裴育苗，翟浩磊，陳 沖，王 勇，秦宏偉，李瑞霞

(長治醫(yī)學院生物醫(yī)學工程系，山西 長治 046000)

現(xiàn)在市面上大部分的臺燈使用220V的交流電，以LED燈或白熾燈為發(fā)光源，用手動或觸摸開關來控制。這樣的臺燈雖然使用起來很方便，但同時也有一些弊端：在用電高峰期會由于電壓不穩(wěn)定而造成光源的閃動，耗電量和人工操作繁雜度也在困擾著廣大使用者[1]。我們的負離子多功能臺燈，以BISS0001和單片機組成紅外傳感控制電路，攜帶負離子發(fā)生器加電產生負離子，增加了有人時根據(jù)環(huán)境亮度自啟動、無人時自動關燈、糾正坐姿和倒計時功能，方便學習生活，且不會出現(xiàn)觸電現(xiàn)象，使用壽命長、沒有輻射、也不會造成污染。

1 負離子發(fā)生器[1]

在接通電源后，發(fā)生器輸入的交流電經保護電路處理后，經由脈沖電路限流，得到高壓電，經過處理后得到純凈的負壓，負壓連接到尖端，利用尖端直流高壓產生高電暈，制造并釋放電子，與空氣中的氧結合形成負氧離子。其特征在于：

1) 負離子的釋放裝置：在于制造并釋放負離子。

2) 電壓變換電路：負極的輸出與釋放裝置相連接，將輸入電壓轉換為工作電壓，釋放的電壓大于20 000 V。

3) 導電體：與上述電路正極輸出相連接，為環(huán)形或平面導電體。

4) 釋放束：在預電壓下產生并釋放負離子，釋放束內多個釋放金屬。

5) 導電桿：設置在固定基座上，釋放束和露點。

6) 釋放金屬絲：長度∈(1,3)cm，直徑∈(0.1,0.2)mm，其表面有碳納米薄膜。

2 系統(tǒng)組成及電路設計

本系統(tǒng)主要由傳感器、MCU、蜂鳴器、數(shù)碼管、按鍵和燈等組成，如圖1所示。以專門感應人體紅外信號的熱釋電紅外傳感器為基礎，以BISS0001信號處理電路，利用單片機進行處理，以達到便于控制的目的。

圖1 系統(tǒng)結構圖

2.1 信號檢測及處理部分[2]

信號的檢測與處理部分由三個傳感器組成,主要用來感知是否有人在。采用熱釋電紅外傳感器，該傳感器不會感應除人體以外的其他物體，在自動控制下，人離開30 s后，臺燈會自動關閉；光敏電阻是感知臺燈周圍的明暗；紅外測距傳感器用來測量人與臺燈的距離，當距離較近時，蜂鳴器會有相應的聲音警告。數(shù)碼管由4位1體共陽管，通過8550驅動構成。

在本設計中，探測器本身不發(fā)出能量，只接收自然界的能量或能量變化，依靠此來完成探測目的。它的特點是有人進入探測器的探測范圍內時，會引起紅外輻射的變化，從而產生信號報警。

熱釋電紅外傳感器只對波長為10μm左右的紅外輻射敏感，對人體以外的物體不會引發(fā)感應。探頭內部有熱釋電元件，而且兩個電極的方向相反，環(huán)境對熱釋元件有相同的作用，產生的釋電效應抵消，無信號輸出。當有人出現(xiàn)在探測范圍內時，人體紅外輻射聚焦，熱釋電元接收，由于熱釋電元收到的熱量不同，熱釋電不同，無法抵消，于是有檢測信號產生。BISS0001是數(shù)?；旌蠈Ｓ玫募呻娐罚車h(huán)境比較亮時，光敏電阻的阻值較小，會檢測到低電平，此時禁止傳感器信號，反之，周圍環(huán)境比較暗時，光敏電阻阻值較大，檢測到高電平，產生微弱的信號，經過信號放大濾波電路、延時電路，信號從2腳輸出。圖2是信號檢測和處理電路。

圖2 信號檢測及處理部分

2.2 燈光控制電路

圖3是燈光控制電路，LED并聯(lián)，負極接地，正極接在Q1的集電極，當IO口輸出高電平，Q2導通，Q1的基極被拉低，Q1導通，并聯(lián)的LED燈的正極接電源，燈亮；當IO口低電平時，Q2截止，Q1的基極被拉高，Q1截止，并聯(lián)的LED燈的正極不接電源，燈滅；當IO口變化很快時，通過PWM控制燈的亮度。

圖3 單片機燈光控制電路

2.3 測距傳感器[3]

一種集發(fā)射與接收于一體的光電傳感器。以光電元件作為檢測元件的。工作過程中，該傳感器首先將被測量的變化轉化為光信號的變化，然后再通過光電元件的作用，將光信號變化進一步轉化為電信號。本產品中使用的傳感器一般情況下輸出高電平，有物體進入檢測范圍內時，會輸出低電平，將信號傳輸給單片機后，會發(fā)生警告，以此來實現(xiàn)測距警告。

圖4 測距模塊電路圖

3 軟件程序設計

采用89C51單片機，該單片機的價格較低、功能強大、操作簡單使用量極高。用該單片機接收、處理信號，控制臺燈顯示、報警功能；蜂鳴器根據(jù)MCU發(fā)出的命令工作；燈由三極管驅動，通過IO口輸出脈沖，控制燈的亮度。圖5為芯片控制流程圖，圖6為按鍵控制流程圖。

圖5 芯片控制流程圖

圖6 按鍵控制流程圖

4 實驗結果與分析

本臺燈有自動和手動兩種控制模式。自動模式時，臺燈可以根據(jù)周圍環(huán)境的明亮程度與人是否到達感受器的感受范圍內，自動開啟、關閉光源。臺燈內設有人體紅外輻射傳感控制電路，當檢測到有人出現(xiàn)在感應范圍內時，會根據(jù)周圍環(huán)境的明暗程度判斷是否自啟動光源，而當人離開時則自動關燈；當坐姿不端正，過于接近桌面時，蜂鳴器會發(fā)出警告，矯正坐姿。除此之外，我們還在臺燈上增加了倒計時的功能，在使用者設定使用時間后，顯示器會進入倒計狀態(tài)，計時結束后，會發(fā)出提醒聲。

此外，臺燈上的負離子發(fā)生器，將輸入電流經過電路處理后，通過脈沖電路，實行限流，在通過一系列線路后最終在尖端放電，產生負離子，與空氣中的氧結合后形成負氧離子，給使用者帶來意想不到的護理輔療效果。

5 結束語

結合當下消費者的需求，負離子多功能臺燈在滿足傳統(tǒng)臺燈基本照明功能的前提下，增加了坐姿矯正、倒計時提醒、人走燈滅等功能。另外，還增加了負離子發(fā)生器，旨在改善消費者的學習、工作環(huán)境，提高工作效率。