一种可自动伸缩的嵌入式LED灯具设计

卞甘甜+王业硕

摘要近年来，LED灯具渐渐取代传统灯具，存在巨大市场潜力。为了实现空间，电力等资源的最大程度利用，本文提出了一种可自动伸缩的嵌入式LED感应灯具设计。该感应灯具包括灯装置、人体红外感应装置和核心的单片机与驱动装置，其中的设计难点在于驱动装置，包括步进电机、步进电机驱动器、直线导轨、丝杠、台架、支撑以及滑块。当人体红外感应装置感应到人进入或人离开时，单片机控制灯装置亮灭，同时控制步进电机正转或反转，将灯装置从墙壁内伸出或回缩至墙壁内。

关键词感应弹出；驱动装置；步进电机

上个世纪60年代，以导体PN结发光原理为基础，发光二极管正式问世。当时的二极管利用GaASP材质，仅能发出红光。经过30年的飞速发展，到20世纪90年代，发出红、橙、黄、绿、蓝等色光的发光二极管也先后被研发实现。但是这些色彩并不能实现人们普遍的照明需求。直到1998年，科研工作者将GaN芯片与钇铝石榴石（YAG）封装在一起，终于使得二极管能够发出白色色光，在这些基础上，各种LED灯具得以应用于照明领域，逐渐走入大众视野。在达到同样甚至更佳的照明效果的同时，LED灯具兼具节能、环保、长寿等优点，使得其受到广泛关注，其市场前景比代白炽灯，节能灯等传统照明灯具更被看好，迅速抢占了市场。进入21世纪，LED照明的应用领域不断被拓展，人们对LED照明渐渐提出了更多的要求。在我国，半导体照明技术作为“十五”科技攻关重大项目，已经正式立项，并提供相关资金扶助和优惠政策。现在市场上的LED照明灯具种类繁多，近几年提出的“情景照明”、“情调照明”等概念为照明灯具注入了新鲜血液，打破了传统思想的束缚。

在LED灯具蓬勃发展的同时，我们关注到LED灯具虽然更加节能，但仍旧存在一些资源浪费的弊端。市面上存在一种人体红外灯具可实现人走灯灭，更加节省电力，但这类灯具大多作为壁灯，照明能力一般。另外，随着情调照明的提出，人的感情，需求受到更大的重视。科技的进步和网络虚拟世界的发展增加了现代人的孤独感，人们渴望一种仅在需要时出现的陪伴方式和更加动态的，能够和人互动的交互效果。本文针对上述现象，探索一种可自动伸缩的嵌入式LED灯具，兼顾LED照明的空间，电力成本和人的情感需求。

1设计方案

本文提出一种可自动伸缩的嵌入式感应灯设计方案，依托墙壁或天花板，设置不同形式的灯装置，利用人体红外感应装置实现人走灯灭，感应装置系统包括单片机和驱动装置，驱动装置由步进电机、步进电机驱动器、直线导轨、丝杠、台架、支撑以及滑块组成。灯装置包括继电器、灯座、灯管以及灯罩，灯罩的效果可根据人的需求机动设置，如仿真墙壁效果，可实现灯具非点亮状态下的隐藏和空间的节省，又能令人出其不意。

1.1结构概述

上述步进电机连接丝杠，丝杠螺旋连接滑块，而直线导轨与滑块圆柱副连接，使得滑块能沿直线导轨在台架上自由滑动，同时步进电机与步进电机驱动器电连接并共同安装于台架上，台架与支撑固接并固定于墙壁上。而人体红外感应装置与单片机则均固接在墙壁上，灯装置与滑块固接，并能伸缩在墙壁内外，继电器与灯管电连接，连同灯座灯管以及灯罩固接。单片机与步进电机驱动器以及继电器电连接，配置成人体红外感应装置感应信号并传送至单片机，单片机发出指令控制步进电机旋转以及继电器通断电，步进电机带动丝杠旋转，将滑块连同灯装置自由伸缩墙壁内外。当人体红外感应装置感应到人进入或人离开时，单片机控制灯装置亮灭，同时控制步进电机正转或反转，将灯装置从墙壁内伸出或回缩至墙壁内。本实用新型实现的有益效果是：单片机控制下的灯装置和驱动装置既能实现无人时灭灯保护资源不浪费，又能伸缩墙壁内外，节约空间并保护灯装置不受损害。

1.2附图说明

如图1、2、3所示，一种可自动伸缩的感应灯，包括墙壁1、灯装置4以及人体红外感应装置5，还包括单片机3和驱动装置2，所述驱动装置2包括步进电机6、步进电机驱动器7、直线导轨8、丝杠9、台架10、支撑11以及滑块12，所述灯装置4包括继电器13、灯座14、灯管15以及灯罩16，所述步进电机6与丝杠9连接，所述丝杠9与滑块12螺旋连接，所述直线导轨8与滑块12圆柱副连接，所述滑块12能沿直线导轨8在台架10上自由滑动，所述步进电机6与步进电机驱动器7电连接并共同安装于台架10上，所述台架10与支撑11固接，所述支撑11与台架10固定于墙壁1上，所述人体红外感应装置5与单片机3均固接在墙壁1上，所述灯装置4与滑块12固接，并能伸缩在墙壁1内外，所述继电器13与灯管15电连接，所述继电器13、灯座14灯管15以及灯罩16固接，所述单片机3与步进电机驱动器7以及继电器13电连接，配置成人体红外感应装置5感应信号并传送至单片机3，单片机3发出指令控制步进电机6旋转以及继电器13通断电，步进电机6带动丝杠9旋转，将滑块12连同灯装置4自由伸缩墙壁1内外。所述步进电机6可正转，也可反转。所述灯装置4初始位置位于墙壁1内。当人进入感应范围内时，人体红外感应装置5将检测到的信号输出给单片机3，单片机3收到信号后给继电器13发指令，继电器闭合13，电源接通，灯装置4亮。与此同时，单片机3给步进电机驱动器7发指令，经过调节放大后驱动步进电机6工作，使其正转一定圈数，丝杠9旋转，带动滑块12运动，滑块12上的灯座装置4从墙壁1内向外移出到指定位置。

当人离开感应范围内时，人体红外感应装置5将检测到的信号输出给单片机3，单片机3收到信号后给继电器13发指令，继电器13断开，电源断开，灯装置4灭。与此同时，单片机3给步进电机驱动器7发指令，经过调节放大后驱动步进电机6工作，使其反转一定圈数，丝杠9旋转，带动滑块12运动，滑块12上的灯装置4从外向里收，回到墙壁1内原来位置。

2结论

上述设计方案为此可达到种灯具伸缩效果的一种优选实施方式，存在可行性。