智能台灯控制系统设计

卢日升++杨静娴

摘 要：针对传统的台灯亮度调节不便，忘记关灯时长时间亮灯浪费电能等缺点，提出了智能LED台灯控制系统的设计。系统以微处理器为核心，利用红外热释传感器检测人体信号，光敏电阻感应环境亮度并进行模数转换。微处理器根据数字化的人体信号和亮度信号，采用PWM技术控制LED的工作状态，实现了台灯的亮度自动调节功能和节能控制功能，具有性价比高、推广应用价值大的特点。

关键词：人体感应 光敏电阻 LED台灯 智能控制

中图分类号：TM923.44 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）02（a）-0085-02

Abstract： Due to the inconvenience of the traditional lamp light brightness control and the waste of electricity because of forgetting to turn off the lights， we put forward the design of the control system of intelligent LED desk lamp. The system which is based on the core of microprocessor， uses the infrared pyroelectric sensor to detect the human boby signal and uses the photosensitive resistance to induce environment brightness. Based on the digital human boby signals and brightness， the microprocessor uses the PWM to control LED working condition. Hence the system can implement the functions which are the brightness of the lamp automatic adjustment and energy-saving control. This system also is highly cost effective， and possessed of popularization and application value.

Key Words： Human body induction； Photosensitive resistance； LED lamp； Intelligent control

臺灯是人们学习生活的重要工具。目前，我们所用的台灯，很多是白炽灯，发光效率低，电能的很大部分转化为热能而产生能量浪费。近几年，也有节能型的LED灯，但需要手动调节控制亮度[1]。在学习过程中，由于环境亮度的差异，对台灯的亮度需求也是不一样的。而且，在学习过程中，临时离开，如果忘记关灯，同样浪费电能。因此，该文探究了一种智能LED台灯的设计方案，可以根据环境亮度自动调整灯光功率。通过红外热释传感器，检测人体。只有在有人靠近时，台灯才驱动智能控制。如果使用过程中，人临时离开，超过预设的时间没有回来，就会自动关灯。

1 设计原理

智能台灯的电路图如图1所示。主要由红外热释人体感应器U2、光敏电阻R1、模数转换器U1、微处理器U3、LED及其功率推动管Q1等元器件构成[1-3]。

人体红外感应模块采用HC-SR501，该模块是基于红外线技术的自动控制模块。具有灵敏度高、可靠性强、超低电压工作模式等特点。工作时，U2的VO脚输出高电平代表有人靠近台灯，而低电平表示无人靠近。环境亮度检测由光敏电阻R1来实现。R1的电阻值越环境亮度成反比。R1与R2串联分压，输出电压到模数转换器U1。亮环境时，R1的电阻小，串联电路输出的电压大，模数转换后的数字量值也大。暗环境时，R1的电阻大，串联电路输出的电压小，模数转换后的数字量值也就变小。因此，微处理器根据U1输出的数字量感知环境的亮度变化。

微处理器U3根据人体感应和光感应的结果，从P14输出控制信号，控制LED的亮和灭。P14输出为高电平时，三极管Q1截止，LED台灯熄灭；低电平时，三极管导通，LED台灯亮。

台灯的亮度调节采用脉冲宽度调制（PWM）技术，原理如图2所示。高电平和低电平构成一个控制周期T，高电平持续时间D与周期T比值就是PWM的占空比。高电平的持续时间D，就是LED灯熄灭的时间，可见，PWM值越大，LED灯的亮度越小。PWM为100%时，灯完全熄灭，而0%时LED灯的亮度越大。在该设计中，周期T设置为10 ms，光亮度的刷新率达到了100 Hz，比电视机的屏幕刷新率高2倍。可以有效地保护眼睛不受调光闪烁的影响。

2 程序设计流程

程序设计是实现台灯智能控制的关键。软件程序主要由台灯亮度计算和PWM信号输出两个模块程序组成。如图3所示，台灯的亮度计算由主程序实现。系统上电后，进行初始化，然后是台灯的手动、自动控制选择。自动控制时，判断并记录是否有认靠近。有人靠近时，采集环境光强度信号，并计算出相应的PWM值。定时中断程序，通过记录中断的次数来判断控制时间的长短。无人靠近时，一旦达到预设的时间，就关闭灯光。有人靠近时，根据主程序计算好的PWM值，控制LED灯光亮度[2-3]。

3 结语

智能台灯的硬件电路主要采用模块化电路搭建而成。软件程序设计，主要采用IF-ELSE逻辑语句实现。智能LED台灯经过调试，能够实现人体感应、环境光检测和亮度智能控制功能，达到了设计的目标。具有软硬件设计简单、成本低、智能化强度高的特点。

参考文献

[1] 成风敏.智能LED台灯的设计与实现[J].唐山学院学报，2015，5（3）：34-35.

[2] 张园，尚秀妮，魏红陶，等.基于单片机的幼儿智能台灯设计[J].科教导刊，2016（6）：67-68.

[3] 金衡，邓松坤，宛铮，等.LED智能多功能台灯[J].科技视界，2012，4（11）：36-37.