用了專業(yè)的LED驅(qū)動芯片DD311，可以保證LED驅(qū)動的電流恒定，防止光線波 動，對人眼造成損傷；
[0016] 5、增加了光強度檢測模塊，提供準(zhǔn)確的檢測出當(dāng)前環(huán)境的光線強度，完全不同于 以前設(shè)計中采用光敏電阻的做法；
[0017] 6、采用了閉環(huán)PID控制方法；本設(shè)計利用光強度檢測模塊實現(xiàn)了閉環(huán)控制，并利 用PID算法進行誤差計算從而調(diào)整光線強度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018] 圖1為實施例單片機控制模塊電原理圖；圖2為電源模塊電原理圖；圖3為模式 切換開關(guān)電原理圖；圖4為顯不模塊電原理圖；圖5為熱釋電傳感器電原理圖；圖6為手動 光線調(diào)節(jié)電原理圖；圖7為環(huán)境選擇開關(guān)電原理圖；圖8為LED驅(qū)動模塊電原理圖；圖9為 LED燈組電原理圖；圖10為光強度檢測模塊電原理圖；圖11為繼電器控制電原理圖；圖12 為實施例整體結(jié)構(gòu)原理方框圖。
[0019] 圖中，1、單片機控制模塊；2、電源模塊；3、模式切換開關(guān)；4、顯示模塊；5、熱釋電 傳感器；6、手動光線調(diào)節(jié)；7、環(huán)境選擇開關(guān)；8、LED驅(qū)動模塊；9、LED燈組；10、光強度檢測 模塊。

【具體實施方式】
[0020] 參照圖12, 一種智能護眼LED臺燈，其控制電路，包括單片機控制模塊1、電源驅(qū)動 模塊2、模式切換開關(guān)3、顯示模塊4、熱釋電傳感器模塊5、手動光線調(diào)節(jié)6、環(huán)境選擇開關(guān) 7、LED驅(qū)動模塊8、LED燈組9和光強度檢測模塊10。電源驅(qū)動模塊2的輸出端、模式切換 開關(guān)3的輸出端、熱釋電傳感器5的輸出端、手動光線調(diào)節(jié)6的輸出端、環(huán)境選擇開關(guān)7的 輸出端和光強度檢測模塊10的輸出端分別與單片機控制模塊1的輸入端連接，單片機控制 模塊1的一個輸出端與顯示模塊4的輸入端連接，單片機控制模塊1的一個輸出端與LED 驅(qū)動模塊8的輸入端連接，LED驅(qū)動模塊的輸出端與LED燈組的輸入端連接，光強度檢測模 塊10通過檢測LED燈組9和外界的光強度進行數(shù)據(jù)采集。
[0021] 參照圖1，單片機控制模塊1由型號為Atmegal6的單片機U2、復(fù)位按鍵S2和上電 復(fù)位電阻R2、電容C7組成。單片機U2的9腳分別通過電容C7和復(fù)位按鍵開關(guān)S2與地連 接，單片機U2的9腳通過電阻R2與電源VCC連接，Atmegal6單片機檢測判斷模式切換開 關(guān)3、環(huán)境選擇開關(guān)7、熱釋電傳感器5、光強度檢測模塊10信號從而通過I/O端口輸出控制 顯示模塊4和LED驅(qū)動模塊8。
[0022] 參照圖2和圖11，為了保證電源的足夠的電流強度和電壓穩(wěn)定性，電源模塊采用 開關(guān)電壓調(diào)節(jié)器。本模塊能提供降壓開關(guān)穩(wěn)壓器的各種功能，能驅(qū)動3A的負載，有優(yōu)異的 線性和負載調(diào)整能力。電源模塊2由型號為LM2576的集成芯片U1、按鈕S1、繼電器K1、電 容C1、電容C2、穩(wěn)壓管VD1、電感L1、電阻R1、電阻R4、電阻R5、三極管Q1和發(fā)光二極管D1 組成。接通電源后，按下按鈕S1，電源電壓通過LM2576電路進行降壓變換成5V電壓給電路 供電，單片機工作后ΡΒ0輸出高電平，導(dǎo)通三極管Q1，驅(qū)動繼電器K1線圈，使繼電器常開觸 頭閉合，當(dāng)松開按鍵S1后，電流通過繼電器的常開觸頭流入電路；當(dāng)電路需要停止工作時， 單片機ΡΒ0輸出低電平，繼電器常開觸頭就會斷開，電路停止工作。
[0023] 參照圖3,本臺燈有兩種工作模式：手動光線調(diào)節(jié)和光線自動調(diào)節(jié)。通過模式切換 開關(guān)可以進行兩種模式切換。當(dāng)開關(guān)連通2-3時為手動模式，當(dāng)開關(guān)連通1-2時為自動模 式。
[0024] 參照圖4,光強度顯示電路4是由型號為74LS47的集成芯片U6、四個共陽數(shù)碼管 DS1?DS4、四個型號為8550的PNP型三極管Q2?Q4和四個電阻R14?R17組成。74LS47集成 芯片U6的7管腳A、1管腳B、2管腳C、6管腳D分別接到ATmegal6單片機的H)4?PD7端， 74LS47集成芯片U6的13腳、12腳、11腳、10腳、9腳、15腳、14腳分別接到四個共陽數(shù)碼管 的10腳、9腳、8腳、5腳、4腳、2腳、3腳、7腳，四個共陽數(shù)碼管的共陽端1腳、6腳接到四個 型號為8550的PNP型三極管Q2?Q4的集電極，四個三極管Q2?Q4的基極分別接到ATmegal6 單片機的PC(TPC3端。
[0025] 參照圖5,熱釋電傳感器為外購件，根據(jù)使用說明與電源和單片機U2連接。
[0026] 參照圖6,手動光線調(diào)節(jié)器實際上是一個電位器RP1，可手動調(diào)節(jié)臺燈的亮度。當(dāng) 開關(guān)模式達到手動光線調(diào)節(jié)模式時，光線通過手動光線調(diào)節(jié)模塊調(diào)節(jié)，測試光強度會通過 數(shù)碼管進行顯示。能滿足各種不同行業(yè)的需求。可通過調(diào)節(jié)旋鈕調(diào)節(jié)，將信號傳輸給單片 機控制模塊；進行內(nèi)部運算后，將信號給LED驅(qū)動模塊，驅(qū)動LED燈組。光強度模塊檢測光 強度，通過數(shù)碼管顯示。
[0027] 參照圖7,環(huán)境選擇開關(guān)由S4-S7構(gòu)成，根據(jù)《國家室內(nèi)照明標(biāo)準(zhǔn)》，發(fā)現(xiàn)不同的場 所需要的照明標(biāo)準(zhǔn)值不同，本設(shè)計預(yù)先設(shè)定了幾種不同的工作場所：設(shè)計室、書房寫字臺、 檔案室、臥室床頭燈燈等使用場所；不同場所對應(yīng)不同的照明標(biāo)準(zhǔn)值，防止固定標(biāo)準(zhǔn)在不同 場所造成傷害。
[0028] 參照圖8, LED驅(qū)動模塊采用單通道輸出的LED恒流驅(qū)動器，內(nèi)建電流鏡與電流開 關(guān)組件，是專為驅(qū)動大功率LED而設(shè)計的芯片?？沈?qū)動高達1安培的沈入電流，并可透過調(diào) 整參考輸入電流來任意設(shè)定輸出電流的大小。LED驅(qū)動電路由型號為DD311的集成芯片U3 和電阻R3組成。DD311集成電路的5腳EN接到ATmegal6單片機的18腳PD4上，DD311集 成電路的2腳OUT端接到LED燈組的SCI端驅(qū)動LED燈組，電阻R3 -端接電源VCC另一端 接到DD311集成芯片的1腳REXT端。
[0029] 參照圖9, LED燈組采用大功率高亮度LED燈，采用混聯(lián)的方式連接。并在LED燈 組外面加一層均光膜，讓LED燈光均勻，而不刺眼。
[0030] 參照圖10,光強度檢測模塊10是以BH1750FVI集成芯片U7為采集芯片的GY-30 模塊組成。GY-30模塊的2腳SCL端接到ATmegal6單片機的14腳PD0端，3腳SDA端接到 ATmegal6單片機的15腳PD1端。
[0031] 參照圖11，圖11為繼電器控制電原理圖，圖中的al端和a2端與圖2的al端和 a2端對應(yīng)連接。
[0032] 本實施例，其使用方法為：首先，將P1連接直流12V電源，按下電源啟動按鈕S1， LED臺燈點亮，此時為手動光線調(diào)節(jié)模式(參照圖3,開關(guān)2-3連通)，通過模式切換開關(guān)選擇 臺燈工作模式；若選擇手動光線調(diào)節(jié)模式，可通過手動光線調(diào)節(jié)旋鈕RP1手動調(diào)節(jié)光線。如 果使用者選擇自動調(diào)節(jié)模式后，還需要選擇當(dāng)前的環(huán)境，本設(shè)計給出了幾種不同的環(huán)境，使 用者可以進行選擇(參照圖7按下按鈕開關(guān)S4-S7中的一個)，選擇完成后，單片機控制模塊 會通過光強度檢測模塊檢測當(dāng)前環(huán)境的光強度，然后數(shù)學(xué)計算后，控制LED驅(qū)動模塊改變 LED燈組的亮度，使當(dāng)前環(huán)境達到最適合讀書寫作業(yè)的環(huán)境亮度，同時繼續(xù)檢測當(dāng)前環(huán)境的 光強度是否適合閱讀，防止光線太強或者是太弱對閱讀者眼睛造成傷害。為了節(jié)約用電，當(dāng) 使用者離開臺燈適用范圍5分鐘，臺燈會自動斷電熄滅。也可以通過開關(guān)（圖中未畫出）切 斷P1供電電源的方式關(guān)閉臺燈。如果需要繼續(xù)使用臺燈，重新啟動按鈕S1操作。
[0033] 本實施例，其電路工作原理為：電源啟動按鈕S1按下后，電源電壓通過LM2576電 路進行降壓變換成5V電壓給電路供電，單片機工作后ΡΒ0輸出高電平，導(dǎo)通三極管Q1，驅(qū)動 繼電器K1線圈，使繼電器常開觸頭閉合，當(dāng)松開按鍵S1后，電流通過繼電器的常開觸頭流 入電路；使用者通過模式切換開關(guān)選擇臺燈工作模式，如果選擇手動模式，單片機控制模塊 檢測光線調(diào)節(jié)模塊輸出電壓，根據(jù)輸出電壓控制輸出信號給LED驅(qū)動模塊，LED驅(qū)動模塊驅(qū) 動LED燈，光強度檢測模塊檢測出的光強度傳輸給單片機控制模塊，單片機控制模塊啟動 顯示模塊進行顯示；使用者選擇自動調(diào)節(jié)模式后，還需要選擇當(dāng)前的環(huán)境，單片機控制模塊 根據(jù)選擇的當(dāng)前環(huán)境設(shè)定一個光強度標(biāo)準(zhǔn)值，根據(jù)光強度檢測模塊檢測的光強度與設(shè)定的 光強度標(biāo)準(zhǔn)值進行比較，通過PID運算，單片機控制模塊控制LED驅(qū)動模塊，LED驅(qū)動模塊 驅(qū)動LED燈組發(fā)光，光強度檢測模塊繼續(xù)進行光強度的檢測并傳輸給單片機控制模塊與設(shè) 定標(biāo)準(zhǔn)值進行比較。同時單片機控制模塊驅(qū)動顯示模塊進行當(dāng)前光強度顯示。熱釋電傳感 器會不斷的監(jiān)測臺燈周圍是否有使用者，如果沒有使用者，單片機會開始倒計時，5分鐘后， 單片機控制模塊的PBO 口輸出低電平，繼電器線圈斷電，從而使LED臺燈全部斷線。
【權(quán)利要求】
1. 一種智能護眼LED臺燈，其特征在于：控制電路包括單片機控制模塊（1)、電源驅(qū)動 模塊（2)、模式切換開關(guān)（3)、顯示模塊（4)、熱釋電傳感器模塊（5)、手動光線調(diào)節(jié)（6)、環(huán)境 選擇開關(guān)（7)、LED驅(qū)動模塊（8)、LED燈組（9)和光強度檢測模塊（10)，電源模塊（2)的輸出 端、模式切換開關(guān)（3)的輸出端、環(huán)境選擇開關(guān)（7)的輸出端、手動光線調(diào)節(jié)（6)的輸出端、 熱釋電傳感器（5)的輸出端和光強度檢測模塊（10)的輸出端分別與單片機控制模塊（1)的 輸入端連接，單片機控制模塊（1)的輸出端分別與顯示模塊（4)輸入控制端和LED驅(qū)動模 塊（8)輸入控制端連接，LED驅(qū)動模塊（8)的輸出端與LED燈組（9)輸入端連接，光強度檢 測模塊（10)通過檢測LED燈組（9)和外界的光強度進行數(shù)據(jù)采集。
2. 如權(quán)利要求1所述的智能護眼LED臺燈，其特征在于：所述單片機控制模塊（1)由型 號為ATmegal6的單片機U2、復(fù)位按鍵開關(guān)S2、上電復(fù)位電阻R2和電容C7組成，單片機U2 的9腳分別通過電容C7和復(fù)位按鍵開關(guān)S2與地連接，單片機U2的9腳通過電阻R2與電 源VCC連接。
3. 如權(quán)利要求1所述的智能護眼LED臺燈，其特征在于：所述的LED驅(qū)動電路（8)由 型號為DD311的集成芯片U3和電阻R3組成，集成芯片U3的5腳EN接到ATmegal6單片機 U2的18腳PD4上，集成芯片U3的2腳OUT端接到LED燈組的SCI端驅(qū)動LED燈組，電阻 R3 -端接電源VCC，另一端接到DD311集成芯片U3的1腳REXT端。
4. 如權(quán)利要求1所述的智能護眼LED臺燈，其特征在于：所述的光強度檢測模塊（10) 是以BH1750FVI集成芯片U7為采集芯片的GY-30模塊組成，GY-30模塊的2腳SCL端接到 ATmegal6單片機的14腳PD0端，3腳SDA端接到ATmegal6單片機的15腳PD1端。
【文檔編號】H05B37/02GK203896567SQ201420319503
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年6月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月16日
【發(fā)明者】張慶祺 申請人:張慶祺