[宝典]智能护眼台灯

[宝典]智能护眼台灯 2011-2012德州仪器C2000及MCU创新 项目报告 题 目: 智能护眼灯 学校: 江门职业技术学院 组别: 光敏组 应用类别: 低功耗应用类 平台: MSP430 参赛队成员名单: 梁永元 李瑜丰 题 目: 智能护眼台灯 摘要 本智能护眼灯以MSP430G2553为核心，完成护眼灯的照明，电源管理，环境采集和中央处理及控制功能。灯珠采用高亮白光LED，恒流驱动，无频闪,不伤害眼睛，保护视力。电源管理，由专用电源管理方案，管理系统充电和用电。环境采集，用光传感器采集光照强度，根据光照强度控制灯珠亮度，用人体热释红外检测人远近。 1. 引言 现在市场上常用的台灯使用的发光体为普通荧光管或LED，存在弊端， 灯光亮度不能随环境变化自动调节，致使光线过弱或过强，长时间使用会导 致眼疲劳，伤害人眼。即使是护眼台灯，但其调节灯亮度只能手动调节，且 其档位有限，给使用者带来不便。并且普通护眼灯及一般台灯的效率不高， 比较费电，即使使用节能灯管，还是不能掩饰其效率不理想的弊端。一般台 灯发光部分为单一灯管或数颗LED集中发光，投光后如有遮挡物比如写字 办公，手和笔不可避免的造成遮挡，形成暗影区，影响办公写字。 针对以上提出两点问题，急需设计一款集护眼、无影与高效为一体的护 眼台灯，填补市场空缺。 2. 系统方案 系统整体方框图如下: 电源供电 MSPG2553 环 境 采LED 集 部控 分 制 图2.1 系统方框图 ( 1 ) 环境采集用光敏电阻采集环境亮度，人距感应部分采用热释红外。 当人靠近台灯，产生信号给MCU控制器，打开台灯。光敏电阻采集当前亮 度值，根据使用者选择的模式作出调整。 ( 2 ) MCU控制亮度和环境采集采用闭环控制，具体算法用PID算法的增 量式模式。具体函数如下: typedef struct PID{ double SetPoint; //设定目标 double Proportion;//比例常数 double Integral; //积分常数 double Derivative;//微分常数 double LastError; //Error[-1] double PrevError; //Error[-2] double SumError; //Sums of Errors }PID; double PIDCalc(PID *pid, double NextPiont) { double dError, Error, rOUT; Error = pid->SetPoint - NextPiont; // 偏差 pid->SumError += Error; // 积分 dError = pid->LastError - pid->PrevError; //当前微分 pid->PrevError = pid->LastError; //Error[-2] =Error[-1] pid->LastError = Error; //Error[-1] = Error rOUT = pid->Proportion * Error + pid->Integral * pid->SumError + pid->Derivative * dError; 比例项 //积分项 //微分项// return (rOUT); } 3. 系统硬件设计 (1) 无影的实现: 无影灯原理参照手术无影灯通过多个光源实现无影效果的，手术无影灯 用来照明手术部位，以最佳地观察处于切口和体腔中不同深度的小的、对比 度低的物体。并能将色彩失真降到最低程度。此外，无影灯还要求在工作过 程中不散发出过量的热。手术无影灯如下: 图3.2 手术无影灯布局 本设计也采用多个光源实现无影效果，其特点是照度高，因为采用恒流驱动，使高亮灯能长时间工作，由于在设计中能充分散热，故不会发出过量的热量影响使用者的使用 。 (2) 光照采集: 采用可见光光敏电阻作为光照采集器件，其工作原理方框图如下图所以: PWM降低光照减小光照增加 电阻减小 电压减小 低加 低加 图3.3 光照采集原理方框图 (3)电源: 电源由变压器、整流桥、和滤波电路组成，再由开关电源器件LM2596构成，设计较简单，不再叙述。 4. 系统软件设计 系统图如下: 开始 无 待机 有 判断模式 自动模式 普通模式 读取等级值 采集环境亮度 读取等级值 读取等级值 PWMPWM产生相应PWM波 产生相应PWM波 与合理值比较 过亮 过暗 合适 PWMPWM不不 调调 整整 减减增增 少少加加 返回返回 图4.1 程序流程图 系统创新 1、 灯珠亮度自动可控，使台灯发出亮度与环境亮度之和保持一固定值，无 需人为频繁操作。 2、 多模式选择，不同情景用不同模式。 3、 灯盘设计模拟手术室用的无影灯，避免写字时手得遮挡引起照明度不足， 保护视力。 4、 环境探测，解决用户强光久照伤眼，弱光久视伤眼，用眼过度。突然离 开忘记关灯费电情况等各种情况。 5、 优秀的电池管理方案，更高效率，增长电池和灯珠寿命。 6、 自动调节亮度，更加有效利用电源，更加节能。 5. 评测与结论 (1) 作品整体效率测试: 测试仪器: 学生万用表 DT9205A 数字示波器: DS5102M 函数信号发生器:F10A 测试方法: 在变压器整流桥后接0.18欧姆的测试电阻测试输入电流，在输出 端接0.57欧姆的测试电阻测试输出电流，测试结构如下所示: 表一 效率测试结果 项目 输入电压 输入电流输出电压 输出电流 整体效率 占空比 (V) (A) (V) (A) 10% 18.05 0.010 11.97 0.012 70.0% 30% 18.05 0.056 14.35 0.057 70.2% 50% 18.05 0.097 15.00 0.096 72.1% 70% 18.05 0.154 15.48 0.133 73.7% 100% 18.05 0.501 17.74 0.378 74.1% 测试结果分析: 附录 附录1 护眼节能灯