光电一体化智能LED台灯设计项目新版说明书.docx

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
指导老师：郑宏民
（西北工业大学，动力和能源学院，西安，710129）

摘要 经过试验设计光电一体化智能LED台灯将太阳能转化为电能，对LED台灯进行供电，经过光传感器获取周围环境光照强度，送给主控芯片分析，输出信号控制台灯亮度，使用户使用亮度在最适范围内，并依据用户使用时间对用户进行视力疲惫音乐提醒。不仅有效利用了新能源，节省电能，并能很好保护使用者视力。 “节能减排，低碳生活”已是世界发展趋势，故本系统应用前景宽广，值得国家大力扶持推广。
关键词 太阳能 智能 LED 节能减排

作品内容介绍
1 研制背景及意义
能源是人类活动物质基础。在某种意义上讲，人类社会发展离不开优质能源出现和优异能源技术使用。在当今世界，能源发展，能源和环境，是全世界、全人类共同关心问题，也是中国社会经济发展关键问题。
国际能源机构（IEA）公布《世界能源展望》汇报认为到2030年，全球一次能源需求量会以每十二个月1.5%速度增加，从120亿吨油当量增加到168亿吨油当量，总体增幅达40%。因为世界能源担心现实状况，新能源将成为以后世界上关键能源。太阳能逐步走入我们平常生活。
近视已经成为影响中国人民健康关键问题。日前，据中国、美国、澳大利亚合作开展防治儿童近视研究项现在期调查显示．中国人口近视发生率为33％，全国近视眼人数已近4亿，达成世界平均水平22％0．5倍，中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。中国中小学生患近视人数占整个学生百分比60%，患者人数超出6000万。居世界首位。且这一数据多年高攀不下。
针对现在这一情况，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，节省能源，而且能很好地保护消费者视力健康，减缓国家现在近视现实状况。
2 设计方案
2.1 步骤设计
设计步骤见下图1,2

图1 软件工作步骤图

图2 结构步骤图
2.2 电路结构设计
主控部分：STC89C52芯片
STC89C52是一个低功耗、高性能CMOS8位微控制器，含有8K 在系统可编程Flash 存放器。在单芯片上，拥有灵巧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、超有效处理方案。 含有以下标准功效：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级中止结构，全双工串行口。另外STC89X52 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，许可RAM、定时器/计数器、串口、中止继续工作。掉电保护方法下，RAM内容被保留，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中止或硬件复位为止。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
CN3083是能够用太阳能板供电单节锂电池充电管理芯片。该器件内部包含功率晶体管，应用时不需要外部电流检测电阻和阻流二极管。内部8位模拟-数字转换电路，能够依据输入电压源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，可最大程度地利用输入电压源电流输出能力，很适合利用太阳能板等电流输出能力有限电压源供电锂电池充电应用。CN3083只需要极少外围元器件，而且符合USB总线技术规范，很适合于便携式应用领域。热调制电路能够在器件功耗比较大或环境温度比较高时候将芯片温度控制在安全范围内。内部固定恒压充电电压为4.2V，也能够经过一个外部电阻调整。充电电流经过一个外部电阻设置。当输入电压掉电时，CN3083自动进入低功耗睡眠模式，此时电池电流消耗小于3微安。其它功效包含输入电压过低锁存，自动再充电，电池温度监控和充电状态/充电结束状态指示等功效。
CN3083采取散热增强型8管脚小外形封装(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。光照度单位是勒克斯，是英文lux音译，也可写为lx。被光均匀照射物体，在1平方米面积上得到光通量是1流明时，它照度是1勒克斯。有时为了充足利用光源，常在光源上附加一个反射装置，使得一些方向能够得到比较多光通量，以增加这一被照面上照度。比如汽车前灯、手电筒、摄影灯等。
BH1750传感器内置16bitAD转换器，直接数字输出，省略复杂计算，省略标定，不区分环境光源靠近于视觉灵敏度分光特征，可对广泛亮度进行1勒克斯高精度测定。
供电电源：3.6-8v

光照度范围：0-65535 lx
IIC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个场所，如管道式，螺纹式，磁铁吸附式，不锈钢封装式，型号多个多样，有LTM8877，LTM8874等等。关键依据应用场所不一样而改变其外观。封装后DS18B20可用于电缆沟测温，高炉水循环测温，锅炉测温，机房测温、农业大棚测温、洁净室测温，弹药库测温等多种非极限温度场所。耐磨耐碰、体积小、使用方便、封装形式多样，适适用于多种狭小空间设备数字测温和控制领域。独特单线接口方法，DS18B20在和微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器和DS18B20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位数字量方法串行传送
时钟部分：DS1302芯片
DS1302 是美国DALLAS企业推出一个高性能、低功耗、带RAM实时时钟电路，它能够对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，含有闰年赔偿功效，工作电压为2.5V～5.5V。采取三线接口和CPU进行同时通信，并可采取突发方法一次传送多个字节时钟信号或RAM数据。DS1302内部有一个31×8用于临时性存放数据RAM寄存器。DS1302是DS1202升级产品，和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能力。
其它参数：
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 电源部分电路图4

图 4 电源部分
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

图6 主控电路图
实物制作见图7,8

图7 实物结构图

图8 工作图
3 创新点及应用
1) 绿色环境保护。采取太阳能作为产品能源之一，产品将太阳能转换为电能并用蓄电池进行储存，处理太阳能发电不稳定问题。
2) 耗电量低、续航时间长，直接处理传统球状光源依靠光发射来进行二次取光光损耗问题；
3) 照明亮度高,使用寿命长，坚固耐用。
4) 自动调整亮度。能依据外界周围环境光照亮度及最新科学研究智能将台灯亮度调整在你学习工作等状态时最适合范围，保护视力，降低无须要能源浪费。
5) 自动音乐提醒功效。依据最新视觉疲惫理论设定提醒时间，音乐提醒使用者注意视力保护。
6) 睡眠模式模拟星空功效。
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、音乐闹铃等功效。
3 市场前景
综累计算，该产品成本约在80元，在批量生产条件下，其成本会深入压缩到60-80元之间，这个价位在现在市场中仅和一般台灯相当，但本产品含有更多智能功效，光学性能愈加稳定。
现在社会近视群体越来越庞大，大众对视力健康关注度也越来越高，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实状况，所以应用前景很广。

参考文件

[1] 江志洪编．《51单片机技术和应用系统开发案例精选》．清华大学出版社，：97-186
[2] 周润景 等编 .《单片机电路设计、分析和制作》 . 机械工业出版社 . . 14 6-197
[3] 张义和 等编《例说 8051 》 . 人民邮电出版社 . . 32 -75