“酷乐无影”台灯的设计与实现

张雨 何翠 杨博 张亚萍

摘 要：该文针对普通台灯在使用时容易产生手影及欠缺娱乐性、人性化设计的问题，提出了一种双灯头可调光音乐台灯的工作原理与结构设计，分析了双灯头可调光音乐台灯的性能特点及潜在的市场价值。

关键词：台灯 双灯头 音乐播放 可调光开关

中图分类号：F21 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）02（c）-00-02

目前，市场上的台灯大多是普通照明台灯，照明负载主要为日光灯、白炽灯、LED灯，功能单一，很难满足人们现在多样化的需求。而且，现在近视是困扰大部分人，尤其是学生群体的一个普遍问题，主要原因之一就是在使用台灯时，由于有手影的产生而使光线亮度减弱，使用者容易产生视觉疲劳造成的。该设计针对现有台灯存在的问题，对其进行优化，设计出了具有音乐播放和调节光线强度功能的双灯头台灯。

1 设计思路

本设计主要是以家庭用台灯为主体，增加了音乐播放功能，且外置USB接口，可以对音乐文件进行传输；为消除手影的产生，采用了双灯头设计，并且利用旋钮可调光开关，使其可以调节光线的强弱程度；该设计的照明负载为白炽灯，使用者可以根据自己的需要选择或更换不同功率的灯泡，不仅贴近消费者，而且延长了台灯的使用寿命，这样的设计更加人性化，更加符合现代家庭消费理念。

2 台灯的整体构造

图1 双灯头音乐可调光台灯电路图

本作品设计电路如图1所示：主要由外接电源、音乐播放器电路、台灯照明电路三部分组成。外接电源电路中的稳压电路，保证了音乐播放器电路与台灯照明电路的正常工作，且音乐播放器电路与台灯照明电路采用并联的连接方式，在工作的同时互不影响。

2.1 双灯头开关可调光设计原理解释

2.1.1 白炽灯泡的选择

为了实现可调节灯光亮暗的效果，采用旋钮式可调光开关来控制电路中电流来调节灯光的亮度。根据调查，在了解了市面上各种类型的照明灯发光原理之后，本设计选择白炽灯作为照明负载。LED灯使用低压电源，供电电压在6～24 V之间，LED驱动都是恒流驱动，改变LED灯两端的电压会烧坏LED灯珠或使其不能正常工作；日光灯其两端的工作电压为220 V，灯管是由镇流器、启辉器触极、灯丝、双金属片构成，但其体积较大，长度较长，适用于室内空间面积较大的照明使用，而且由于日光灯的发光原理，当用调光开关改变日光灯两端的电压时，其光线亮度基本不改变，即日光灯只有亮或不亮两种状态。

白炽灯在其两端可加载0～220 V电压，只要灯丝温度超过2000 ℃，灯丝就处于白炽状态，发出光亮，而且温度越高，亮度就会越亮，且发出的灯光稳定，不会有频闪出现。当改变白炽灯两端工作电压时，白炽灯的亮度也会发生改变，符合调光的原理。且白炽灯市场上价格低，易于更换，灯光柔和，能为广大使用者带来

便利。

2.1.2 双灯头设计

现阶段市面上的台灯大都以单灯头照明为主，但单灯头照明台灯在使用时，不管从哪个方向进行照明，都会有手影产生，为使用者的学习、工作带来不便。基于此，本作品设计采用了独特的双灯头照明台灯设计。

双灯头照明台灯是在原单灯头照明台灯的电路内并联一个照明电路，使两个照明灯头可以协同工作且互不影响，达到消除部分手影的目的。当打开一个照明灯头开关时，由于光的直线传播，不管台灯是放在使用者的左方、右方、还是前方时，都会由于手的遮挡作用而产生手影，因此容易使使用者产视觉疲劳。此时，打开另外一个照明灯头，此照明灯头的光线向四周发出，可以照射到第一个照明灯头产生的阴影区，减弱手影的作用效果，增加使用者工作区的亮度，从而可以消除一部分的手影，为工作者带来方便。

2.1.3 旋钮式可调光开关设计

如图2所示，台灯照明电路的两个照明设备由两个旋钮式可调光开关控制调节灯光亮度，满足使用者不同的需求。

如图2，以开关一为例：当开关处于1位置时，电路处于断开状态，白炽灯无法正常工作。当其以顺时针方向转动至位置2时，台灯的电路与总电路接通，台灯开始工作。在位置2时，接入电路中的滑动变阻器的阻值最小，所以此时通过电路的电流最大，白炽灯内的钨丝温度可很快达到2000 ℃以上，发光发热正常工作，此时灯光最亮。随着滑片顺时针的旋转，接入电路中的阻值逐渐增大，流过灯丝的电流逐渐减小，温度和热度也有所降低，所以灯光的亮度较前面有所下降。当滑片旋转至3位置时，灯光到达最暗的亮度。若使用者想关闭台灯，可反方向调整至位置1即可。开关二的工作原理与开关一的相同。

白炽灯一、二是分别用开关一、二进行控制的，此设计的目的是：通过调节两旋钮式开关，可以达到不同的亮度，以满足使用者在不同时间、不同地点的不同需求，也有效地保护了使用者的

视力。

图2 台灯照明可调光电路

2.2 音乐播放器的构造

音乐播放器是软件和硬件的结合，乐曲中不同的音符，实质就是不同频率的声音。通过单片机产生不同频率的脉冲信号，经过放大电路，由蜂鸣器放出，就产生了美妙和谐的乐曲。根据各音阶频率算出定时器定时常数，根据节拍给出该音阶持续的时间，最终实现播放简单乐曲的功能。在本设计中，音乐播放器主要由：（1）单片机模块。（2）晶振电路模块。（3）复位按键模块。（4）音频功率放大器模块。（5）按键模块。（6）电源的电路设计。（7）LED显示电路设计，如图3所示。

硬件电路是由晶振电路、显示电路、控制电路等接到单片机上构成，如图3所示的总体电路。其核心器件采用单片机，进行系统控制；晶振电路为单片机提供时间信号，为音乐的播放节拍控制提供基本时间单位；通过控制电路实现音乐播放的选曲、暂停、播放和复位等功能；经发生电路发出美妙的音乐；由显示电路显示出正在播放的曲目。

3 作品测试与展望

本作品设计集实用功能与娱乐功能为一体，设计独特大方、实用、人性化。双灯头的设计区别于以往市场上单灯头的设计，简单新颖、美观大方，巧妙地利用光学、电学原理，消除了工作写字时手影的干扰。而可调亮度的开关集控制开关与调控亮度为一体，根据使用者需求的不同而控制光线的强弱，不仅为学习工作提供了便利，还节约了电能资源。而最具亮点的设计，是设计者能够融入播放音乐的功能（音乐外放及USB充电接口），让使用者在工作劳累之余，可尽情享受音乐带来的舒适。这一人性化的设计，避免了戴耳机听音乐时，耳机对人耳朵和大脑带来的伤害，还有一定的助眠作用。因此，综合看来，此台灯的推广设计，具有实用价值和市场

前景。

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