负离子多功能台灯*

2020-08-20裴育苗翟浩磊秦宏伟李瑞霞

山西电子技术 2020年4期

裴育苗，翟浩磊，陈冲，王勇，秦宏伟，李瑞霞

(长治医学院生物医学工程系，山西长治 046000)

现在市面上大部分的台灯使用220V的交流电，以LED灯或白炽灯为发光源，用手动或触摸开关来控制。这样的台灯虽然使用起来很方便，但同时也有一些弊端：在用电高峰期会由于电压不稳定而造成光源的闪动，耗电量和人工操作繁杂度也在困扰着广大使用者[1]。我们的负离子多功能台灯，以BISS0001和单片机组成红外传感控制电路，携带负离子发生器加电产生负离子，增加了有人时根据环境亮度自启动、无人时自动关灯、纠正坐姿和倒计时功能，方便学习生活，且不会出现触电现象，使用寿命长、没有辐射、也不会造成污染。

1 负离子发生器[1]

在接通电源后，发生器输入的交流电经保护电路处理后，经由脉冲电路限流，得到高压电，经过处理后得到纯净的负压，负压连接到尖端，利用尖端直流高压产生高电晕，制造并释放电子，与空气中的氧结合形成负氧离子。其特征在于：

1) 负离子的释放装置：在于制造并释放负离子。

2) 电压变换电路：负极的输出与释放装置相连接，将输入电压转换为工作电压，释放的电压大于20 000 V。

3) 导电体：与上述电路正极输出相连接，为环形或平面导电体。

4) 释放束：在预电压下产生并释放负离子，释放束内多个释放金属。

5) 导电杆：设置在固定基座上，释放束和露点。

6) 释放金属丝：长度∈(1,3)cm，直径∈(0.1,0.2)mm，其表面有碳纳米薄膜。

2 系统组成及电路设计

本系统主要由传感器、MCU、蜂鸣器、数码管、按键和灯等组成，如图1所示。以专门感应人体红外信号的热释电红外传感器为基础，以BISS0001信号处理电路，利用单片机进行处理，以达到便于控制的目的。

图1 系统结构图

2.1 信号检测及处理部分[2]

信号的检测与处理部分由三个传感器组成,主要用来感知是否有人在。采用热释电红外传感器，该传感器不会感应除人体以外的其他物体，在自动控制下，人离开30 s后，台灯会自动关闭；光敏电阻是感知台灯周围的明暗；红外测距传感器用来测量人与台灯的距离，当距离较近时，蜂鸣器会有相应的声音警告。数码管由4位1体共阳管，通过8550驱动构成。

在本设计中，探测器本身不发出能量，只接收自然界的能量或能量变化，依靠此来完成探测目的。它的特点是有人进入探测器的探测范围内时，会引起红外辐射的变化，从而产生信号报警。

热释电红外传感器只对波长为10μm左右的红外辐射敏感，对人体以外的物体不会引发感应。探头内部有热释电元件，而且两个电极的方向相反，环境对热释元件有相同的作用，产生的释电效应抵消，无信号输出。当有人出现在探测范围内时，人体红外辐射聚焦，热释电元接收，由于热释电元收到的热量不同，热释电不同，无法抵消，于是有检测信号产生。BISS0001是数模混合专用的集成电路，周围环境比较亮时，光敏电阻的阻值较小，会检测到低电平，此时禁止传感器信号，反之，周围环境比较暗时，光敏电阻阻值较大，检测到高电平，产生微弱的信号，经过信号放大滤波电路、延时电路，信号从2脚输出。图2是信号检测和处理电路。

图2 信号检测及处理部分

2.2 灯光控制电路

图3是灯光控制电路，LED并联，负极接地，正极接在Q1的集电极，当IO口输出高电平，Q2导通，Q1的基极被拉低，Q1导通，并联的LED灯的正极接电源，灯亮；当IO口低电平时，Q2截止，Q1的基极被拉高，Q1截止，并联的LED灯的正极不接电源，灯灭；当IO口变化很快时，通过PWM控制灯的亮度。

图3 单片机灯光控制电路

2.3 测距传感器[3]

一种集发射与接收于一体的光电传感器。以光电元件作为检测元件的。工作过程中，该传感器首先将被测量的变化转化为光信号的变化，然后再通过光电元件的作用，将光信号变化进一步转化为电信号。本产品中使用的传感器一般情况下输出高电平，有物体进入检测范围内时，会输出低电平，将信号传输给单片机后，会发生警告，以此来实现测距警告。

图4 测距模块电路图

3 软件程序设计

采用89C51单片机，该单片机的价格较低、功能强大、操作简单使用量极高。用该单片机接收、处理信号，控制台灯显示、报警功能；蜂鸣器根据MCU发出的命令工作；灯由三极管驱动，通过IO口输出脉冲，控制灯的亮度。图5为芯片控制流程图，图6为按键控制流程图。

图5 芯片控制流程图

图6 按键控制流程图

4 实验结果与分析

本台灯有自动和手动两种控制模式。自动模式时，台灯可以根据周围环境的明亮程度与人是否到达感受器的感受范围内，自动开启、关闭光源。台灯内设有人体红外辐射传感控制电路，当检测到有人出现在感应范围内时，会根据周围环境的明暗程度判断是否自启动光源，而当人离开时则自动关灯；当坐姿不端正，过于接近桌面时，蜂鸣器会发出警告，矫正坐姿。除此之外，我们还在台灯上增加了倒计时的功能，在使用者设定使用时间后，显示器会进入倒计状态，计时结束后，会发出提醒声。

此外，台灯上的负离子发生器，将输入电流经过电路处理后，通过脉冲电路，实行限流，在通过一系列线路后最终在尖端放电，产生负离子，与空气中的氧结合后形成负氧离子，给使用者带来意想不到的护理辅疗效果。