智能护眼led台灯的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种智能护眼LED台灯，该台灯包括单片机控制模块、电源驱动模块、模式切换开关、显示模块、热释电传感器模块、手动光线调节、环境选择开关、LED驱动模块、LED灯组和光强度检测模块，电源模块、模式切换开关、环境选择开关、手动光线调节、热释电传感器和光强度检测模块的输出端分别与单片机控制模块的输入端连接，单片机控制模块的输出端分别与显示模块和LED驱动模块的输入控制端连接，LED驱动模块的输出端与LED灯组输入端连接。单片机控制模块会根据当前环境的光强度，控制LED驱动模块改变LED灯组的亮度，使当前环境达到最适合的环境亮度，防止光线太强或者是太弱对阅读者眼睛造成伤害。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种智能护眼LED台灯，具体是一种能够感知环境光强度并根据 系统内的预设值调节LED亮度，使亮度达到设定值的LED台灯。 智能护眼LED台灯
【背景技术】
[0002] 我国8?12岁的小学生中，约有47个儿童就有一个近视眼，近视发病率约为23%， 中学生约为55%，大学生约为76%，全国近视眼约为3亿人，其中青少年约为2亿人。而引起 近视眼的因素中灯光强弱不当是很重要的因素。现在市面上的LED台灯有两种：一种是固 定亮度，当周围光强度改变后，该灯的发光强度仍然固定；另一种是手动可调亮度，但是由 于亮度的调节全部凭借使用者感觉，长时间使用强光或者是弱光，对眼睛有巨大的伤害。本 设计根据《国家室内照明标准》和参考眼科医生给出的亮度建议，确定出最能保护人眼睛的 光强度，并且当外界的光强度变化本台灯可以自动调节，稳定在设定好的光强度。
【发明内容】
[0003] 本实用新型，克服了市场上现有LED灯的缺陷，采用了闭环PID调节技术使台灯亮 度能够恒定，并能够根据周围环境亮度自动调节，为了保证调节的效果LED驱动芯片采用 了 DD311，能够保证LED的亮度、稳定性和可调节性；为了实现闭环调节，采用了 BH1750FVI 进行光强度的检测，是系统采集的光强度精确可靠。
[0004] 本实用新型，其控制电路包括单片机控制模块、电源驱动模块、模式切换开关、显 示模块、热释电传感器模块、手动光线调节、环境选择开关、LED驱动模块、LED灯组和光强 度检测模块，电源模块的输出端、模式切换开关的输出端、环境选择开关的输出端、手动光 线调节的输出端、热释电传感器的输出端和光强度检测模块的输出端分别与单片机控制模 块的输入端连接，单片机控制模块的输出端分别与显示模块输入控制端和LED驱动模块输 入控制端连接，LED驱动模块的输出端与LED灯组输入端连接，光强度检测模块通过检测 LED灯组和外界的光强度进行数据采集。
[0005] 本实用新型，所述单片机控制模块由型号为ATmegal6的单片机U2、复位按键开关 S2、上电复位电阻R2和电容C7组成，单片机U2的9脚分别通过电容C7和复位按键开关S2 与地连接，单片机U2的9脚通过电阻R2与电源VCC连接，ATmegal6单片机检测判断模式 切换开关、环境切换开关、热释电传感器、光强度检测模块信号从而通过I/O端口控制显示 模块和LED驱动模块。
[0006] 本实用新型，所述的LED驱动电路由型号为DD311的集成芯片U3和电阻R3组成， 集成芯片U3的5脚EN接到ATmegal6单片机U2的18脚PD4上，集成芯片U3的2脚OUT 端接到LED灯组的SCI端驱动LED灯组，电阻R3 -端接电源VCC，另一端接到DD311集成芯 片U3的1脚REXT端。
[0007] 本实用新型，所述的光强度检测模块是以BH1750FVI集成芯片U7为采集芯片的 GY-30模块组成，GY-30模块的2脚SCL端接到ATmegal6单片机的14脚PD0端，3脚SDA端 接到ATmegal6单片机的15脚PD1端。
[0008] 本实用新型，所述的电源模块由型号为LM2576的集成芯片、按键S1、继电器K1、电 容C1、电容C2、稳压管VD1、电感L1、电阻R1、电阻R4、电阻R5、三极管Q1和发光二极管D1 组成。接通电源后，按下按钮S1，电源电压通过LM2576电路进行降压变换成5V电压给电路 供电，单片机工作后ΡΒ0输出高电平，导通三极管Q1，驱动继电器K1线圈，使继电器常开触 头闭合，当松开按键S1后，电流通过继电器的常开触头流入电路；当电路需要停止工作时， 单片机ΡΒ0输出低电平，继电器常开触头就会断开，电路停止工作。
[0009] 本实用新型，所述的光强度显示电路是由型号为74LS47的集成芯片、四个共阳数 码管DS1?DS4、四个型号为8550的PNP型三极管Q2?Q4和四个电阻R14?R17组成。74LS47 集成芯片的7管脚A、1管脚B、2管脚C、6管脚D分别接到ATmegal6单片机的H)4~PD7端， 74LS47集成芯片的13脚、12脚、11脚、10脚、9脚、15脚、14脚分别接到四个共阳数码管的 10脚、9脚、8脚、5脚、4脚、2脚、3脚、7脚，四个共阳数码管的共阳端1脚、6脚接到四个型 号为8550的PNP型三极管Q2?Q4的集电极，四个三极管Q2?Q4的基极分别接到ATmegal6 单片机的PC(TPC3端。
[0010] 本实用新型，其主要功能是使用者通过模式切换开关选择台灯工作模式；若选择 手动光线调节模式，可通过手动光线调节旋钮手动调节光线。如果使用者选择自动调节模 式后，还需要选择当前的环境，本设计给出了几种不同的环境，使用者可以进行选择，选择 完成后，单片机控制模块会通过光强度检测模块检测当前环境的光强度，然后数学计算 后，控制LED驱动模块改变LED灯组的亮度，使当前环境达到最适合读书写作业的环境亮 度，检测当前环境的光强度是否适合阅读，防止光线太强或者是太弱对阅读者眼睛造成伤 害。
[0011] 本实用新型，具有如下优点：
[0012] 1、采用了开关电压调节器LM2576,能够提供3A的电流，对于驱动大功率LED提供 了电源保证；
[0013] 2、将自动控制和传统手动调节完美结合在一起；考虑到台灯的使用人群比较广， 对于一些老年人，自动控制模式调节比较繁琐，可以使用传统的手动调节方式，对台灯的亮 度进行调整。自动控制方式的光线亮度是严格按照国家亮度标准和医生建议进行设定，能 够给使用者提高一个良好的用眼环境；
[0014] 3、增加了环境选择模块；由于台灯的使用场合比较多，使用环境也不同，所以固定 的亮度标准肯定无法满足要求，本设计提供了几种不同的使用环境，并且对应了几种不同 的亮度标准，使用者在选择了环境后，台灯会自动调整光线强度，达到设定的值；
[0015] 4、选用了专业的LED驱动芯片DD311，可以保证LED驱动的电流恒定，防止光线波 动，对人眼造成损伤；
[0016] 5、增加了光强度检测模块，提供准确的检测出当前环境的光线强度，完全不同于 以前设计中采用光敏电阻的做法；
[0017] 6、采用了闭环PID控制方法；本设计利用光强度检测模块实现了闭环控制，并利 用PID算法进行误差计算从而调整光线强度。
【专利附图】
【附图说明】
[0018] 图1为实施例单片机控制模块电原理图；图2为电源模块电原理图；图3为模式 切换开关电原理图；图4为显不模块电原理图；图5为热释电传感器电原理图；图6为手动 光线调节电原理图；图7为环境选择开关电原理图；图8为LED驱动模块电原理图；图9为 LED灯组电原理图；图10为光强度检测模块电原理图；图11为继电器控制电原理图；图12 为实施例整体结构原理方框图。
[0019] 图中，1、单片机控制模块；2、电源模块；3、模式切换开关；4、显示模块；5、热释电 传感器；6、手动光线调节；7、环境选择开关；8、LED驱动模块；9、LED灯组；10、光强度检测 模块。
【具体实施方式】
[0020] 参照图12, 一种智能护眼LED台灯，其控制电路，包括单片机控制模块1、电源驱动 模块2、模式切换开关3、显示模块4、热释电传感器模块5、手动光线调节6、环境选择开关 7、LED驱动模块8、LED灯组9和光强度检测模块10。电源驱动模块2的输出端、模式切换 开关3的输出端、热释电传感器5的输出端、手动光线调节6的输出端、环境选择开关7的 输出端和光强度检测模块10的输出端分别与单片机控制模块1的输入端连接，单片机控制 模块1的一个输出端与显示模块4的输入端连接，单片机控制模块1的一个输出端与LED 驱动模块8的输入端连接，LED驱动模块的输出端与LED灯组的输入端连接，光强度检测模 块10通过检测LED灯组9和外界的光强度进行数据采集。
[0021] 参照图1，单片机控制模块1由型号为Atmegal6的单片机U2、复位按键S2和上电 复位电阻R2、电容C7组成。单片机U2的9脚分别通过电容C7和复位按键开关S2与地连 接，单片机U2的9脚通过电阻R2与电源VCC连接，Atmegal6单片机检测判断模式切换开 关3、环境选择开关7、热释电传感器5、光强度检测模块10信号从而通过I/O端口输出控制 显示模块4和LED驱动模块8。
[0022] 参照图2和图11，为了保证电源的足够的电流强度和电压稳定性，电源模块采用 开关电压调节器。本模块能提供降压开关稳压器的各种功能，能驱动3A的负载，有优异的 线性和负载调整能力。电源模块2由型号为LM2576的集成芯片U1、按钮S1、继电器K1、电 容C1、电容C2、稳压管VD1、电感L1、电阻R1、电阻R4、电阻R5、三极管Q1和发光二极管D1 组成。接通电源后，按下按钮S1，电源电压通过LM2576电路进行降压变换成5V电压给电路 供电，单片机工作后ΡΒ0输出高电平，导通三极管Q1，驱动继电器K1线圈，使继电器常开触 头闭合，当松开按键S1后，电流通过继电器的常开触头流入电路；当电路需要停止工作时， 单片机ΡΒ0输出低电平，继电器常开触头就会断开，电路停止工作。
[0023] 参照图3,本台灯有两种工作模式：手动光线调节和光线自动调节。通过模式切换 开关可以进行两种模式切换。当开关连通2-3时为手动模式，当开关连通1-2时为自动模 式。
[0024] 参照图4,光强度显示电路4是由型号为74LS47的集成芯片U6、四个共阳数码管 DS1?DS4、四个型号为8550的PNP型三极管Q2?Q4和四个电阻R14?R17组成。74LS47集成 芯片U6的7管脚A、1管脚B、2管脚C、6管脚D分别接到ATmegal6单片机的H)4?PD7端， 74LS47集成芯片U6的13脚、12脚、11脚、10脚、9脚、15脚、14脚分别接到四个共阳数码管 的10脚、9脚、8脚、5脚、4脚、2脚、3脚、7脚，四个共阳数码管的共阳端1脚、6脚接到四个 型号为8550的PNP型三极管Q2?Q4的集电极，四个三极管Q2?Q4的基极分别接到ATmegal6 单片机的PC(TPC3端。
[0025] 参照图5,热释电传感器为外购件，根据使用说明与电源和单片机U2连接。
[0026] 参照图6,手动光线调节器实际上是一个电位器RP1，可手动调节台灯的亮度。当 开关模式达到手动光线调节模式时，光线通过手动光线调节模块调节，测试光强度会通过 数码管进行显示。能满足各种不同行业的需求。可通过调节旋钮调节，将信号传输给单片 机控制模块；进行内部运算后，将信号给LED驱动模块，驱动LED灯组。光强度模块检测光 强度，通过数码管显示。
[0027] 参照图7,环境选择开关由S4-S7构成，根据《国家室内照明标准》，发现不同的场 所需要的照明标准值不同，本设计预先设定了几种不同的工作场所：设计室、书房写字台、 档案室、卧室床头灯灯等使用场所；不同场所对应不同的照明标准值，防止固定标准在不同 场所造成伤害。
[0028] 参照图8, LED驱动模块采用单通道输出的LED恒流驱动器，内建电流镜与电流开 关组件，是专为驱动大功率LED而设计的芯片。可驱动高达1安培的沈入电流，并可透过调 整参考输入电流来任意设定输出电流的大小。LED驱动电路由型号为DD311的集成芯片U3 和电阻R3组成。DD311集成电路的5脚EN接到ATmegal6单片机的18脚PD4上，DD311集 成电路的2脚OUT端接到LED灯组的SCI端驱动LED灯组，电阻R3 -端接电源VCC另一端 接到DD311集成芯片的1脚REXT端。
[0029] 参照图9, LED灯组采用大功率高亮度LED灯，采用混联的方式连接。并在LED灯 组外面加一层均光膜，让LED灯光均匀，而不刺眼。
[0030] 参照图10,光强度检测模块10是以BH1750FVI集成芯片U7为采集芯片的GY-30 模块组成。GY-30模块的2脚SCL端接到ATmegal6单片机的14脚PD0端，3脚SDA端接到 ATmegal6单片机的15脚PD1端。
[0031] 参照图11，图11为继电器控制电原理图，图中的al端和a2端与图2的al端和 a2端对应连接。
[0032] 本实施例，其使用方法为：首先，将P1连接直流12V电源，按下电源启动按钮S1， LED台灯点亮，此时为手动光线调节模式(参照图3,开关2-3连通)，通过模式切换开关选择 台灯工作模式；若选择手动光线调节模式，可通过手动光线调节旋钮RP1手动调节光线。如 果使用者选择自动调节模式后，还需要选择当前的环境，本设计给出了几种不同的环境，使 用者可以进行选择(参照图7按下按钮开关S4-S7中的一个)，选择完成后，单片机控制模块 会通过光强度检测模块检测当前环境的光强度，然后数学计算后，控制LED驱动模块改变 LED灯组的亮度，使当前环境达到最适合读书写作业的环境亮度，同时继续检测当前环境的 光强度是否适合阅读，防止光线太强或者是太弱对阅读者眼睛造成伤害。为了节约用电，当 使用者离开台灯适用范围5分钟，台灯会自动断电熄灭。也可以通过开关（图中未画出）切 断P1供电电源的方式关闭台灯。如果需要继续使用台灯，重新启动按钮S1操作。
[0033] 本实施例，其电路工作原理为：电源启动按钮S1按下后，电源电压通过LM2576电 路进行降压变换成5V电压给电路供电，单片机工作后ΡΒ0输出高电平，导通三极管Q1，驱动 继电器K1线圈，使继电器常开触头闭合，当松开按键S1后，电流通过继电器的常开触头流 入电路；使用者通过模式切换开关选择台灯工作模式，如果选择手动模式，单片机控制模块 检测光线调节模块输出电压，根据输出电压控制输出信号给LED驱动模块，LED驱动模块驱 动LED灯，光强度检测模块检测出的光强度传输给单片机控制模块，单片机控制模块启动 显示模块进行显示；使用者选择自动调节模式后，还需要选择当前的环境，单片机控制模块 根据选择的当前环境设定一个光强度标准值，根据光强度检测模块检测的光强度与设定的 光强度标准值进行比较，通过PID运算，单片机控制模块控制LED驱动模块，LED驱动模块 驱动LED灯组发光，光强度检测模块继续进行光强度的检测并传输给单片机控制模块与设 定标准值进行比较。同时单片机控制模块驱动显示模块进行当前光强度显示。热释电传感 器会不断的监测台灯周围是否有使用者，如果没有使用者，单片机会开始倒计时，5分钟后， 单片机控制模块的PBO 口输出低电平，继电器线圈断电，从而使LED台灯全部断线。
【权利要求】
1. 一种智能护眼LED台灯，其特征在于：控制电路包括单片机控制模块（1)、电源驱动 模块（2)、模式切换开关（3)、显示模块（4)、热释电传感器模块（5)、手动光线调节（6)、环境 选择开关（7)、LED驱动模块（8)、LED灯组（9)和光强度检测模块（10)，电源模块（2)的输出 端、模式切换开关（3)的输出端、环境选择开关（7)的输出端、手动光线调节（6)的输出端、 热释电传感器（5)的输出端和光强度检测模块（10)的输出端分别与单片机控制模块（1)的 输入端连接，单片机控制模块（1)的输出端分别与显示模块（4)输入控制端和LED驱动模 块（8)输入控制端连接，LED驱动模块（8)的输出端与LED灯组（9)输入端连接，光强度检 测模块（10)通过检测LED灯组（9)和外界的光强度进行数据采集。
2. 如权利要求1所述的智能护眼LED台灯，其特征在于：所述单片机控制模块（1)由型 号为ATmegal6的单片机U2、复位按键开关S2、上电复位电阻R2和电容C7组成，单片机U2 的9脚分别通过电容C7和复位按键开关S2与地连接，单片机U2的9脚通过电阻R2与电 源VCC连接。
3. 如权利要求1所述的智能护眼LED台灯，其特征在于：所述的LED驱动电路（8)由 型号为DD311的集成芯片U3和电阻R3组成，集成芯片U3的5脚EN接到ATmegal6单片机 U2的18脚PD4上，集成芯片U3的2脚OUT端接到LED灯组的SCI端驱动LED灯组，电阻 R3 -端接电源VCC，另一端接到DD311集成芯片U3的1脚REXT端。
4. 如权利要求1所述的智能护眼LED台灯，其特征在于：所述的光强度检测模块（10) 是以BH1750FVI集成芯片U7为采集芯片的GY-30模块组成，GY-30模块的2脚SCL端接到 ATmegal6单片机的14脚PD0端，3脚SDA端接到ATmegal6单片机的15脚PD1端。
【文档编号】H05B37/02GK203896567SQ201420319503
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年6月16日 优先权日:2014年6月16日
【发明者】张庆祺 申请人:张庆祺