可调台灯 - 嘉立创EDA开源硬件平台

一.前言

今年电赛可谓是一波三折推迟再推迟，但这也让我们有了更多的准备时间，今年暑假连家都没回，一直在学习研究球形车和电磁方面的知识，直到比赛开始，发现，，，白准备了，，，都没用上；取消了综合测评导致提前准备的综合测评方面的电路也完全没用上。开赛后我作为搞电路的就选了台灯这个题，在团队几个人昼夜不休的努力下最终终于获得了国一，在此把作品分享给大家！

二.团队介绍

队员： 宋奥辉 许世鹏 王帅迪

指导教师： 倪鹏 

成员均为 长春工业大学应用技术学院机械与电子创新协会电控实验室成员

三.题目分析

设计并制作一个照度稳定可调的 LED 台灯和一个数字显示照度表。调光台灯 由 LED 灯板和照度检测、调节电路构成。

1．基本要求

（1）数字显示照度表由电池供电，相对照度数字显示不少于 3 位半，不需照 度校准。数字显示照度表检测头置于调光台灯正下方 0.5 米处，调整台灯亮度，最 大照度时显示数字大于 1000；遮挡检测头达到最低照度时显示数字小于 100。台灯 亮度连续变化时，数显也随之连续变化。亮度稳定时，数显稳定，跳变不大于 10。 数字显示照度表和调光台灯间不能有信息交换。

（2）调光台灯输入电压 Vi：直流 10V～15V，Vi 变化不影响亮度。

（3）亮度从最亮到完全熄灭连续可调，无频闪（LED 灯板供电电压纹波小于 5%）。 （4）台灯供电电压为 12V 时, 电源效率（LED 灯板消耗功率与供电电源输出 功率之比）不低于 90%。 

2．发挥部分

（1）将台灯调整到最大亮度，在其下方 0.5 米距离处放置一张 A4 白纸，要求 白纸整个区域内亮度均匀稳定，各点照度差小于 5%。台灯的照度检测头可有多个， 位于 A4 纸面以外的任何位置。

（2）用另一调至最大亮度的 LED 灯板作为测试用环境干扰光源，改变距离实 现干扰光强变化。当环境光缓慢变化时，最弱最强变化时长不小于 10 秒，台灯能 自动跟踪环境光的变化调节亮度，保持纸面中心照度变化不大于 5%;当环境光突变 时，最弱最强变化时长不大于 2 秒，纸面中心照度突变变化不大于 10%。当环境光 增强直至台灯熄灭，纸面中心照度变化不大于 10%。

唉，，玩了几年灯了，，，好不容易弃坑，，，又来了，，，

四.作品组成

作品主要由LED灯板，Arduino nano开发板， mini360降压模块，IIC LCD1602液晶屏，LM321运算放大器，BH1750照度传感器模块等构成。

五.整体框图：

各模块作用：

LED灯板：主要用3.3V功率为1W的LED，由于时间紧迫，所以我们直接用洞洞板焊了一块LED灯版，为了解决散热问题，我们全用的降压工作，根本不用考虑散热问题，每个LED实际功率均为额定功率的10%--20%左右，虽然造成了功率浪费，但拥有了超高的光效。LED灯板采用了多区域单独可控的方案，并且设置了几个小功率的LED灯珠作为补光，极大的提高了光照均匀度。

 主控：采用Arduino nano开发板作为核心控制板，选它最主要的原因是这玩意我们实验室库存充足，不用为了买件浪费宝贵的比赛时间，而且功能速度完全满足要求。

mini360降压模块：用了两块mini360模块，一块用来降压给单片机等5v设备供电，另一个为LED灯板恒压供电；该模块采用MP1584EN高效率电压转换芯片，该芯片为可调非隔离降压芯片，最大输出电流可达3a，我们对电路进行了优化设计，纹波可稳稳地控制在2%以内，效率最高可达95%以上，而且成本低廉，单片仅2—5元。

IIC LCD1602液晶屏：使用IIC接口的屏幕，不仅节省了屏对I/O口的占用，还降低了工作量，节约时间；其中我们特地改装1602转IIC转接板，降低LCD背光亮度来提高整个设备的工作效率（虽说降不了多少，但是能降一点就降一点）

LM321运算放大器：作为灯板电流信号取样放大用的，原来选用的是tp09，但发现耐压太低太低（只有6v）容易被电压尖峰烧掉，后来选用了lm321，耐压高，功耗低，还便宜。（看见图中两个焊点大小的lm321没，贼小，哈哈）

传感器：光照传感器采用BH1750，精度高，自带滤波，直接就能用，而且价格便宜，一块大概7 8块。

本作品显示屏可以实时显示台灯灯板端电流电压，功率等数据，用电阻取样电压信号，电阻取样电流信号，两级低通滤波器滤波，lm321放大电流信号，输出再滤波，数据均用万用表和示波器验证校准过（我们这只有万用表和示波器可以校准了，实在没有好点的仪器，示波器和电源还但是实验室几十年前的）

电流和电压取样电阻部分                                             放大及滤波部分

实物如下：

（实验室数十年前的示波器和电源）

整个作品的实际消耗大概是在300人民币以内（除电源及仪器等）。

代码为arduino IDE 编写，需要用到3个库，分别为IIC库、软串口库、IIC转LCD1602库，这些都是标准库，可以轻易的在网上找到并下载。

具体代码可到如下链接下载。

程序源码：https://wwi.lanzout.com/il2avxz1zti

本作品为2021年全国大学生电子设计竞赛高职组K题，照度稳定可调台灯。

原理图

台灯部分总图，分块的图全包含在里边了，可以放大看

照度计总图，一图即所有！