智能护眼台灯

智能护眼台灯的设计与应用

2016年3月24日

如今，市场销售的灯，其中许多都手动调整灯的亮度，不能自动调整亮度，麻烦，容易造成不必要的浪费，并对眼睛有一个坏的影响。针对于很多人在使用过程中的坏习惯和忽视了光照强度引起的各种问题，本设计主要是通过光电传感器对环境光和弯位检测，自动调节灯的亮度和报警，达到保护眼睛的目的和正确的姿势。该电路具有设计合理、结构简单、效率高、节能、成本低等优点，弥补了现有台灯的不足——无法真正实现智能调光。

关键词

智能调光，护眼台灯

台灯是我们生活所必不可少的东西，不论是在校学生还是办公室的工作者，都有台灯的需求，但是，台灯发光的强度难以调节，不论过高过低，都易造成眼部疲劳，对眼睛损伤巨大，尤其是在校学生，灯光的不适往往是造成近视的最主要的原因之一，近年来青少年近视率不断攀升，究其原因，是科技日新月异地发展却并没有注意到灯光的不适合对眼部的伤害，人们面对的电子产品愈来愈多，此时若不适的灯光越来越多，人们的眼睛将会不堪重负，因此，设计一款能够智能调节照明亮度的台灯显得尤为重要。

1.知识背景。

通过研究分析，结果表明：在学习过程中，对光的要求比较严格，理想的光是变化极慢的自然光。对于稳定的光照，学习眼瞳孔调节相对固定，调节音量小，不易引起眼睛光学系统的损伤和视觉疲劳；对于光的不稳定性和学习瞳孔的眼睛需要经常调整，调节量大，容易导致眼睛光学系统损伤和视觉疲劳。人工照明光源，选通不到5%被认为是理想光源。在稳定的光学习中，可以大大减少眼睛光学系统的损伤和眼睛疲劳程度，保护视力，提高效率。

通过相关分析，可以知道，光照的稳定性程度直接影响到阅读的效率和对眼睛的伤害。目前的人工光源，绝大多数使用50赫兹工频通信电源或高频交流由几十赫兹驱动的光源，所以有一个光闪烁的问题。

由于低电压荧光灯的工作特性，灯管的电源频率由几十赫兹提高到几万赫兹，可大大改变灯的光输出特性。在赫兹频率的交流驱动和闪光周期大大缩短灯的光输出成千上万，荧光粉的黄昏期大约在几毫秒，和光周期适应可以大大弥补频闪效应的光输出。与普通日光灯的供电频率为20 ~ 30kHz，和普通荧光灯的产量仍大。

护眼型荧光灯分为高频交流荧光灯和直流荧光灯，特别适合青少年学习任务，除具有高效率、高色外，灯管驱动方式有较大改变。高频交变电流的荧光灯电源至少超过40 kHz的灯的光输出波动周期更短的工作频率，三色荧光粉余辉效果大大增强，导致输出光的波动已经有了很大的提高，波深度接近3% ~ 5%；直流荧光灯的电流流过灯有一个稳定的直流电源，所以灯更稳定，光输出波动深度接近0，与自然光相媲美的稳定照明效果可达到。

通过研究分析，结果表明：在学习过程中，对光的要求比较严格，理想的光是变化极慢的自然光。对于稳定的光照，学习眼瞳孔调节相对固定，调节音量小，不易引起眼睛光学系统的损伤和视觉疲劳；对于光的不稳定性和学习瞳孔的眼睛需要经常调整，调节量大，容易导致眼睛光学系统损伤和视觉疲劳。人工照明光源，选通不到5%被认为是理想光源。在稳定的光学习中，可以大大减少眼睛光学系统的损伤和眼睛疲劳程度，保护视力，提高效率。

通过相关分析，可以知道，光照的稳定性程度直接影响到阅读的效率和对眼睛的伤害。目前的人工光源，绝大多数使用50赫兹工频通信电源或高频交流由几十赫兹驱动的光源，所以有一个光闪烁的问题。

由于低电压荧光灯的工作特性，灯管的电源频率由几十赫兹提高到几万赫兹，可大大改变灯的光输出特性。在赫兹频率的交流驱动和闪光周期大大缩短灯的光输出成千上万，荧光粉的黄昏期大约在几毫秒，和光周期适应可以大大弥补频闪效应的光输出。与普通日光灯的供电频率为20 ~ 30kHz，和普通荧光灯的产量仍大。

护眼型荧光灯分为高频交流荧光灯和直流荧光灯，特别适合青少年学习任务，除具有高效率、高色外，灯管驱动方式有较大改变。高频交变电流的荧光灯电源至少超过40 kHz的灯的光输出波动周期更短的工作频率，三色荧光粉余辉效果大大增强，导致输出光的波动已经有了很大的提高，波深度接近3% ~ 5%；直流荧光灯的电流流过灯有一个稳定的直流电源，所以灯光更稳定，光输出波动深度接近0，与自然光相媲美的稳定照明效果可达到。

2.设计核心。

（1）电源。

图2.1

变压器输出9 V 电压经过桥式整流电路并电容滤波，在电容C1两端大概会有11 V 多一点的电压，如若从电容两边直接接一个负载，当负载改变或交流电源有一些波动就使C1两端的电压较大幅度的变化，要获得一个更稳定的电压，需要来接一个三端稳压元件。三端稳压器是一种集成电路元件，其内部由少许三极管和电阻等组成，在研究电路时可简单的看作这是一个能自动调节电阻的元件。当负载电流大时三端稳压器内的电阻会变小，而当负载电流变小时三端稳压器内的电阻又会变大，这就能使得稳压器的输出电压为恒定值。要得到5 V 的电压，就会采用7805，7805。三端稳压器，然后用105 的电容器，有电容滤波和阻尼作用。最后以一个输出电源引脚在C的两端，可与其它设备连接，如MP3 等。尽管7805 最大电流是1 A，但实际使用尽量不要超过500 mA，不然会发热很大，一不小心就烧坏了。当负载电有大于200 mA 时需加散热片。

（2）亮度智能调节。

图2.2

三极管Q1 选用C9014 三极管，该三极管放大倍数高达200~600 倍，集电极最高允许通过电流为0.1 A。电位器为R0是3296-W103 型号电位器，可调范围1~10 kΩ。光敏电阻RG2 选用Φ3 系列的GL3516 型号光敏电阻[4]，该光敏电阻最大电压100 V，亮电阻的范围为1~10 kΩ，暗电阻为10 MΩ，最大功耗50 mW，光谱峰值540 nm，响应时间30 ms。R6选4.3 kΩ的电阻，R7选15 Ω小电阻。YL-D0101RW-A2-01 1W 大功率白光LED 灯珠的发光率和电流计算式为：η= 3I*100%（I 的单位为A）即当LED 灯珠电流约为330 mA 时，灯珠发光率为100%。1）当环境照度处于正常水平时，光敏电阻R17的阻值为5 kΩ。则三极管Q2 基极偏压VB为：

VB= RG2 RG2+R6

VCC≈3.57 V

IE= VE

R7= VB-0.6 V

R7=198 mA，发光强度η=60.0%

2）当环境过亮时，光敏电阻R17的阻值为1 kΩ。则三极管Q2 基极偏压VB

为：

VB= RG2

RG2+R6

VCC≈0.94 V

VB= RG2

RG2+R6

VCC≈1.67 V，发光强度η=7.1%

3）当环境光照较暗时，光敏电阻阻值为10 kΩ

VB= RG2

RG2+R6

VCC≈4.2 V

IE= VE

R7= VB-0.6 V

R7=240 mA，发光强度η=72.7%

通过以上计算结果发现。本台灯的亮度能随环境光照条件自动变化，当环境光线较亮时，台灯能自动降低52%的亮度，当环境光线过暗时，台灯能自动增加12.7%的亮度。环境光照变化之间，灯就会自动调节亮度。用户会处在一个舒适的用眼环境。值得注意的是，这里说的环境光照是指台灯亮度范围内的环境光照，因为光敏电阻RG2 是一个可移动的探头，使用台灯如看书时，该探头应放置在书本附近才更真实。

3．该灯的实用性。

该灯可以通过周围的环境判断应该发出的光照种类与强度，可以时刻给学习工作中的我们提供一个最好最佳的用眼环境，可减少我们在工作学习中的眼部疲劳程度，减少近视发生的概率。

该灯还可增加光照的颜色种类，以增加其艺术感，使其实用之余还美观，使人用着舒心且舒服。

其实这种控制灯光亮度的技术除了应用在台灯上，还可被各大电子产品效仿，比如手机，笔记本等等。如此，人们在面对诸多电子产品的时候，眼部的负担将会被降低，眼睛的疲劳也将会得到舒缓，近视将会离我们而去。