机电产品创新设计大赛作品设计说明书

机电产品创新设计大赛参赛作品说明书

作品名称：简单“幸福生活”新式台灯设计New-style design project of table lamp

to simple ‘Happy Life’

原名：具有“断电保护”和“定时提醒”功能台灯设计

小组成员：张利张胜张宝龙许淑红

专业年级：2009级机械专业

指导老师：宁淑荣

目录

设计灵感： (2)

设计原理及思路： (2)

设计作品的功能、创新点解说： (3)

创新点1： (4)

创新点2： (7)

创新点3： (9)

实物作品完善与改进： (10)

作品的推广： (10)

设计作品实物图： (11)

程序附录： (12)

设计灵感：

（一）、现在许多家长担心的除了孩子的学习成绩外，还有就是孩子眼睛的度数。现在学生的眼睛近视无论人数比例还是眼镜度数都呈现了大幅上升的趋势，其中很大一部分原因是因为学生不注意用眼时间。如果孩子在家中所使用的台灯除了能调节光亮之外（现在大多数台灯都已具备光线调整功能），还能够提醒用眼时间，并且在持续用眼时间过长时采取强制断电措施，让孩子的眼睛暂时休息一段时间，就能够有效保护孩子的眼睛。

（二）、在我们的日常生活中所使用的普通台灯虽然具有可任意旋转定姿的功能（由可塑性的灯身完成），但是只有一个灯头，并且只能提供一种灯光。现代“幸福生活”中我们对生活质量也同样注重，我们所需要的台灯不仅仅要能给人们提供物理上的感受（照明），而且要给使用者带来心情上的体验。闲暇时，可以坐在灯前欣赏，让你平常使用的台灯给你带来幸福与快乐的享受，产生一种心灵上的互动。我们独特的可旋转式灯头设计鼓励人们多去触摸，感觉。每天与自己的心爱台灯玩耍，享受其中DIY的乐趣。

（三）、在生活中你是否有过忘记关灯的经历，你是否有让灯亮一个大白天的教训。“幸福生活”当道的今天，在大家都在为节能减排而贡献自己的一份力量，你是否为你浪费一天的电而内疚，是否为你付出的不必要电费而心疼。如果在我们的生活中使用的台灯能够具有光线强度判断电量开关和人体红外线监测的功能那么这些问就都能够迎刃而解了。

设计原理及思路：

如果要实现以上功能可以使用硬件来实现，比如采用继电器及其驱动电路，但是其体积较大，消耗电量也较多，并且现在越来越多的装置的众多功能大都通过软件在通用性强的硬件的支持下实现的。其好处是：若想改变、以及扩充其功能，均可通过对软件的修改来扩充实现其功能。所以，我们采用模块化的单片机系统来实现相应功能。

模块化单片机系统的使用实现了弱电控制强电，即实现了在安全电压范围内控制对人体来讲相对危险的强电。用单片机控制的双向可控硅过零触发电路可以实现5V电压的单片机来控制220V交流电的大功率交流负载。

在此基础上我们实现了“断电保护”、“定时长断电”、“亮度调节”和“时间长度微调”功能。我们的此单片机控制系统可推广到工业大功率负载的控制中去，安全可靠、易于实现。

可旋转式两灯头设计则是采取在一个灯头上不同位置安装两个灯管，一个是日常照明灯管，另一个是为生活平添乐趣的DIY灯管。使用这个台灯我们可以通过简单的旋转来实现不同灯管的转换，进而产生不同的灯光效果，而不仅仅是依靠华丽的灯罩来进行装饰。为安全起见，我们设计采用插针式的供电装置，外包有隔电橡胶软套。

可旋转式三灯头设计将两灯头设计中插针式的供电结构改为刷卡式供电结构。这样的设计结构能方便灯头实现单方向的完全旋转。为实现准确定位，在旋转灯头的轴和灯座上设计有棘轮机构。

在功能的扩展方面我们让我们所设计的作品具有感知外界光线强度和感应人体红外线的功能。该功能的实现我们采用市场上批量销售的普通灯具感应开关，简单易行并且功能可靠。并且通过调整该开关之后的调整螺丝我们可以方便的改变可感应的距离和外界光线强度。使我们每次坐在台灯前面时，通过自己的调整都能够有一个舒适良好的工作、学习氛围。

原设计为实现“断电保护”，即为一次断电之后，在再次通电时用电设备（台灯）在无人状态下不会自动通电。若想使用电设备（台灯）再次通电必须人为动作才可以。使用红外线人体感应开关对该项功能进行改进，不仅可以达到在无人状态下不通电，更能省去人为动作才通电的麻烦，使该作品更具人性化。

设计作品的功能、创新点解说：

我们的作品在注重电路的设计和调试的同时，加上了机械结构的创新与仿真，使我们的作品能在利用软件进行方便生活的同时，同样体现硬件的人性化。

创新点1：

关键词：断电保护；定时长断电；亮度调节；定时微调

根据大多数人群持续用眼的疲劳极限，设定最长用眼时间，使用单片机系统实现定时提醒和定时长断电功能。在简单的单片机最小电路上配备专门的“弱电控制强电”电路加上针对该硬件的软件程序来实现相应功能。

使用双向可控硅的过零触发电路的设计分为两部分：过零检测电路（检测电路）、过零触发电路（控制电路）。

利用单片机控制系统中双向可控硅设计的过零触发电路，对220V交流电进行通断控制，实现弱电对强电的控制。

工作原理简述：当过零检测电路中检测到INTO引脚过零时产生中断请求，通过中断服务子程序控制，使单片机的P2.4引脚发出触发脉冲即可触发双向可控硅导通控制强电通断。通过控制触发脉冲发送的时间延迟长短，可以实现电压大小的控制，从而实现亮度调节功能；通过采样单片机的外部引脚（控制位）电压值结，并合软件实现时间长度微调、断电保护和定时长断电功能。

过零检测电路

为了提高效率，使触发脉冲与交流电压同步，要求每隔半个交流电的周期输出一个触发脉冲，并且触发脉冲的电压应大于4V，脉冲宽度大于2us。

一个指令周期为1~4us，为了保证触发完全，我们采用了双指令，一个是触发指令，另一个是辅助指令。

在中断服务子程序中使用定时器累计移相时间（时间的控制即为移相时间的控制），然后发出双向可控硅的同步触发信号，经由过零触发电路实现控制。

PC817芯片：用于电路之间的信号传输，使之前端与负载完全隔离，目的在于增强安全性，减少电路干扰，简化电路设计。

LM393N芯片：双电压比较集成器，检测前序电路交流电产生跳变时产生的