南京科技職業(yè)技術(shù)學(xué)院 劉宏志 葛先雷 鄧玉茹

智能LED臺(tái)燈設(shè)計(jì)

南京科技職業(yè)技術(shù)學(xué)院 劉宏志 葛先雷 鄧玉茹

通過紅外傳感器感應(yīng)人手紅外光的強(qiáng)弱來控制單片機(jī)，單片機(jī)控制LED驅(qū)動(dòng)電路來控制LED燈的亮度，又可以通過紅外傳感器感應(yīng)系統(tǒng)配合計(jì)時(shí)系統(tǒng)可以計(jì)算看書的學(xué)習(xí)時(shí)間，超過定時(shí)器上的時(shí)間單片機(jī)就會(huì)發(fā)出報(bào)警并降低LED燈的亮度，提醒學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)時(shí)間及保護(hù)眼睛。

紅外傳感器；單片機(jī)；智能LED臺(tái)燈

1 設(shè)計(jì)的原則

1.1 功能性原則

在設(shè)計(jì)臺(tái)燈中必須符合照明要求，按照不一樣的空間、不一樣的場所、不一樣的工具選擇不一樣的照明方法和燈具，而且要保持照度和亮度。比方：讀寫臺(tái)燈光照明設(shè)計(jì)應(yīng)采取垂直式照明，讓亮度散布平均，防止出現(xiàn)眩光；很多商場的櫥窗和商品擺設(shè)，為了能夠吸引大量顧客的眼球，一般都會(huì)使用強(qiáng)光進(jìn)行有重點(diǎn)的突出照明，它的亮度比平常照明亮度要超出大約到3～5倍，也有很多商家為了使商品的立體感、質(zhì)感和廣告效應(yīng)更好，也經(jīng)常使用方向性強(qiáng)的照明燈具和使用色光來讓商品更具有藝術(shù)感染力。

1.2 經(jīng)濟(jì)性原則

在設(shè)計(jì)燈光照明時(shí)，不可以只是想著以多為好，關(guān)鍵是要科學(xué)實(shí)際，合理運(yùn)用。燈光照明設(shè)計(jì)主要是為了滿足人們的視覺享受和審美，使室內(nèi)空間最大限度展現(xiàn)出美麗，是利用功效和審美功效的統(tǒng)一。社會(huì)上有些燈飾不但不能夠增美，反而弄巧成拙，產(chǎn)生電力耗損，造成經(jīng)濟(jì)上的損失，極有可能還會(huì)造成光環(huán)境污染而損害身體。

根據(jù)現(xiàn)代社會(huì)的燈光照明的標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)橛锰幒头洲q的清晰度的各不相同，所以選用的尺度也各不相同。

1.3 安全性原則

燈光照明設(shè)計(jì)不可隨意發(fā)揮，隨意設(shè)計(jì)，一定要注重安全性能。因?yàn)闊艟呤鞘褂秒娫?，電?duì)人體的傷害可想而知，所以必需采取的防觸電、防斷路等相關(guān)的安全措施，盡量去防止意外事故的產(chǎn)生，將意外事故發(fā)生率降到最低。

2 設(shè)計(jì)理念

現(xiàn)在市場上的燈具種類繁多，平常臺(tái)燈均采取220V交流電源來供電，日光燈管、白熾燈膽為光源，手動(dòng)開關(guān)或觸摸感應(yīng)式開關(guān)來控制。

現(xiàn)在臺(tái)燈幾乎是平常家庭的生活必需品了，有手動(dòng)和自動(dòng)兩種模式的臺(tái)燈?，F(xiàn)代社會(huì)的人們由于常常忘記關(guān)燈而造成能源耗費(fèi)。作為一個(gè)必需品，就必須對(duì)人們的生活產(chǎn)生有益的影響，他可以讓你不在擔(dān)心黑暗中開不了燈，而且可以改正人們的坐姿。通過紅外傳感器感應(yīng)人手紅外光的強(qiáng)弱來控制單片機(jī)，單片機(jī)控制LED驅(qū)動(dòng)電路來控制LED燈的亮度，又可以通過紅外傳感器感應(yīng)系統(tǒng)配合計(jì)時(shí)系統(tǒng)可以計(jì)算看書的學(xué)習(xí)時(shí)間，超過定時(shí)器上的時(shí)間單片機(jī)就會(huì)發(fā)出報(bào)警并降低LED燈的亮度，提醒學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)時(shí)間及保護(hù)眼睛，停電時(shí)又可以通過5V可充電鋰電池為LED燈供電。按照以上思路設(shè)計(jì)出原理框圖：

3 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

驅(qū)動(dòng)電路：

LED驅(qū)動(dòng)器：為滿足不同的輸入電壓、輸出電流及不同的的LED數(shù)目等請(qǐng)求，半導(dǎo)體器件公司都開發(fā)出各類白光LED驅(qū)動(dòng)器。驅(qū)動(dòng)器除可驅(qū)動(dòng)白光LED外，也可驅(qū)動(dòng)藍(lán)光LED或其他色彩的LED。另外驅(qū)動(dòng)器具備不變輸出或可編程恒流輸出的特特性，故可用驅(qū)動(dòng)器作為穩(wěn)壓電源或可編程恒流源。

LED驅(qū)動(dòng)器的要求：LED不僅用于LCD背光照明，而且近年來慢慢用作照明燈、閃光燈及頻閃裝備。白光LED也從小功率發(fā)展到中功率及大功率(電流達(dá)1000mA)。燈光的閃光燈使用大功率白光LED，在夜空中產(chǎn)生耀眼的光芒，廣告效果明顯。

驅(qū)動(dòng)器可以看做是向LED供電的特殊電源。它可驅(qū)動(dòng)正向壓降為3.0～4.3V的白光LED，并可根據(jù)需要驅(qū)動(dòng)串聯(lián)、并聯(lián)或串/并聯(lián)的多個(gè)白光LED，滿足驅(qū)動(dòng)電流的要求。

常用的LED電源驅(qū)動(dòng)方案：LED電源驅(qū)動(dòng)有多種方案，在LED電源變換器的技術(shù)實(shí)現(xiàn)上有不一樣的方案。按照供電電壓的高低，可以將LED電源驅(qū)動(dòng)器分成低壓驅(qū)動(dòng)(供電電壓為0.8～1.65V)、過渡電壓驅(qū)動(dòng)(供電電壓為4V)、高壓驅(qū)動(dòng)(供電電壓大于5V)和市電供電等4類。

4 電路的調(diào)試及解決辦法

4.1 LED發(fā)光角度的問題

很多的LED透鏡封裝不一樣即便是統(tǒng)一發(fā)光角度(標(biāo)稱角度),結(jié)果也不一樣，使得聚光罩的拔取難上加難,仍至不可以通用。

本設(shè)計(jì)如果沒有經(jīng)過處理的光直射，那肯定是不均勻的，并且LED之間的間隔也有影響。LED的發(fā)光角內(nèi)的光并非均勻的，而是中間強(qiáng)周圍逐步削弱的。這便是為何LED燈產(chǎn)物都會(huì)用LENS或反光杯之類的進(jìn)行光的處置。

4.2 LED效率偏低(發(fā)光率)

本設(shè)計(jì)LED的發(fā)光效率實(shí)在分為兩大塊：內(nèi)量子力和外量子效力，對(duì)內(nèi)量子效力普通講也便是電子躍遷發(fā)生光子的效力。下降非輻射躍遷——削減非輻射的復(fù)合中心（主如果晶體缺陷）構(gòu)成不變的必要的能級(jí)差——（1）有效摻雜；（2）降低結(jié)溫。

4.3 LED亮度不足

本設(shè)計(jì)利用不同等級(jí)檔次的芯片封裝出來亮度不一樣，而且LED可以通過加大電流來使其更亮。電路低時(shí)，亮度也就比較暗。

4.4 出現(xiàn)死燈現(xiàn)象

本設(shè)計(jì)LED死燈現(xiàn)象主要有以下兩種情況：開路死燈和短路死燈。

開路死燈的原因有：（1）LED內(nèi)的焊點(diǎn)不可靠；芯片焊點(diǎn)受到污染；支架電渡層不符合標(biāo)準(zhǔn)，線太細(xì)也致使焊點(diǎn)拉力不夠；沒有完全固定好產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力導(dǎo)致焊點(diǎn)的松脫等；（2）LED與PCB焊接過程當(dāng)中的虛焊引發(fā)。

短路死燈的原因有：（1）LED芯片的抗靜電（ESD）較差，直接模式耐壓不到300V；（2）因?yàn)殡娫吹目煽啃圆环蠡虿黄ヅ湟l(fā)LED過流、過壓致使。

在調(diào)試的時(shí)候，LED內(nèi)的焊點(diǎn)不穩(wěn)引起的開路死燈是LED生產(chǎn)過程中材料及工藝的原因，是LED存在的質(zhì)量問題，我在選材檢驗(yàn)的時(shí)候通過溫度試驗(yàn)、冷熱沖擊實(shí)驗(yàn)、高溫高濕老化實(shí)驗(yàn)來篩選出焊點(diǎn)可靠的。本設(shè)計(jì)LED與PCB焊接過程中的虛焊引起死燈是在使用LED加工產(chǎn)品時(shí)的工藝引起的，所以要從以下幾方面解決問題：（1）焊接溫度保持在260℃左右，時(shí)間控制在3S-5S以內(nèi)；（2）在焊接溫度回到正常之前，一定要防止LED產(chǎn)生任何抖動(dòng)或者其他外力；（3）焊接點(diǎn)離膠體底部在2.5mm以上；（4）LED在彎腳或折腳時(shí)應(yīng)注重與膠體連結(jié)2mm以上的間隔，以防LED膠體內(nèi)里支架與金線離散。

在設(shè)計(jì)的過程中電源的可靠性不夠或不匹配會(huì)產(chǎn)生LED過流、過壓導(dǎo)致LED損壞的情況，所以在選用時(shí)，一定要講究LED電源的可靠性和與LED匹配：（1）在電壓匹配方面，LED約2—3伏的低電壓驅(qū)動(dòng)，必須要設(shè)計(jì)復(fù)雜的變換電路，不同用途的LED燈要配備不同的電源適配器。所以本設(shè)計(jì)在應(yīng)用方面非常小心；（2）在電流匹配方面，LED的正常工作電流在15mA-18mA，供電電流小于15mA時(shí)，LED的發(fā)光強(qiáng)度不夠，而大于20mA時(shí)，發(fā)光了強(qiáng)度也會(huì)減弱，同時(shí)發(fā)熱大增，老化加快、壽命縮短，經(jīng)過試驗(yàn)當(dāng)超過40mA時(shí)會(huì)很快損壞。