2021年 电赛K题 LED稳定可调台灯 - 嘉立创EDA开源硬件平台

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标准版 2021年 电赛K题 LED稳定可调台灯

简介:该题为2021年全国大学生电子设计竞赛K题,可调LED调光装置,咱们废话不多少,直接上硬货!!!

开源协议: GPL 3.0

(未经作者授权,禁止转载)

创建时间: 2021-12-08 22:46:41
更新时间: 2024-03-18 18:19:21
描述
一.前言
 
由于电赛延期至11月份,使得我们有了更多的准备时间,前期队伍一直辛苦在研究单片机编程,准备了很多电路,例如DCDC电源转换,传感器,stm32单片机等由于这次准备充分,让我们团队取得了好成绩。
二.团队介绍
 
队员: 吴云华 张海丰 姚纪鑫 
指导教师: 曹阳 曾春 
成员来自重庆工商职业学院电子信息工程学院 应用电子技术和物联网应用技术。
 
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%。

 

当我看到题目时,这不是我们熟悉的点灯吗,然后就选择了它,觉得这题很nice,制作时最大问题在于LED灯板的布局摆放位置,稍微没布置好就会导致灯光的均匀度受到影响。

 

四.作品组成
 
作品由LED灯板,STM32H750核心板,旋转编码器,TPS92200D恒流源驱动,12V电池组,MPS2236  12V转5V模块,USART HMI触摸屏。
 

五.整体框图:

 

 
各模块作用:
 
12V转5V模块:采用MPS2236作为核心控制,特点是此芯片的输出功率足够强,最大电流为6A,输出纹波也特别小,4A输出时经过测量电源纹波30MV左右,再加上本身效率就超过了92%,成本要很低,自己制作成本也就10块左右。
 
 
 
主控:采用STM32H750作为核心板,一是处理速度快,二是价格比F1系列便宜,所以我们选择了它。价格在100左右。
 
 
编码器:采用旋转编码器,旋转编码器是用来测量转速并配合PWM技术可以实现快速调节装置,且价格便宜只有2块。
 
wGkEKKEoH00fX82F6nAnv1VlsKAk1dcBCBVUwDSM.png
 
恒流驱动:led的恒流驱动采用德州仪器的TPS92200D为核心控制器件,特点是效率高本身就效率超过92%,可以工作在两种模式下一种是直流模式,一种是PWM模式,可以根据实际情况选择工作模式,此芯片价格昂贵,一块芯片价格在100块钱左右。
 
 
 
传感器:光照传感器采用BH1750,应用方法简单,采用模拟IIC读取数据,价格便宜,只需要8块钱。
 
 
LED灯板:采用3.3V功率为1W的LED,PCB基材必须采用铝基板,扇热不良会导致LED的亮度有所变化,如果1W的亮度不够可以采用3W的,我们是将LED串联使用的,在灯珠下方摆放了一块均光板,使得光照均匀,利用一块大的覆铜板对led散热。
 
 
实物如下:
 
 
整个作品的实际消耗是在300人民币以内。
 
 
本作品为2021年全国大学生电子设计竞赛高职组K题,稳定可调台灯。
设计图
原理图
1 /
PCB
1 /
未生成预览图,请在编辑器重新保存一次
ID Name Designator Footprint Quantity
1 100nF C1,C3,C4 C0603 3
2 10uF C2 CAP-SMD_L3.2-W1.6-R-RD 1
3 10uF C5,C8 C0805 2
4 0.1uf C6,C7 C0805 2
5 TPS92200D D1 SOT-23-6_L2.9-W1.6-P0.95-LS2.8-BL 1
6 SD103 D2 SOD-523_L1.2-W0.8-LS1.6-RD 1
7 HDR-F-2.54_1x5 H1,H2 HDR-F-2.54_1X5 2
8 HDR-M-2.54_1x1 J1 HDR-M-2.54_1X1 1
9 10uh L1 IND-SMD_L10.4-W10.3 1
10 SC662K-3.3V LDO1 SOT-23-3_L2.9-W1.3-P1.90-LS2.4-BR 1
11 LED LED1,LED2,LED3,LED4,LED5,LED6,LED7,LED8,LED9 LED 9
12 SS8050 Q1 SOT-23-3_L2.9-W1.3-P1.90-LS2.4-BR 1
13 1K R1,R3 R0603 2
14 10K R4,R5,R6,R8,R9,R16 R0603 6
15 50m R7 R2512 1
16 BH1750FVI-TR U1 WSOF-6_L2.6-W1.6-P0.50-TL-EP 1
17 BAT B1 BAT-SMD_CR1220-2 1
18 0.1u C9,C12,C14,C15,C16,C21,C22,C23,C26,C27,C28,C29,C30,C31,C13 C0603 15
19 10uF C10,C11 C0603 2
20 10pF C17,C18 C0603 2
21 22PF C19,C20 C0603 2
22 2.2uF C24,C25 C0603 2
23 5V1 D3 SOD-523_L1.2-W0.8-LS1.6-RD 1
24 BAT54C D4 SOT-23-3_L2.9-W1.3-P1.90-LS2.4-BR 1
25 0.75A F1 F0603 1
26 FPC-05F-24PH20 FPC1 FPC-SMD_24P-P0.50_FPC-05F-24PH20 1
27 HDR-F-2.54_1x8 H3 HDR-F-2.54_1X8 1
28 X6521WV-2×22H-C30D60 H4,H5 HDR-TH_44P-2.54-V-M-R2-C22-S2.54 2
29 key K1,K2,K3 SW-SMD_L6.5-W3.6-LS8.0 3
30 绿色 LED10,LED11 LED0603-RD 2
31 510 R10,R11 R0603 2
32 0 R12,R13,R14,R15 R0603 4
33 SD/TF U2 TF-SMD_AXA2R73061P 1
34 AMS1117-3.3 U3 SOT-223-3_L6.5-W3.4-P2.30-LS7.0-BR 1
35 STM32H750VBT6 U4 LQFP-100_L14.0-W14.0-P0.50-LS16.0-BL 1
36 W25QXX U5 SOIC-8_L4.9-W3.9-P1.27-LS6.0-BL 1
37 P1 USB1 MICRO-USB-SMD_MICRO-4P-DIP-JB 1
38 32.768K X1 OSC-SMD_2P-L1.6-W1.0 1
39 25MHz X2 OSC-SMD_2P-L5.0-W3.2 1
40 220pF C32 C0805 1
41 100nF C33,C36,C37 C0805 3
42 22uF C34,C35,C39,C40 C0805 4
43 1uF C38 C0805 1
44 SMAJ70A D5 SMA_L4.4-W2.8-LS5.4-RD 1
45 3.3uH L2 IND-SMD_L11.5-W10.0_FXL1040 1
46 绿色 LED12 LED0805-RD 1
47 1K R17 R0805 1
48 100K R18,R21 R0805 2
49 13.7K R19 R0805 1
50 10 R20 R0805_NEW 1
51 MP2236 U6 SOT-23-8_L2.9-W1.6-P0.65-LS2.8-BR 1

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