南京科技职业技术学院 刘宏志 葛先雷 邓玉茹

智能LED台灯设计

南京科技职业技术学院 刘宏志 葛先雷 邓玉茹

通过红外传感器感应人手红外光的强弱来控制单片机，单片机控制LED驱动电路来控制LED灯的亮度，又可以通过红外传感器感应系统配合计时系统可以计算看书的学习时间，超过定时器上的时间单片机就会发出报警并降低LED灯的亮度，提醒学习者的学习时间及保护眼睛。

红外传感器；单片机；智能LED台灯

1 设计的原则

1.1 功能性原则

在设计台灯中必须符合照明要求，按照不一样的空间、不一样的场所、不一样的工具选择不一样的照明方法和灯具，而且要保持照度和亮度。比方：读写台灯光照明设计应采取垂直式照明，让亮度散布平均，防止出现眩光；很多商场的橱窗和商品摆设，为了能够吸引大量顾客的眼球，一般都会使用强光进行有重点的突出照明，它的亮度比平常照明亮度要超出大约到3～5倍，也有很多商家为了使商品的立体感、质感和广告效应更好，也经常使用方向性强的照明灯具和使用色光来让商品更具有艺术感染力。

1.2 经济性原则

在设计灯光照明时，不可以只是想着以多为好，关键是要科学实际，合理运用。灯光照明设计主要是为了满足人们的视觉享受和审美，使室内空间最大限度展现出美丽，是利用功效和审美功效的统一。社会上有些灯饰不但不能够增美，反而弄巧成拙，产生电力耗损，造成经济上的损失，极有可能还会造成光环境污染而损害身体。

根据现代社会的灯光照明的标准，因为用处和分辩的清晰度的各不相同，所以选用的尺度也各不相同。

1.3 安全性原则

灯光照明设计不可随意发挥，随意设计，一定要注重安全性能。因为灯具是使用电源，电对人体的伤害可想而知，所以必需采取的防触电、防断路等相关的安全措施，尽量去防止意外事故的产生，将意外事故发生率降到最低。

2 设计理念

现在市场上的灯具种类繁多，平常台灯均采取220V交流电源来供电，日光灯管、白炽灯胆为光源，手动开关或触摸感应式开关来控制。

现在台灯几乎是平常家庭的生活必需品了，有手动和自动两种模式的台灯。现代社会的人们由于常常忘记关灯而造成能源耗费。作为一个必需品，就必须对人们的生活产生有益的影响，他可以让你不在担心黑暗中开不了灯，而且可以改正人们的坐姿。通过红外传感器感应人手红外光的强弱来控制单片机，单片机控制LED驱动电路来控制LED灯的亮度，又可以通过红外传感器感应系统配合计时系统可以计算看书的学习时间，超过定时器上的时间单片机就会发出报警并降低LED灯的亮度，提醒学习者的学习时间及保护眼睛，停电时又可以通过5V可充电锂电池为LED灯供电。按照以上思路设计出原理框图：

3 系统的设计

驱动电路：

LED驱动器：为满足不同的输入电压、输出电流及不同的的LED数目等请求，半导体器件公司都开发出各类白光LED驱动器。驱动器除可驱动白光LED外，也可驱动蓝光LED或其他色彩的LED。另外驱动器具备不变输出或可编程恒流输出的特特性，故可用驱动器作为稳压电源或可编程恒流源。

LED驱动器的要求：LED不仅用于LCD背光照明，而且近年来慢慢用作照明灯、闪光灯及频闪装备。白光LED也从小功率发展到中功率及大功率(电流达1000mA)。灯光的闪光灯使用大功率白光LED，在夜空中产生耀眼的光芒，广告效果明显。

驱动器可以看做是向LED供电的特殊电源。它可驱动正向压降为3.0～4.3V的白光LED，并可根据需要驱动串联、并联或串/并联的多个白光LED，满足驱动电流的要求。

常用的LED电源驱动方案：LED电源驱动有多种方案，在LED电源变换器的技术实现上有不一样的方案。按照供电电压的高低，可以将LED电源驱动器分成低压驱动(供电电压为0.8～1.65V)、过渡电压驱动(供电电压为4V)、高压驱动(供电电压大于5V)和市电供电等4类。

4 电路的调试及解决办法

4.1 LED发光角度的问题

很多的LED透镜封装不一样即便是统一发光角度(标称角度),结果也不一样，使得聚光罩的拔取难上加难,仍至不可以通用。

本设计如果没有经过处理的光直射，那肯定是不均匀的，并且LED之间的间隔也有影响。LED的发光角内的光并非均匀的，而是中间强周围逐步削弱的。这便是为何LED灯产物都会用LENS或反光杯之类的进行光的处置。

4.2 LED效率偏低(发光率)

本设计LED的发光效率实在分为两大块：内量子力和外量子效力，对内量子效力普通讲也便是电子跃迁发生光子的效力。下降非辐射跃迁——削减非辐射的复合中心（主如果晶体缺陷）构成不变的必要的能级差——（1）有效掺杂；（2）降低结温。

4.3 LED亮度不足

本设计利用不同等级档次的芯片封装出来亮度不一样，而且LED可以通过加大电流来使其更亮。电路低时，亮度也就比较暗。

4.4 出现死灯现象

本设计LED死灯现象主要有以下两种情况：开路死灯和短路死灯。

开路死灯的原因有：（1）LED内的焊点不可靠；芯片焊点受到污染；支架电渡层不符合标准，线太细也致使焊点拉力不够；没有完全固定好产生的内应力导致焊点的松脱等；（2）LED与PCB焊接过程当中的虚焊引发。

短路死灯的原因有：（1）LED芯片的抗静电（ESD）较差，直接模式耐压不到300V；（2）因为电源的可靠性不敷或不匹配引发LED过流、过压致使。

在调试的时候，LED内的焊点不稳引起的开路死灯是LED生产过程中材料及工艺的原因，是LED存在的质量问题，我在选材检验的时候通过温度试验、冷热冲击实验、高温高湿老化实验来筛选出焊点可靠的。本设计LED与PCB焊接过程中的虚焊引起死灯是在使用LED加工产品时的工艺引起的，所以要从以下几方面解决问题：（1）焊接温度保持在260℃左右，时间控制在3S-5S以内；（2）在焊接温度回到正常之前，一定要防止LED产生任何抖动或者其他外力；（3）焊接点离胶体底部在2.5mm以上；（4）LED在弯脚或折脚时应注重与胶体连结2mm以上的间隔，以防LED胶体内里支架与金线离散。

在设计的过程中电源的可靠性不够或不匹配会产生LED过流、过压导致LED损坏的情况，所以在选用时，一定要讲究LED电源的可靠性和与LED匹配：（1）在电压匹配方面，LED约2—3伏的低电压驱动，必须要设计复杂的变换电路，不同用途的LED灯要配备不同的电源适配器。所以本设计在应用方面非常小心；（2）在电流匹配方面，LED的正常工作电流在15mA-18mA，供电电流小于15mA时，LED的发光强度不够，而大于20mA时，发光了强度也会减弱，同时发热大增，老化加快、寿命缩短，经过试验当超过40mA时会很快损坏。