DIY創(chuàng)意家庭：實(shí)現(xiàn)LED臺(tái)燈的智能化，提供軟硬件解決方案的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)

一、設(shè)計(jì)摘要

按需照明一直是照明科技領(lǐng)域最求的最佳形式。在臺(tái)燈為千萬(wàn)人的生活帶來(lái)便利的同時(shí)，相應(yīng)問(wèn)題也一一出現(xiàn)，如不離開(kāi)時(shí)忘記關(guān)燈、燈光亮度不可調(diào)等，這些都導(dǎo)致了嚴(yán)重的電能浪費(fèi)。而此時(shí)，LED綠色照明理念正以一種前所未有的趨勢(shì)席卷全球。在這種背景下，基于微控制器和環(huán)境光線(xiàn)傳感器的全自動(dòng)控制LED照明臺(tái)燈應(yīng)運(yùn)而生。本臺(tái)燈以CYPRESS PSoC3為控制核心，輸出PWM信號(hào)控制LED驅(qū)動(dòng)器控制和調(diào)節(jié)LED臺(tái)燈，通過(guò)光線(xiàn)傳感器采集的環(huán)境光線(xiàn)強(qiáng)度和利用超聲波測(cè)得的用戶(hù)使用距離綜合決定PWM波的占空比，從而實(shí)現(xiàn)了智能控制LED臺(tái)燈的亮度以及臺(tái)燈開(kāi)啟熄滅的功能。

本設(shè)計(jì)最終實(shí)現(xiàn)了人走燈滅和智能LED照明亮度調(diào)節(jié)兩大功能，從而實(shí)現(xiàn)了按需照明的理念，達(dá)到經(jīng)濟(jì)節(jié)能、環(huán)保綠色無(wú)污染的目的。本設(shè)計(jì)最終完成的作品完全到達(dá)市場(chǎng)應(yīng)用需求，必將有助于推動(dòng)當(dāng)前所全球倡導(dǎo)的“綠色、低碳、智能生活”理念。

二、創(chuàng)新點(diǎn)

人走燈滅

作為本設(shè)計(jì)的智能控制之一，實(shí)現(xiàn)了“人走燈滅”的功能，這是本設(shè)計(jì)的兩大創(chuàng)新點(diǎn)之一。這就為那些擁有不良使用臺(tái)燈習(xí)慣的用戶(hù)解決了一個(gè)很大的問(wèn)題。即使他們離開(kāi)時(shí)忘記關(guān)燈，本臺(tái)燈也會(huì)智能識(shí)別，然后自動(dòng)將LED亮度調(diào)到最低，進(jìn)入睡眠低功耗模式，達(dá)到了節(jié)能的目的。

根據(jù)環(huán)境光線(xiàn)強(qiáng)弱自動(dòng)調(diào)節(jié)LED亮度

能夠在維持用戶(hù)視野內(nèi)光線(xiàn)強(qiáng)度穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，根據(jù)環(huán)境的光線(xiàn)強(qiáng)弱來(lái)智能的改變LED自身的發(fā)光強(qiáng)度：當(dāng)外界環(huán)境光線(xiàn)強(qiáng)時(shí)，減弱LED亮度，達(dá)到進(jìn)一步節(jié)能的目的；當(dāng)外界環(huán)境光線(xiàn)弱時(shí)，自動(dòng)增加LED發(fā)光強(qiáng)度，保持用戶(hù)使用視野的光強(qiáng)恒定，保障用戶(hù)正常學(xué)習(xí)工作。這又是本設(shè)計(jì)的另一個(gè)重大創(chuàng)新點(diǎn)。

另外，本臺(tái)燈的用戶(hù)使用視野光強(qiáng)和自動(dòng)開(kāi)啟/關(guān)閉距離均可通過(guò)按鍵進(jìn)行設(shè)置，設(shè)置的具體光強(qiáng)和臺(tái)燈使用距離均在1602的LCD屏上實(shí)時(shí)顯示，從而使本臺(tái)燈的設(shè)計(jì)和使用更加人性化。

三、系統(tǒng)框圖

整個(gè)設(shè)計(jì)由220V交流市電提供電源，經(jīng)AC/DC電源轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后得到5V/2A的LED臺(tái)燈供電和控制系統(tǒng)電壓，分別給LED驅(qū)動(dòng)電路和PSoC3以及各個(gè)傳感器供電。

PSoC3的ADC通過(guò)采集環(huán)境光線(xiàn)傳感器輸出得到環(huán)境光線(xiàn)強(qiáng)度，據(jù)此改變輸出的PWM信號(hào)占空比，PWM的輸出控制后級(jí)的LED驅(qū)動(dòng)器調(diào)節(jié)LED臺(tái)燈亮度；

另一方面，超聲波測(cè)距為MCU智能控制LED開(kāi)啟/關(guān)閉提供可靠依據(jù)（當(dāng)用戶(hù)距臺(tái)燈一定距離時(shí)，實(shí)現(xiàn)臺(tái)燈自動(dòng)開(kāi)啟/關(guān)閉，以進(jìn)一步加強(qiáng)節(jié)能效果）。

用戶(hù)設(shè)置模塊用于完成用戶(hù)對(duì)臺(tái)燈自動(dòng)開(kāi)啟/關(guān)閉距離和照明光強(qiáng)的自定義設(shè)置。

1602液晶顯示模塊用于實(shí)時(shí)顯示用戶(hù)自定義設(shè)置的LED臺(tái)燈亮度（光強(qiáng)）和用戶(hù)使用距離值，以便于人機(jī)交互設(shè)置信息。

整個(gè)智能LED臺(tái)燈系統(tǒng)框圖設(shè)計(jì)如下，詳細(xì)流程參見(jiàn)技術(shù)原理和流程圖部分。

圖一、系統(tǒng)框圖