大学生研究性与创新性项目智能调光型多功能LED台灯的设计2.docx
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大学生研究性与创新性项目智能调光型多功能LED台灯的设计2.docx
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大学生研究性与创新性项目智能调光型多功能LED台灯的设计2
编号
大学生研究性与创新性项目
申报·评审表
项目名称:
智能调光型多功能LED台灯的设计
主持人:
彭丹
院(系):
通信与电子工程学院
指导教师:
周来秀
填报日期:
2012年4月24日
湖南城市学院教务处制
一、大体信息
项目名称
智能调光型多功能LED台灯的设计
主持人姓名
彭丹
性别
女
入学时间
2010年09月
学号
1012502-44
专业
电子科学与技术
学校住址
湖南城市学院新校区
联系电话
指导老师
姓名
院(系)
职称(学历)
研究专长
主要科研成果
周来秀
通信与电子工程学院
讲师(硕士研究生)
电子信息
无线传感器网络
主持湖南省教育厅科研项目、市科技局科研项目、校级科研项目和校级教改项目各1项;参与省级、市厅级、校级科研项目共6项;发表论文10篇。
主
要
参
加
者
姓名
性别
年级
院(系)
专业
项目分工
彭丹
女
2010级
通信与电子工程学院
电子科学与技术
资料收集、整理
李锋
女
2010级
通信与电子工程学院
电子科学与技术
电路设计
卜程
男
2010级
通信与电子工程学院
电子科学与技术
硬件成品、仿真调试
肖会芳
女
2010级
通信与电子工程学院
电子科学与技术
外围电路设计
预期成果形式(可多选)
A、专著□B、论文(集)□C、研究报告
D、工具书□
E、科技发明□F、电脑软件□G、其它
预计完成时间
2013年5月12日
二、项目论证
1、本项目的学术价值和实践意义
随着现代社会科技的不断发展,许许多多的电子电器逐渐步入到我们的生活中,LED灯也成为整个照明行业的焦点。
LED照明技术成为继白炽灯、荧光灯之后的第三代照明光源。
LED灯作为台灯光源,具有低功耗、节能、环保等优点。
但LED的高亮度给长时间工作于台灯下的人们带来视觉疲劳,对人体的眼睛造成伤害。
本项目采用PWM可调光技术实现对光强度的控制以达到最适合亮度状态。
同时为了方便人们的需求,本项目还将其他功能集于一体,如万年历的使用,对手机的供电。
这不仅节省空间,为人们提供舒适的环境,同时还能解决在断电情况下,给手机供电的问题。
LED台灯的研究具有较高的学术价值。
一方面,能带动电子自动控制技术、传感器知识领域,FPGA外围电路开发等前沿科学的更深研究和学习;另一方面,可以推动基于单片机为核心的控制电路的研究,以及以FPGA作为外围数据采集的这种设计思路的推广。
它是现代电子技术的一种,采用了许多现代高新技术的研究成果,可以作为电子设备集成控制研究的一个开端,对现代设备的集成控制研究能起到抛砖引玉的作用。
对电子教学思路的散发性思维培养和设计思路的学习能起到积极地推动作用,对电子行业将产生较深远的影响。
LED台灯的研究具有深远的实践意义,可以解决现实生活中的实际问题。
目前针对于台灯领域发展迅速,尤其是LED技术的兴起,现在市场上很多台灯采用人为触摸式调光,此技术调光范围有限,同时所调光的强度并不是人眼最适宜亮度,而本项目的研究则是采用单片机控制,通过利用传感器技术对外界光强度数据采集分析,并与人眼最适合的光强值对比,并采用PWM脉冲宽度调光技术实现调光。
这样能够根据外界环境的光强度,LED台灯自动做出相应的调整,不仅达到节能目的,还实现自动化、智能化。
为了满足人们的需求,本项目还集合多种功能于一身,万年历实现时间显示,闹钟报警等功能,这给许多学习、工作的人带来方便。
同时台灯内部设置蓄电池能够为手机供电,在断电情况下解决应急需求。
同时为了适应社会的需求,LED台灯做到了低功耗、节能、环保的特点。
2、国内外同类项目的研究现状
台灯灯具从最早的白炽灯泡,发展到荧光灯管,到后来的节能灯、卤素灯、卤钨灯,气体放电电灯LED特殊材料的照明,所有的台灯大多在这些光源发展下面发展,台灯从只是当照明的光源,到集各种功能于一身,台灯电源从只可在220V交流电下工作,到以锂蓄电池为电源,离开220V也可工作,台灯开关从最平常的开关,到触摸式开关,调节台灯光源亮度从控制灯泡的个数到运用各种调光技术调光,现在最新技术有可控硅调光和PWM调光。
目前市场上最多的是通过灯泡的数量来控制光的强度,但此类台灯调节的光照强度就几种,无法随时得到人眼最适光照强度,让人在高亮度下学习工作,严重影响人的视力。
市场上的调光技术也有几种如:
正向电流调光、可控硅调光。
2.1正向电流调光
LED的亮度几乎是和它的驱动电流直接成正比关系,因此,只需要通过改变电流大小就可以调光,主要是通过改变与LED串联的电阻。
缺点:
①调电流会产生使恒流源无法工作,当把电流调得很低时,LED的正向电压也会随之下降,造成负载电压小于电源电压,如果电路采取升压型恒流源,是不允许出现此现象的。
②长时间工作于低亮度有可能使降压型恒流源降低温升增高而无法工作。
③调节正向电流无法达到精确调光,正向电流和光输出并不是完全正比关系。
2.2可控硅对LED调光
缺点:
可控硅破坏了正弦波形,从而加大了谐波系数。
同时,会产生比较严重的干扰信号。
更为严重的,输入端的LC滤波会使可控硅产生振荡,这种振荡对于白炽灯影响不大,而对于LED的驱动电源就会产生音频噪声和闪烁,这与本设计最适合光强度理念背道而驰。
2.3脉冲宽度调制(PWM)方式
它是把每一脉冲的宽度均相等的脉冲列作为PWM波,通过改变脉冲列的周期可以调频,改变脉冲的宽度或占空比可以调压,采用适当控制方法即可使电压与频率协调变化。
通过人眼不易察觉的频率快速开关LED,给人一种LED总是亮的假象。
开关时间比率决定了流过LED的平均电流,从而决定了LED台灯的亮度。
优点:
具有极高的调光精确度,由于脉冲波形完全可以控制到很高的精度,很容易实现万分之一的精度。
可以与数字控制技术相结合,实现整个电路自动化、智能化。
即使在很宽范围内调光,也不会出现闪烁现象,同时也不会出现过热问题。
根据外界光的强度,通过光电二极管收集外界光。
鉴于此,本项目采取第三种方案研究一种基于AT89C52的智能调光型多功能LED台灯,该台灯利用传感器采集外界光的强度,通过PWM调光技术来自动调节台灯光的强度。
3、本项目主要研究的问题
⑴光强度的采集:
采用哪种传感器能够使感应的外界光强度的大小高效准确,即解决目前光强度采样系统存在精度不高的问题。
⑵光照强度参考值选取问题:
如何选取光强度参考值的范围,即LED灯的亮度随外界环境越来越暗而增强,但当外界光线强度降低到一定值后,LED灯的亮度不随之变化。
也就是让光强在人眼舒适范围之内。
⑶光强度的精确控制:
采用哪种元器件来控制LED的驱动,同时使之不出现闪光现象。
(1)蓄电池的蓄能:
选取多大容量的蓄电池能达到给手机供电的要求,并满足台灯在断电的情况下能提供稳定的电量。
⑷太阳能电池板的转化效率问题。
4、4、本项目的创新之处
4.1充分利用了LED的优点
⑴节能:
能耗低、效率高。
⑵绿色环保:
LED光源无紫外线、红外线和热辐射。
⑶保健护眼:
采用低压恒流供电,无频闪、无眩光、亮度均匀、视觉效果好。
4.2自动化调节LED的亮度
通过实验找到适合人眼的光强度,并将设置为参考值。
本实验主要利用传感技术采集外界光强度,并与所设置的光强度参考值进行对比、分析,通过单片机的控制,实现自动化、智能化的功能。
⑴效果:
LED灯的光强度会根据外界的亮暗情况适当调整,以达到最适合人眼的状态,当外界暗到一定程度时,LED的光强度不再增加成为稳定状态。
⑵目的:
为了防止光强度太强,伤害人的眼睛。
4.3多功能的集合
台灯可由USB接口直接供电,同时还可对外提供直流电压,供手机充电,提供断电情况下应急方便。
电子钟、万年历的结合使LED台灯功能齐全,这不仅节省空间,提供方便,还为用户创造舒适的环境。
4.4太阳能电源扩展功能
为了充分利用能源,采用太阳能给LED提供电源。
5、研究方法
通过文献综述和调查的方法研究光电传感器件的原理和各种器件性能参数;
通过文献综述的方法对自动调光电路以及多功能结合电路进行研究,通过实验与仿真的方法设计自动调光和其它功能结合的方法;
利用Protel、Multisim、等专业工具对方案进行编程、模拟、仿真和功能分析,实现电子设计的自动化过程;
⑷通过数学推导、实验与仿真的方法研究改进各种电路对调控光强度的影响。
6、整体方案
本项目利用传感技术、PWM调光技术、单片控制技术实现智能调光型多功能LED台灯的设计。
本项目分两大模块:
自动调光模块和多功能集合模块。
⑴自动调光模块:
通过A/D转换芯片不断检验光敏电阻的电压来间接测量感应光度,将电压和预设的阈值进行对比,再利用单片机调整PWM的占空比对LED的电流进行控制。
⑵多功能集合模块:
利用AT89C52芯片来控制时间显示和闹钟设置。
当外界处于断电状态时,利用蓄电池的储能作用,使台灯能对手机供电。
本项目整体方案如图1所示。
图1智能可调光型多功能LED台灯原理图
7、系统软件设计
自动调光软件设计
自动调光软件设计如图2所示。
图2LED台灯自动调光软件设计
万年历模块程序设计
7.2.1设置时间程序流程图(Int0中断)
设置时间程序流程图如图3所示。
Y
N
图3LED台灯时间显示设置
.2修改时间程序流程图(Int1中断)
修改时间程序流程图如图4所示。
Y
N
图4LED台灯时间修改设置
按键扫描程序流程图
按键扫描程序流程图如图5所示。
。
YN
YN
NY
图5LED台灯按键扫描设置
闹钟程序流程图
闹钟程序流程图如图6所示。
N
Y
N
Y
图6LED台灯闹钟设置
8、项目的进度安排
资料收集和学习2012年5月12日-2012年7月11日
电路设计和规划2012年7月12日-2012年9月11日
外围电路的设计2012年9月12日-2012年11月11日
控制单元的设计2012年11月12日-2013年1月11日
仿真调试2013年1月12日-2013年3月11日
硬件成品2013年3月12日-2013年5月12日
三、项目完成的条件和保障
1、成员简介
⑴项目主持人简介
彭丹模电数电知识掌握牢固,能将所学内容灵活运用于实践当中。
懂得Protel、Multisim等软件的应用,有较深厚的硬件电路设计基础和扎实的软件功底,可以单独或者团队进行电路设计;善于钻研问题,具有较强的团队意识。
⑵团队成员简介
李锋熟悉电路描述,熟悉单片机C语言及汇编语言,能熟练地进行电路的描述和程序流程的分析、完成整体程序布局和具体分支程序的设计。
有较深厚的硬件电路设计基础和扎实的软件功底,可以单独或者团队进行电路设计和开发。
卜程擅长电路仿真和电路描述,熟悉外围电路和多种语言程序的设计,熟悉程序设计并能实现多种语言混编,对模块化电路的整合能起到积极作用。
肖会芳熟悉C语言和汇编语言等编程语言和单片机原理,对Multisim,Protel等软件运用熟练。
有较深厚的硬件电路设计基础和和扎实的软件功底。
学习了《电路分析》,《模拟电子技术》和《数字电子技术》等理论知识,具备了一定的设计电路能力。
2、可行性分析
⑴
- 配套讲稿:
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- 关 键 词:
- 大学生 研究 创新 项目 智能 调光 多功能 LED 台灯 设计