王煜琳 毛軼超

摘要：近年來(lái)，隨著教育事業(yè)的不斷發(fā)展，圖書(shū)館已成為在校學(xué)生學(xué)習(xí)的最佳場(chǎng)所，因而圖書(shū)館教育設(shè)施的質(zhì)量對(duì)其發(fā)展具有重要作用。本文針對(duì)圖書(shū)館的照明設(shè)施，在進(jìn)行分析研究之后，研發(fā)出一款基于學(xué)習(xí)照明的創(chuàng)意水杯重力感應(yīng)燈。通過(guò)節(jié)省桌面空間、利用重力感應(yīng)以及光的傳播等原理對(duì)傳統(tǒng)臺(tái)燈進(jìn)行改良設(shè)計(jì)，以達(dá)到節(jié)省桌面空間、突破傳統(tǒng)照明方式、營(yíng)造良好學(xué)習(xí)氛圍的效果，為學(xué)生提供優(yōu)良的照明環(huán)境。

關(guān)鍵詞：圖書(shū)館;照明設(shè)施;創(chuàng)意水杯重力感應(yīng)燈;節(jié)省桌面空間

中國(guó)分類(lèi)號(hào)：TB472 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編碼：1672-7053（2019）02-0149-03

目前，市場(chǎng)上照明設(shè)備品種眾多，但大部分仍只是停留在簡(jiǎn)單的外觀設(shè)計(jì)或者添加多余的功能。因此，就臺(tái)燈而言，企業(yè)應(yīng)關(guān)注臺(tái)燈的使用功能、護(hù)眼功效、外觀設(shè)計(jì)感、節(jié)能減排等方面[8]。

圖書(shū)館作為知識(shí)源泉之地，擁有良好的設(shè)施設(shè)備是首先需考慮的。據(jù)初步的調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，圖書(shū)館部分設(shè)施設(shè)備仍存在一些問(wèn)題，其中照明設(shè)備存在的問(wèn)題較大。首先，照明設(shè)備的光線(xiàn)的明暗對(duì)學(xué)生眼睛具有較大影響;其次，燈具設(shè)計(jì)應(yīng)基于使用環(huán)境而言，缺乏設(shè)計(jì)感的照明設(shè)備會(huì)影響學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。因此，從目前照明系統(tǒng)現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)查研究分析發(fā)現(xiàn)市場(chǎng)缺陷，并對(duì)圖書(shū)館照明系統(tǒng)展開(kāi)調(diào)研，從而得出具有切實(shí)可行的解決方案。

1 圖書(shū)館照明產(chǎn)品現(xiàn)狀分析

1.1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析

目前，大多數(shù)的論文主要是集中在對(duì)燈光亮度、護(hù)眼以及功能上做研究。成鳳敏在《智能LED臺(tái)燈的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)》中主要是利用了紅外傳感器以及單片機(jī)，設(shè)計(jì)了一種可自動(dòng)開(kāi)啟關(guān)閉、亮度調(diào)節(jié)以及用戶(hù)坐姿提醒等多功能的LED臺(tái)燈解決傳統(tǒng)臺(tái)燈能耗大、傷眼等問(wèn)題[1];《高均勻低眩光LED臺(tái)燈配光設(shè)計(jì)及仿真分析》中，主要是針對(duì)臺(tái)燈光效低、亮度不均勻、眩光較嚴(yán)重的缺點(diǎn)而設(shè)計(jì)了一款高均勻低眩光的LED護(hù)眼臺(tái)燈[2];魏熾旭、林泉康在《基于51單片機(jī)的智能臺(tái)燈設(shè)計(jì)》中以51單片機(jī)為主控芯片、利用感應(yīng)人體紅外信號(hào)的熱釋電紅外傳感器的原理來(lái)設(shè)計(jì)智能臺(tái)燈[3];上海理工大學(xué)的《基于STM32的智能臺(tái)燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)》采用搭建硬件電路、編寫(xiě)對(duì)應(yīng)的軟件程序來(lái)實(shí)現(xiàn)燈光調(diào)節(jié)、藍(lán)牙通信等功能[4]。

然而，他們的都存在一些問(wèn)題：都是基于傳統(tǒng)的臺(tái)燈樣式，在外觀上并未有所突破，缺乏人性化，而人性化設(shè)計(jì)應(yīng)將“人——產(chǎn)品——環(huán)境”三者完美結(jié)合，并將藝術(shù)、技術(shù)與人性得到完美融合，不只是單一的技術(shù)設(shè)計(jì)[5]。此外，功能過(guò)多，在實(shí)際的圖書(shū)館學(xué)習(xí)過(guò)程中并非所有功能都需要，需要解決的是空間利用問(wèn)題以及正常的照明問(wèn)題，只需要滿(mǎn)足基本的照明功能即可。

1.2 市場(chǎng)現(xiàn)有產(chǎn)品狀況分析

市場(chǎng)上的照明系統(tǒng)包括：照明設(shè)計(jì)和照明配電線(xiàn)路設(shè)計(jì)。照明設(shè)計(jì)中包括光源、燈具的選擇與布置，開(kāi)關(guān)、插座的選擇與布置等。照明配電線(xiàn)路設(shè)計(jì)包括照明配電線(xiàn)路的保護(hù)及敷設(shè)等[9]。

目前市場(chǎng)上臺(tái)燈就功能分類(lèi)而言有以下幾種：閱讀臺(tái)燈、裝飾臺(tái)燈[6]（圖1）。閱讀臺(tái)燈一般用于閱讀，因此其光線(xiàn)要求相對(duì)高些。

為追尋綠色節(jié)能的理念，經(jīng)市場(chǎng)調(diào)查研究，相對(duì)于傳統(tǒng)的白熾燈、熒光燈、鹵鎢燈而言，LED燈是綠色照明的理想光源，其在功耗及使用壽命上均有優(yōu)勢(shì)[7]，因此，在設(shè)計(jì)中采用LED燈作為光源是最佳選擇。

在進(jìn)行市場(chǎng)調(diào)研時(shí)，發(fā)現(xiàn)燈具市場(chǎng)上的燈具造型要么呆板、缺乏新穎性，要么就是過(guò)多的在外觀造型上進(jìn)行設(shè)計(jì)，而未能實(shí)際的解決某種具體的問(wèn)題，基本用于裝飾作用，且大多用于展覽中，真正用到實(shí)際的閱讀學(xué)習(xí)中的很少。

市場(chǎng)上就燈具的控制方式而言大致有開(kāi)關(guān)控制、觸控式、聲控，但是，大眾化的開(kāi)關(guān)缺乏創(chuàng)新，無(wú)法讓消費(fèi)者感受到生活的樂(lè)趣、照明系統(tǒng)的創(chuàng)新點(diǎn)，同時(shí)大部分的燈具都只具有裝飾性，而未能解決實(shí)際問(wèn)題，這是目前市面上照明系統(tǒng)的一大設(shè)計(jì)漏洞之一。

2 圖書(shū)館照明產(chǎn)品情況調(diào)研

初期對(duì)廣大去圖書(shū)館學(xué)習(xí)的學(xué)生做了1份關(guān)于圖書(shū)館存在的現(xiàn)象的調(diào)查，采用線(xiàn)上線(xiàn)下問(wèn)卷調(diào)查的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，一共調(diào)查了700份，其中有效數(shù)據(jù)是550份。經(jīng)分析，圖書(shū)館存在的問(wèn)題大致分為兩類(lèi)，一類(lèi)是圖書(shū)館自身設(shè)施問(wèn)題，另一類(lèi)是人為因素，具體見(jiàn)表1、表2。

圖書(shū)館自身設(shè)備存在的問(wèn)題有：（1）臺(tái)燈光線(xiàn)較暗或者不亮;（2）插電口較少;（3）漏水;（4）設(shè)備不足;（5）桌面空間小等等。

人為因素有：（1）聲音較嘈雜;（2）圖書(shū)亂放、損壞;（3）占位現(xiàn)象嚴(yán)重;（4）垃圾亂丟等等。

從上述兩個(gè)圖表可以看出最為突出的問(wèn)題是光線(xiàn)不足和桌面空間不足。

在正常的學(xué)習(xí)當(dāng)中，光線(xiàn)起著決定性作用，擁有好的照明設(shè)備能讓學(xué)習(xí)效率提高很多，同時(shí)也能幫助學(xué)生的眼睛。而圖書(shū)館的照明系統(tǒng)卻存在光線(xiàn)不足、設(shè)備缺陷等問(wèn)題，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)產(chǎn)生了較大影響，無(wú)法很好地看清書(shū)，長(zhǎng)期下去會(huì)產(chǎn)生視覺(jué)疲勞等癥狀。因此，對(duì)照明系統(tǒng)進(jìn)行改造設(shè)計(jì)是必須的。

桌面擺放的東西過(guò)多、桌面面積較小、空間不足，造成了桌面利用率低。據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，臺(tái)燈和水杯擺放在桌面上占用了一定的空間，同時(shí)裝有水的水杯這會(huì)造成杯中水的潑灑，因此，桌面利用率的問(wèn)題也亟待解決。

綜上，臺(tái)燈和水杯一起放置在桌面時(shí)會(huì)占用一定的空間，臺(tái)燈光線(xiàn)又不足、水杯易潑灑，如何將這些問(wèn)題一起解決將是我們所探討的。

3 圖書(shū)館新型照明產(chǎn)品創(chuàng)新研究

在傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)或休閑桌面上，一方面，傳統(tǒng)的臺(tái)燈擺放在桌面會(huì)占用一定的桌面空間;另一方面，將打開(kāi)的水杯放在桌面上易造成水的潑灑。針對(duì)這兩類(lèi)問(wèn)題，決定以空間利用的角度來(lái)解決照明光線(xiàn)不足的問(wèn)題。

經(jīng)多次討論與實(shí)驗(yàn)，最終設(shè)計(jì)了一款創(chuàng)意水杯重力感應(yīng)燈，旨在通過(guò)水的方式改變照明的方向以達(dá)到從下面打燈也可以輻射到周?chē)男Ч?/p>

3.1 內(nèi)部基本工作原理

其基本的作用原理是通過(guò)將裝有一定水量的水杯放在嵌有燈的桌面凹槽中，燈受到水杯的重力作用之后具有向下的彈力，然后壓力傳感器受到重力作用后，通過(guò)電路傳導(dǎo)使燈發(fā)亮，燈光以水為介質(zhì)近而使杯體發(fā)光，從而達(dá)到看書(shū)照明的效果（圖2）。

3.2 運(yùn)作方法

當(dāng)將注水的水杯放在燈的表面時(shí)，壓力傳感器感受到重力，F(xiàn)SR402壓力傳感器阻值迅速下降到幾百歐，Q1三極管導(dǎo)通，Q2三極管也導(dǎo)通，因此RL1線(xiàn)圈得電，開(kāi)關(guān)閉合，燈導(dǎo)通發(fā)光。燈光通過(guò)杯體發(fā)光，從而在一定范圍內(nèi)達(dá)到看書(shū)的照明效果（圖3）。

3.3 實(shí)驗(yàn)操作

1）實(shí)驗(yàn)用具：電路、光測(cè)量器、水杯、燈、量杯。

2）實(shí)驗(yàn)環(huán)境：圖書(shū)館。

3）實(shí)驗(yàn)條件：測(cè)量圖書(shū)館公共照明環(huán)境的光亮;人正?？磿?shū)時(shí)的燈光亮度范圍在300～700LUX，當(dāng)燈光亮度低于或高于此范圍時(shí)，都對(duì)人的眼睛有一定的傷害，因此，在進(jìn)行燈光設(shè)計(jì)時(shí)，要嚴(yán)格控制好燈光的亮度。

4）實(shí)驗(yàn)?zāi)康模嚎紤]到在保證燈光不變的情況下影響人看書(shū)時(shí)對(duì)光的感知的因素有水杯的高度、水杯中水的高度、水杯的形狀、人與水杯的距離以及聚光物質(zhì)。

5）實(shí)驗(yàn)操作：選用雙層水杯容量分別為500ml和350ml、單層水杯容量分別為500ml和300ml、矮圓杯250ml進(jìn)行光照強(qiáng)度的測(cè)試。

設(shè)光照強(qiáng)度為變量W，水杯中的水在一定水位m時(shí)書(shū)本距離水杯n時(shí)，人眼不同高度是感受到的燈光的亮度為變量x，因此，最終測(cè)得的光照強(qiáng)度W=x，從而得出最佳的水位以及最佳距離。

在一定的時(shí)間里，將環(huán)境的燈光亮度進(jìn)行了測(cè)試，從而排除環(huán)境對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的比較有同種類(lèi)型而容量不同的水杯間、同一水杯水量不同時(shí)的數(shù)據(jù)、看書(shū)距離的不同時(shí)數(shù)據(jù)的變化以及加了錫箔紙之后數(shù)據(jù)的變化。

1）第一組，向同一水杯分別加入200ml、300ml、400ml的水，測(cè)出此時(shí)的水的高度，并在距離水杯10cm、20cm、30cm、40cm測(cè)量人眼感知的燈的亮度x。多次測(cè)試幾種水杯，從而得出最佳水位m及最佳距離n。

2）第二組，對(duì)同種類(lèi)型而容量不同的水杯進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試當(dāng)加入的水的容量相同時(shí)，分別測(cè)試同時(shí)距離水杯10cm或20cm或30cm或40cm時(shí)人眼感知的燈的亮度，進(jìn)行數(shù)據(jù)的比較，從而得出最佳杯型。

3）第三組，在原有實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，在原來(lái)的水杯口的上方覆蓋一層錫箔紙，然后分別測(cè)試同一高度、不同距離時(shí)人眼感知燈的亮度x，從而得出是否要加錫箔紙。

經(jīng)實(shí)驗(yàn)篩選出人眼感知亮度范圍在300～ 7001ux的數(shù)據(jù)，見(jiàn)表3。

3.4 產(chǎn)品設(shè)計(jì)

經(jīng)上述數(shù)據(jù)篩選得出：當(dāng)水杯距離人看書(shū)為10cm時(shí)光線(xiàn)較適合，同時(shí)當(dāng)水杯加上錫紙時(shí)光照強(qiáng)度較大;對(duì)于水杯的杯型得出兩種：（1）雙層水杯容量為350ml：當(dāng)水杯內(nèi)水位為300ml和200ml時(shí)，無(wú)論是底部、中部還是頂部，光照強(qiáng)度都是在人看書(shū)時(shí)最佳亮度范圍之內(nèi);（2）矮圓杯容量為250ml，當(dāng)水位為150ml和200ml時(shí)，無(wú)論是底部、中部還是頂部，光照強(qiáng)度都是在人看書(shū)時(shí)最佳亮度范圍之內(nèi)。然而，由于矮圓杯容量較小，且體型過(guò)小，因此，選用容量為350ml的雙層杯最佳。

3.5 產(chǎn)品特點(diǎn)

創(chuàng)意重力感應(yīng)燈集美觀性與實(shí)用性于一體，將其應(yīng)用到現(xiàn)代生活中既具有裝飾性，又起到照明的作用。

（1）利用壓力傳感器的原理，賦予燈泡開(kāi)關(guān)的功能，同時(shí)也節(jié)省了實(shí)際的開(kāi)關(guān)空間;（2）以水為介質(zhì)，光線(xiàn)通過(guò)水傳遞到空氣中，從而起到照明的作用;（3）采用凹槽式以供水杯放置，并起到固定水杯的作用;（4）整體外形設(shè)計(jì)簡(jiǎn)約而無(wú)多余的墜飾，深受大眾消費(fèi)者的喜愛(ài)。

4 總結(jié)

采用凹槽式、重力感應(yīng)是一種新型控制方式，不僅可以提高桌面的利用率，而且更加實(shí)用，同時(shí)采用的LED燈也很節(jié)能。

目前市場(chǎng)上還未見(jiàn)過(guò)利用重力來(lái)使燈亮同時(shí)使杯體發(fā)光達(dá)到照明效果。而本實(shí)用型發(fā)明不僅解決了照明問(wèn)題，而且也解決桌面空間擁擠的問(wèn)題，提高了桌面利用率，不會(huì)像傳統(tǒng)燈具一樣占用桌面。而將光源嵌入桌面從而將光源“隱藏”起來(lái)，體現(xiàn)了簡(jiǎn)約的理念，不會(huì)造成視覺(jué)負(fù)擔(dān)。

通過(guò)水的方式改變照明的方向以達(dá)到從下面打燈也可以輻射到周?chē)男Ч?。改變了傳統(tǒng)的照明方式，更加方便了人們的生活，有效地節(jié)省了空間，同時(shí)也降低了水杯在桌面被潑倒的概率。

在圖書(shū)館學(xué)習(xí)過(guò)程中，燈具不僅具有照明的功能，而且也要符合大眾審美，在學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程中起到了很好的輔助作用，而不是一種障礙。隨著時(shí)代的發(fā)展，傳統(tǒng)的照明管理方式已不能滿(mǎn)足現(xiàn)代圖書(shū)館對(duì)照明控制、節(jié)能、便捷的多元化需求，因此，通過(guò)改變傳統(tǒng)照明系統(tǒng)開(kāi)關(guān)方式以及光的傳播方式，可謂是一種進(jìn)步。重力感應(yīng)燈具設(shè)計(jì)一方面使得圖書(shū)館燈具檔次有所提升，另一方面也有效降低生產(chǎn)成本，充分體現(xiàn)了該照明系統(tǒng)在圖書(shū)館應(yīng)用上的便利性與節(jié)能性。

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