东莞理工学院城市学院设计报告课程名称：PROE课程作品设计题目：LED简易节能触屏台灯专业班级：11机电一班学生姓名：伦炳坤学生学号：201843601128日期：2018年6月15日指导教师：殷素峰具体设计任务如下：目录摘要 (2)1 绪论 (2)1.1系统设计的目的 (3)1.2LED智能台灯特性 (3)1.3 系统设计的内容 (5)2 系统的可行性分析 (6)3 系统硬件电路设计 (7)3.1 电源模块 (7)3.1.1 LED光源驱动电路 (8)3.1.2 元器件选择 (8)3.1.3 LED光源的设计……………………………………..………………………….…… .103.2 单片机外围电路模块 (12)3.2.1单片机总控制电路 (12)3.2.2 STC89C52具体介绍 (12)3.3 手动调节光强模块 (13)4 LED简易节能触屏台灯外观 (14)4.1 灯罩和支杆采用进口铝合金 (14)4.2 四脚底座 (15)4.3.1 简易折叠 (15)4.3.2 灯罩旋转 (17)4.4 智能面板触摸滑动调光 (17)5总结 (18)参考文献 (18)摘要本工程针对台灯的节电和使用的方便性进行创新设计与研究，以单片机为核心，综合运用热释电红外、光检测等技术，设计制作出智能型多功能LED台灯。
该台灯具有触屏开、关，多级调光等功能，实现对台灯用电情况和亮度调节的智能控制。
而对光源的选取，我们选用了5mm的草帽型LED作为光源。
LED发光器件是冷光源，光效高，工作电压低，而且能耗低，可控制好、无辐射。
LED寿命可达10万小时，是荧光灯的10倍，白炽灯的100倍。
随着能源紧缺、电价越来越高、环保要求及LED的光效的提高，用LED替代现在台灯普遍使用的白炽灯或荧光灯，环保无污染。
关键词：简易节能台灯；LED驱动；PWM调光；触屏开关1绪论1.1 系统设计的目的台灯已是千家万户的必需生活电器，经常由于忘记关灯而造成巨大的能源浪费。
在我国,照明耗电占年发电总量的12% (超过100亿kW•h> 。
现在的台灯绝大部分是采用普通的白炽灯、荧光灯、节能灯和螺旋节能灯 ,并且控制方式多采用手动开关,不能连续调节，更不能自动调节。
随着能源紧缺、电价越来越高、环保要求及LED的光效的提高,用LED替代现在台灯普遍使用的白炽灯或荧光灯，环保无污染。
另外，LED的光谱几乎全部集中于可见光频段,其发光效率可达80～90%，并且传统的台灯中的光源体使用的是交流电，所以每秒钟会产生100－120次的频闪。
LED灯是把交流电直接转换为直流电，不会产生闪烁现象，保护眼睛，可以获得“柔和”的灯光环境。
现在中国约30%的人有不同程度的视力问题，其中近视是主要问题，近年来，我国的近视率已上升为全球第二，仅次于日本，但近视的总人数确是全球第一。
引起近视的主要原因是用眼不健康，如用连续用眼时间过长，看书，学习时的坐姿不正确等。
现在的普通台灯90%的供电系统是用交流电经变压后直接供电，在用电高峰期时使用会增加供电系统的负担，并且停电时不能工作，移动使用性较差。
太阳能是新型的绿色能源，但普及率还不高。
因此，我们提出LED简易节能触屏台灯方案。
1.2 LED智能台灯功能和指标1、低功耗LED光源：本系统采用24个5mm草帽型LED作为光源，最高功率为10W。
而市场上多数台灯的光源功率一般都在50W以上。
2、超长寿命光源：半导体芯片发光，无灯丝、无玻璃泡、不怕震动、不易破碎、使用寿命可达10万小时远远超过普通光源寿命。
3、健康光源：光源发出的光线多集中在可见光区域，光线中含紫外线和红外线少，产生辐射少。
而且以直流供电，没有普通光源因为交流电引起的频闪。
4、触屏感应开关：台灯的底座有一共有9个梯度的触摸按钮。
其中，中间的为关闭按钮，如果我们想打开左边或者右边的灯，只有用手指一直沿着这触摸按钮移动过去，灯就会越来越亮，越往后，灯就会越亮，这样就能调节台灯的亮度了，而且可以分开来调节左右两边的亮度。
5、多级PWM调光：根据自身需求，可通过点触式按键实现光源强度的多级调节。
6、指标：工作电压：220V市电工作电流：60mA~100mA最大功率：10W感应距离：3~7m感应延时：15~300s工作环境温度：0~70℃<单片机工作温度范围）外形尺寸：180mm*400mm*330mm1.3 系统设计的内容本LED智能台灯系统主要包括以下四个模块：<1）LED光源驱动模块利用变压器将220V的交流电转化成12V的交流电源，并使用全桥和电容对其进行整流滤波，使其相对稳定在15V左右。
然后使用PT4115电源驱动芯片将其转换成稳定的恒流源。
<2）单片机外围电路模块利用STC89C52单片机实现对PWM调光。
其包括单片机电源电路部分，外围晶振部分、复位电路部分以及串口部分。
串口可以实现对系统程序的实时升级及修改。
<3）触屏感应模块智能面板，触摸滑动调光。
<4）LED贴片在功率更小的情况下提供更强的照度。
本台灯能在7W功率的工作环境下提供照度能达950lux的照度。
（5）LED面光源LED面光源，采用导光板和镜面反射。
能恒定直流供电。
源源不断的稳定光源，无频闪，不刺激眼球。
而且更能做到节约能源，防止光源向其他方向照射。
（6）铝合金灯罩因为LED台灯会产生大量的热，使温度上升，会减少台灯的寿命。
我们采用铝合金打造的灯罩，能有卓越的散热效果，美观实用性和抗强压。
2 系统的可行性分析2.1系统设计的意义：LED作为一种新型光源，具有高效节能、绿色环保、使用寿命长等其他光源无法比拟的优点，代表着未来照明技术的发展方向。
本文设计了一种以STC89C52 单片机为核心的家用多功能白光LED台灯系统，采用PT4115LED恒流驱动方案，可实现对LED台灯的PWM多级调光控制；同时，系统兼有人体红外感应功能，能自动开关光源。
本文详细给出系统的硬件与软件设计过程。
实验证明，该多功能LED台灯稳定高效，功能丰富，能够满足家庭实际应用的要求。
2.2系统功能设计可行性分析：LED被认为是21世纪的照明光源。
LED发光器件是冷光源，光效高，工作电压低，而且能耗低，可控制好、无辐射，同样亮度下，LED能耗为白炽灯的10％，荧光灯的50％。
LED寿命可达10万小时，是荧光灯的10倍，白炽灯的100倍。
随着能源紧缺、电价越来越高、环保要求及LED的光效的提高,用LED替代现在台灯普遍使用的白炽灯或荧光灯，环保无污染。
另外，LED的光谱几乎全部集中于可见光频段,其发光效率可达80～90%，并且传统的台灯中的光源体使用的是交流电，所以每秒钟会产生100－120次的频闪。
LED灯是把交流电直接转换为直流电，不会产生闪烁现象，保护眼睛，可以获得“柔和”的灯光环境。
现在的普通台灯90%的供电系统是用交流电经变压后直接供电，在用电高峰期时使用会增加供电系统的负担，并且停电时不能工作，移动使用性较差。
太阳能是新型的绿色能源，但普及率还不高。
传统的大功率的台灯体积比较大，在一个小小的书桌上占的位置比较大，而且也比较中，不方便移动。
而且台灯的光源照射方向和高度也是固定的，不能调节的，这样会带来许许多多的不便之处，而且还很容易减低学习效率和伤害眼睛。
因此，我们提出简易节能触屏LED台灯方案。
3 系统硬件电路设计3.1 电源模块3.1.1 LED光源驱动电路LED光源的驱动电路就是把220V交流市电变换成稳定的恒流源，电路的设计本着删繁就简、节省成本的原则，应该从能完成这个电路设计要求的众多LED驱动芯片中选择集成度高、性能较好、应用电路简单、价格较平的性价比有优势的PT4115芯片。
因此选择驱动电路外围器件少的驱动芯片是生产成本的首要考量。
图3-1 PT4115 LED光源驱动电路图3-2 PT4115 芯片实物图通过 PT4115芯片上的DIM 端，可以方便的进行模拟或PWM调光。
由于模拟调光是直接改变流过LED电流的大小来实现亮度调节，除了亮度会改变以外，也会影响白光的质量，即不同电流下发出的白光存在色偏。
因此，本设计采用PWM调光方案，PWM调光的基本原理是保持LED正向导通电流恒定，而通过控制电流导通和关断的时间比例，即改变输入脉冲信号的占空比，使LED产生亮暗变化；并利用人眼的视觉残留效应，当LED亮暗变化频率大于120Hz时，人眼就不会感觉到闪烁，而看到是LED的平均亮度。
PWM调光的优势是LED正向导通的电流是恒定的，LED的色度就不会像模拟调光时产生变化。
PT4115 恒流驱动输出的电流值计算公式为： (D为方波信号占空比，为限流电阻>.本设计LED光源采用30只小功率白光LED灯珠并联方式，且每只LED灯珠额定电流为20mA，则PT4115恒流驱动输出最大电流应为120mA ，因此选取0.25Ω电阻。
L1为镇流电感，选取68μH，用于稳定通过LED的电流。
D1是续流二极管，当芯片內部MOS管截止状态时为储存在电感L1中的电流提供放电回路；由于工作在高频状态，D1选用正向压降小且恢复速度快的肖特基二极管SS24。
3.1.2 元器件选择表3-1 关键元器件的选择，比如要输出PT4115用于小功率白光LED光源驱动方案时只需四个零件，Cin是输入滤波电容，Rs设定流过LED的电流，；L是续流电感，D5是续流二极管。
因适配器已提供12V的直流电压，原图为交流电压输入整流用的桥式整流器D1～D4可省略。
虽然零件少了，但对零件的要求更高，设计时需按要求选用，才能使电路进入良好的工作状态。
PT4115的开关频率采用抖频技术有效降低EMI<Electromagnetic Interference），省略了抗EMI电路。
LED光源驱动芯片的恒流精度对于LED灯具生产厂家而言是至关重要的，目前LED光源驱动IC的恒流精度批量生产时都会有一定的离散性，LED灯具生产厂家在批量生产调试时，同样的电源、同样的LED光源负载、同样的恒流源电源板，因同一型号的不同驱动IC其恒流精度的个性差异会导致恒流源电源板输出电流产生一定的公差，使同一LED光源负载的发光亮度有所不同，这就会增加恒流源电源板大批量生产时在线调试的时间，影响生产力。
因此，恒流源电源板生产厂家应选用恒流精度高的驱动IC，恒流精度至少要小于±3%，如是±1%更理想，但其价格会高于±3%的产品。
<1）电感的选择：PT4115的设计最佳工作频率在1MHz以下，电感量的大小会影响其工作频率，本方案的电感设计在68uH以上，这样系统工作频率可以控制到1MHz以下。
电感量小了，工作频率趋高，由于PT4115内部电流检测电路响应速度限制，对内部电流正常检测出现影响，不能更好地实现对内部开关的导通/关断控制。