摘要 本智能护眼灯以MSP43G2231为核心，完成护眼灯的照明，电源管理，环境采集和中央处理及控制功能。灯珠采用高亮白光LED，恒流驱动，无频闪,不伤害眼睛，保护视力。电源管理，由专用电源管理方案，管理系统充电和用电。环境采集，用光传感器采集光照强度，根据光照强度控制灯珠亮度，用人体热释红外检测人远近。 abstractThisintelligentlampisasthecoreofMSP43G2231,completelighting,powermanagement,environmentcollection,thecentralprocessingandcontrolfunction.ThebeadisbyhighlightLED,whichisconstantcurrentdrive,nostroboscopic,nodam-agestoeyes,andcanprotectvision.Powermanagement:thespecialpowermanagementsolutionsmanagepower,systemofchargingandelectricity.Environmentalacquisition:ituseslightsensorstocollectlightintensity,cancontrollightsbeadbrightnessaccordingtothelightintensity,cantestpeoplefarandnearbyemployinginfraredbody heatrelease.1. 引言现在市场上常用的台灯使用的发光体为普通荧光管或LED，存在弊端，灯光亮度不能随环境变化自动调节，致使光线过弱或过强，长时间使用会导致眼疲劳，伤害人眼。即使是护眼台灯，但其调节灯亮度只能手动调节，且其档位有限，给使用者带来不便。并且普通护眼灯及一般台灯的效率不高，比较费电，即使使用节能灯管，还是不能掩饰其效率不理想的弊端。一般台灯发光部分为单一灯管或数颗LED集中发光，投光后如有遮挡物比如写字办公，手和笔不可避免的造成遮挡，形成暗影区，影响办公写字。针对以上提出两点问题，急需设计一款集护眼、无影与高效为一体的护眼台灯，填补市场空缺。2. 系统方案 系统整体方框图如下：高亮LED驱动显示部分电源供电环境采集和人距感应部分MSPG2231控制图2.1 系统方框图( 1 ) 环境采集用光敏电阻采集环境亮度，人距感应部分采用热释红外。当人靠近台灯，产生信号给MCU控制器，打开台灯。光敏电阻采集当前亮度值，根据使用者选择的模式作出调整。( 2 ) MCU控制亮度和环境采集采用闭环控制，具体算法用PID算法的增量式模式。具体函数如下：typedef struct PIDdouble SetPoint; /设定目标double Proportion;/比例常数double Integral; /积分常数double Derivative;/微分常数double LastError; /Error-1double PrevError; /Error-2double SumError; /Sums of Errors PID;double PIDCalc(PID *pid, double NextPiont)double dError, Error, rOUT;Error = pid-SetPoint - NextPiont; / 偏差 pid-SumError += Error; / 积分 dError = pid-LastError - pid-PrevError; /当前微分 pid-PrevError = pid-LastError; /Error-2 =Error-1 pid-LastError = Error; /Error-1 = Error rOUT = pid-Proportion * Error + pid-Integral * pid-SumError + pid-Derivative * dError;/比例项 /积分项 /微分项return (rOUT); ( 3 )显示部分因为管脚不足，若用液晶或点阵屏或OLED，则需要串转并器件，在速度上对整体控制不利。故用74LS138器件，简单的将3个I/O口转为8个I/O口，用8个LED显示，在整体控制上，简单明了。3. 系统硬件设计(1) 高亮LED驱动模块：传统的大功率LED电源，大部分是用220V ACDC后面再用LM358或者三极管来做恒流，此电路恒流精度低，并且过温，短路等保护功能没有，输出的可变性不强.故在此设计中高亮LED采用,大电流,高压DC/DC升压恒流XL6004恒流驱动，其具有宽电压输入，大电流输出，且其效率可以达到92%，原理图如下：图3.1 高亮LED驱动模块(2) 无影的实现：无影灯原理参照手术无影灯通过多个光源实现无影效果的，手术无影灯用来照明手术部位，以最佳地观察处于切口和体腔中不同深度的小的、对比度低的物体。并能将色彩失真降到最低程度。此外，无影灯还要求在工作过程中不散发出过量的热。手术无影灯如下： 图3.2 手术无影灯布局本设计也采用多个光源实现无影效果，其特点是照度高，因为采用恒流驱动，使高亮灯能长时间工作，由于在设计中能充分散热，故不会发出过量的热量影响使用者的使用。(3) 光照采集:采用可见光光敏电阻作为光照采集器件，其工作原理方框图如下图所以：光照减小低加PWM降低低加电压减小电阻减小光照增加图3.3 光照采集原理方框图（4）人体感应：人体感应采用热式红外采集，其工作方框图如下：人远离开始工作有人体靠近待机图3.4人体感应原理方框图（5）电源：电源由变压器、整流桥、和滤波电路组成，再由开关电源器件LM2596构成，设计较简单，不再叙述。4. 系统软件设计系统流程图如下：开始待机 判断有人？判断模式判断人离开时间采集环境亮度与合理值比较PWM减少PWM增加不调整读取等级值读取等级值产生相应PWM波返回 无超过30分钟有 自动模式 普通模式读取等级值产生相应PWM波 过亮 过暗不调整PWM增加PWM减少 合适 返回图4.1 程序流程图系统创新1、 灯珠亮度自动可控，使台灯发出亮度与环境亮度之和保持一固定值，无需人为频繁操作。2、 多模式选择，不同情景用不同模式。3、 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。4、 环境探测，解决用户强光久照伤眼，弱光久视伤眼，用眼过度。突然离 开忘记关灯费电情况等各种情况。5、 优秀的电池管理方案，更高效率，增长电池和灯珠寿命。6、 自动调节亮度，更加有效利用电源，更加节能。5. 评测与结论（1） 将人体感应距离设为1m左右，当有人靠近台灯1m时，台灯开启，自动进入默认模式，而当距离大于1m半小时时，台灯进入待机模式。（2） 作品整体效率测试：测试仪器： 学生万用表 DT9205A数字示波器： DS5102M函数信号发生器：F10A测试方法： 在变压器整流桥后接0.18欧姆的测试电阻测试输入电流，在输出端接0.57欧姆的测试电阻测试输出电流，测试结构如下所示：表一 效率测试结果 项目占空比输入电压（V）输入电流（A）输出电压（V）输出电流（A）整体效率 10%18.050.01011.970.01270.0%30%18.050.05614.350.05770.2%50%18.050.09715.000.09672.1%70%18.050.15415.480.13373.7%100%18.050.50117.740.37874.1% 测试结果分析：整体系统中，因含LM2596开关电源芯片，经测试，LM2596效率为83.5%，故导致整体系统效率较低。附录附录1 护眼节能灯附录2 无影效果与普通台灯比较