金 衡 邓松坤 宛 铮 周正宝

(嘉兴学院电子信息工程系 浙江 嘉兴 314000)

0 前言

书写台灯的光源一般有三大类：白炽灯、卤钨灯和荧光灯。 据相关数据显示：白炽灯只有5%的电耗用于发光照明，其他全都转换成热能消耗掉了，夏天甚至会使人感到热。 由于灯丝发光较集中，如果其功率稍大就会产生眩光，反之，又会造成照度不够；另一种普通荧光灯的台灯，由于供电方式的原因导致其亮度不可调整， 在很多时候造成能源的浪费，同时，因为其供电电压频率为50Hz，属于低频率的频闪光，会使人眼的调节器官处于紧张的调节状态，导致视觉疲劳。 本次设计正是针对这些不足而设计的采用LED 发光技术的安全、节能、环保的台灯。

1 系统硬件结构框图

图1 系统硬件结构框图

图1 为本次设计系统硬件结构框图，控制核心采用美国Microchip 公司生产PIC16877A 芯片， 该芯片具有IIC 接口，内置PWM 模块，且价格低廉，十分适合本次的设计；光强传感器采用TAOS 公司推出的高速、低功耗、可编程灵活配置的TSL2560 芯片，通过IIC 总线协议与PIC16 进行通讯，将当前环境下的光强值发给PIC16，由PIC16 进行处理判断，以此来输出不同占空比的PWM 的控制信号到后级灯光控制电路中， 达到调整LED 台灯的亮度的目的。 温度传感器采用DALLAS 公司生产的单总线式数字型温度传感器DS18B20，它具有微型化、低功耗、高性能、抗干扰能力强等特点，并且直接输出数字信号， 可与微处理器直接相连， 无需另加A/D转换器，十分方便；显示模块由一块2.4 寸的TFT 屏幕构成，用于显示当前温度及光照强度。

2 主要电路分析

2.1 人体红外感应电路

2.1.1 人体红外感应电路原理

人体辐射红外线波长为10μm， 而热释电红外传感器只对此长度左右的红外辐射波敏感，因此当人体通过时，热释电红外传感器才会感应， 从而可以避免其他物体触发传感器。本次使用的DB203 热释电红外传感器的探头是由两个相互串联的热释电元构成，而且这两个热释电元的电极化方向相反，所以当人进入到探测区域内，由于两个热释电元接收到的热量不同，无法相互抵消，就输出了检测信号。 而因为周围外在的环境对两个热释元件的辐射几乎具有相同的作用，使其产生释电效应相互抵消，所以当没有人进入到探测区域内时，探测器不会有信号输出。

2.1.2 人体红外感应电路设计

本次设计采用的人体红外感应电路主要由D203B 热释电红外线传感器和信号处理芯片BISS0001 组成。 BISS0001电路如图2 所示，BISS0001 是由状态控制器、 封锁时间定时器、运算放大器、电压比较器、延迟时间定时器、及参考电压源等构成的数混合专用集成电路。 BISS0001 中，VDD 为工作电源的正端，本次使用5V 直流电压供电，IB 为内部运算放大器偏置电流设置端， 通过一个1MΩ 大小的电阻接入VSS 地端。1IN+和1IN-是BISS0001 第一级放大器的输入端，用来将热释电红外传感器的输出信号作第一级放大[1]，然后由C3 耦合给第二级运算放大器(2IN+和2IN-)进行第二级放大，再经由内部两个电压比较器构成的双向鉴幅器处理后，检出有效触发信号去启动延迟时间定时器， 信号经处理后从2 脚输出。 A 管脚为可重复触发和不可重复触发控制端， 当A=”1”时，允许重复触发，当A=“0”时，不可重复触发。 本次设计采用可重复触发模式，所以直接接入5V 电源。 RR1 和RC1 是输出延迟时间Tx 的调节端， 值为Tx≈49152xR9C7；RR2 和RC2 是触发封锁时间Ti 的调节端，值为Ti≈24xR10C6。

图2 BISS0001 电路

2.2 LED 驱动电路

2.2.1 LED 光源工作原理

LED 是一个PN 结二极管[3]，只有对其施加足够的正向电压才能传导电流，正向电压为LED 发光建立一个正常的工作状态，正向电流促使LED 发光，发光强度与流过的电流成正比例。 白光LED 的额定电压：3.3V， 额定电流20mA。 由于LED 的伏安曲线十分陡峭，当电压产生微小的变化时，电流会产生很大的变化，极易造成LED 的烧毁，所以在驱动LED时，一般采用的是恒流源。

2.2.2 LED 驱动电路设计

驱动电路采用专门驱动LED 光源的恒流控制芯片BP2808，该芯片可以控制LED 光源的纹波和峰值电流，可实现恒流控制、模拟调光和PWM 调光[2]。 本文采用PWM 调光的控制。 电路如图3 所示，BP2808 芯片中，LN 为线电压补偿端，实际中采用R5、R6 电阻降压经R7、C4 前馈补偿。VCC 为芯片的电源端，且内置了12.5V 的稳压管。 OUT 为驱动的输出端，设计中与MOS 管Q1 连接，与R8、D8 一起组成源极驱动电路， 输出恒流与D9、L3 的续流电路合并向8 串8 并64个LED 光源恒流供电。 R8、D8 还有软化开关开通驱动变软，保持关断驱动，改善电磁干扰，提升效率的作用。而与LED 光源并联的输出滤波电容C6 用以减少LED 光源上的电流纹波。 芯片CS 端为电流采样端，通过R9、R10 两个采样电阻与地端相连，用于短路保护。 同时，为了使整个电路的输出电流达到LED 光源阵列组合的要求，电阻R9 和R10 的阻值也要随着LED 数量的不同而改变。

图3 BP2808 电路

3 智能工作方式程序框图

图4 程序流程图

程序采用C 语言编写， 通过Microchip的开发平台MPLAB IDE 编译。 程序框图如图4 所示，程序开始后，对程序进行初始化。 台灯处于休眠状态，当有人靠近台灯的时候，热释电红外传感器感应信号，并将信号传给单片机，开始采集光照强度[4]，调整不同占空比，从而起到控制灯光明暗的效果。 当人离开时，中断返回，台灯继续处于休眠状态。

4 结语

设计采用LED 能提供安全优质的光环境，提升照明系统的光效，没有红外和紫外的成分，改善眩光，减少和消除光污染。 并且利用光照强度控制原理，智能控制灯的发光度，一方面有效减少对资源的浪费，与当前社会”低碳”理念相符，另一方面也保护了我们的眼睛。 当房间亮度不够时，且有人在附近时，台灯便会自动点亮，省去了黑暗中摸开关的麻烦。 设计简单易行，实用性较强。

［1］周景雷.新型多功能控制LED 台灯[J].电子技术，2011(5).

［2］颜重光. 基于BP2808 的LED 照明灯具电源应用设计技术[J].中国集成电路，2010(8).

［3］罗树军. 触摸、光线双控多点高亮LED 台灯的研究[J].价值工程，2010(33).

［4］彭劲松，文利群.恒流源LED 触摸台灯的设计[J].山西电子技术，2007(2).