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1、1光电一体化智能 LED 台灯设计说明书 设计者：张志鹏，李睿超，刘振刚指导教师：郑宏民（西北工业大学，动力与能源学院，西安，710129）摘要 通过实验设计的光电一体化智能 LED 台灯将太阳能转化为电能，对 LED 台灯进行供电，通过光传感器获取周围环境的光照强度，送给主控芯片分析，输出信号控制台灯的亮度，使用户的使用亮度在最适范围内，并根据用户的使用时间对用户进行视力疲劳音乐提醒。不仅有效的利用了新能源，节约电能，并能很好的保护使用者的视力。 “节能减排，低碳生活”已是世界发展的趋势，故本系统应用前景广阔，值得国家大力扶持推广。关键词 太阳能 智能 LED 节能减排作品内容简介1 研制背
2、景及意义能源是人类活动的物质基础。在某种意义上讲，人类社会的发展离不开优质能源的出现和先进能源技术的使用。在当今世界，能源的发展，能源和环境，是全世界、全人类共同关心的问题，也是我国社会经济发展的重要问题。国际能源机构（IEA）发布的2009 世界能源展望报告认为 2007 年到 2030 年，全球一次能源需求量会以每年 1.5%的速度增长，从 120 亿吨油当量增长到 168 亿吨油当量，总体增幅达 40%。由于世界能源的紧张现状，新能源将成为今后世界上的主要能源。太阳能逐渐走入我们寻常的生活。近视已经成为影响我国人民健康的重要问题。日前，据中国、美国、澳大利亚合作开展的防治儿童近视研究项目
3、前期调查显示我国人口近视发生率为 33，全国近视眼人数已近 4 亿，达到世界平均水平 22的 05 倍，我国青少年近视发病率是世界第 2 位发病率为50%。其中，小学生近视率为 22.78%，初中生为 55.22%，高中生为 70.34%，大学生高达 80%以上。我国中小学生患近视的人数占整个学生比例的 60%，患者人数超过 6000 万。居世界首位。且这一数据近年高攀不下。针对目前这一情况，我们将太阳能充电、传感器智能控制结合起来，设计这款产品，不仅能有效地利用太阳能，节约能源，并且能很好地保护消费者的视力健康，减缓国家目前近视现状。2 设计方案2.1 流程设计设计流程见下图 1,22图 1
4、 软件工作流程图图 2 结构流程图2.2 电路结构设计主控部分：STC89C52 芯片STC89C52 是一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系统可编程 Flash 存储器。在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编程 Flash，使得 STC89C52 为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 具有以下标准功能：8k 字节 Flash，512字节 RAM， 32 位 I/O 口线，看门狗定时器，内置 4KB EEPROM，MAX810 复位电路，三个 16 位 定时器/计数器，一个 6 向量 2 级中断结构，全双工串行口。另外 STC89X52
5、可降至 0Hz 静态逻辑操作，支持 2 种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许 RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM 内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率 35Mhz，6T/12T 可选。太阳能部分：锂电池充电管理芯片-CN3083 芯片3CN3083 是可以用太阳能板供电的单节锂电池充电管理芯片。该器件内部包括功率晶体管，应用时不需要外部的电流检测电阻和阻流二极管。内部的 8 位模拟-数字转换电路，能够根据输入电压源的电流输出能力自动调整充电电流，用户不需要考虑最坏情况，可最大限度地利用输入电
6、压源的电流输出能力，非常适合利用太阳能板等电流输出能力有限的电压源供电的锂电池充电应用。CN3083 只需要极少的外围元器件，并且符合 USB 总线技术规范，非常适合于便携式应用的领域。热调制电路可以在器件的功耗比较大或者环境温度比较高的时候将芯片温度控制在安全范围内。内部固定的恒压充电电压为 4.2V，也可以通过一个外部的电阻调节。充电电流通过一个外部电阻设置。当输入电压掉电时，CN3083 自动进入低功耗的睡眠模式，此时电池的电流消耗小于 3 微安。其它功能包括输入电压过低锁存，自动再充电，电池温度监控以及充电状态/充电结束状态指示等功能。CN3083 采用散热增强型的 8 管脚小外形封装
7、(SOP8)。CN3083 电路图见图 3图 3光强感应部分：BH1750 芯片光照度可用照度计直接测量。光照度的单位是勒克斯，是英文 lux 的音译，也可写为lx。被光均匀照射的物体，在 1 平方米面积上得到的光通量是 1 流明时，它的照度是 1 勒克斯。有时为了充分利用光源，常在光源上附加一个反射装置，使得某些方向能够得到比较多的光通量，以增加这一被照面上的照度。例如汽车前灯、手电筒、摄影灯等。BH1750 传感器内置 16bitAD 转换器，直接数字输出，省略复杂的计算，省略标定，不区分环境光源接近于视觉灵敏度的分光特性，可对广泛的亮度进行 1 勒克斯的高精度测定。供电电源：3.6-8v
8、光照度范围：0-65535 lxIIC 接口，兼容 3.3V 和 5V 电平板子尺寸：21x16mm温度感应部分：DS18B20 芯片DS18B20 数字温度传感器接线方便，封装成后可应用于多种场合，如管道式，螺纹式，磁铁吸附式，不锈钢封装式，型号多种多样，有 LTM8877，LTM8874 等等。主要根据应用场合的不同而改变其外观。封装后的 DS18B20 可用于电缆沟测温，高炉水循环测温，锅炉测温，4机房测温、农业大棚测温、洁净室测温，弹药库测温等各种非极限温度场合。耐磨耐碰、体积小、使用方便、封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。独特的单线接口方式，DS18B20 在与
9、微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与 DS18B20 的双向通讯。测 温 范 围 55 +125 ， 固 有 测 温 分 辨 率 0.5工 作 电 源 3-5V/DC测 量 结 果 9-12 位 数 字 量 方 式 串 行 传 送时钟部分：DS1302 芯片DS1302 是美国 DALLAS 公司推出的一种高性能、低功耗、带 RAM 的实时时钟电路，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为2.5V5.5V。采用三线接口与 CPU 进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或 RAM 数据。DS1302 内部有一个 318 的用于临时性存
10、放数据的 RAM 寄存器。DS1302 是 DS1202 的升级产品，与 DS1202 兼容，但增加了主电源/后备电源双电源引脚，同时提供了对后备电源进行涓细电流充电的能力。其他参数：电池：5V/1800mA 外 壳 ： 180/52/50(长 /宽 /高 )适配器：5V/1A 切片 LED:30 片电源设计 电源部分电路如图 4图 4 电源部分5太阳能充电部分见图 5图 5 太阳能充电电路图主控部分 主控电路见图 6 6图 6 主控电路图7实物制作见图 7,8图 7 实物结构图图 8 工作图83 创新点及应用1) 绿色环保。采用太阳能作为产品的能源之一，产品将太阳能转换为电能并用蓄电池进行储
11、存，解决太阳能发电不稳定的问题。2) 耗电量低、续航时间长，直接解决传统球状光源依靠光发射来进行二次取光的光损耗问题；3) 照明亮度高,使用寿命长，坚固耐用。4) 自动调节亮度。能根据外界周围环境的光照亮度及最新的科学研究智能的将台灯的亮度调节在你学习工作等状态时最适合的范围，保护视力，减少不必要的能源浪费。5) 自动音乐提醒功能。根据最新的视觉疲劳理论设定提醒时间，音乐提醒使用者注意视力保护。6) 睡眠模式模拟星空功能。7) 折叠式外形设计，体积小、标准部件，更换方便。8) 通用 USB 接口，可利用太阳能对手机、MP3 等小电器紧急充电。9) 附有实时时间、温度、日期、音乐闹铃等功能。3
12、市场前景综合计算，该产品成本约在 80 元，在批量生产的条件下，其成本会进一步压缩到 60-80 元之间，这个价位在目前市场中仅与普通台灯相当，但本产品具备更多智能功能，光学性能更加稳定。目前社会近视群体越来越庞大，大众对视力健康的关注度也越来越高，而市场同类产品大多为传统光源，不仅效率低，且对视力影响比较大。而本产品能有效地改善这一现状，因此应用前景很广。参考文献1 江志洪编 51 单片机技术与应用系统开发案例精选 清华大学出版社，2008：97-1862 周润景 等编 .单片机电路设计、分析与制作 . 机械工业出版社 . 2010. 14 6-1973 张义和 等编例说 8051 . 人民邮电出版社 . 2006. 32 -75
