夏日电子--智能夜灯

一、系统方案

        1.1 照度调节电路方案

   方案一：采用stm32单片机产生PWM信号，并且PWM可以由一只100K电位器控制调节输出。

   方案二：采用555定时器输出PWM信号,  并且PWM可以由一只100K电位器控制调节输出。

方案选择：方案一，成本更大；方案二，电路简单，；综合考虑，使用方案二。

      

1.2 电源方案

   方案一：选用可调电源   

方案二：选用电池组和Type-C接口加升压模块组合   

方案选择：方案一，可调电源不易携带；方案二，台灯是实用性的产品，应更偏向于用户使用需求便捷性，故考虑干电池，易拆解或者Type-C接口，好更换购买；综合考虑，使用方案二。

 

1.3 灯板方案

方案一：选用条状灯带组合

方案二：选用点状灯板组合   

方案选择：方案一，如果需要题目中要求A4纸面光照整个区域内亮度均匀稳定，各点照度差小于 5%，则必须增加很多灯带，且灯带的LED更密集，功耗更大，不经济环保；方案二，点状灯板可以更自由分布，因为它面积小。它也可以在任何位置增加灯板数量或改变任何灯板的位置，简单可自定义调整。且LED灯不会太密集，节能；综合考虑，使用方案二。

 

1.4 照度显示方案

方案一：选用4位数码管

方案二：选用OLED屏幕   

方案选择：方案一，只能显示数字；方案二，可以显示文字和其他内容，有更好的显示界面；综合考虑，使用方案二。

 

二、理论分析与计算

在照度调节电路中，由于要适合LED的工作频率，于是需要计算电路中一个电容的数值。这个电容的作用是它通过充放电产生锯齿波，输入进入555定时器之中，555定时器产生PWM方波信号。而电容的充放电频率由一个100K电位器调节。其中锯齿波与方波信号频率是一样的，所以，确定了锯齿波的频率，就却定了PWM波的频率，从而可以通过调节电位器间接调节555定时器PWM输出，进而调节LED亮度。以下为电容数值的计算与确定：

电容计算（使用公式计算电位器在50%时充放电时间）

充电时间：t开=0.693*（R1+R2）*C

          t开=0.693*（1000欧+50000欧）*0.00000001F

          t开=0.00035343秒（0.35毫秒）

 

充电时间：t关=0.693*R3*C

          t关=0.693*50000欧*0.00000001F

          t关=0.0003465秒（0.34毫秒）

 

周期（T）：t开+t关        

0.00035343+0.0003465=0.00069993（0.69毫秒）

 

频率（f）：1/T      

=1/0.00069993（1.428Hz）

 

工作周期：t开/（t开+t关）=50.5%

 

其中元件取值：R1=1000欧，R2=50000欧，R3=50000欧，C=0.0000000F

 

确定电容值

由于肉眼可探测低频闪烁光线，因此LED频率不能太低。否则会看见LED在闪烁。

其中一些常见LED灯的频率对比如下：

刚计算的LED	标准家用灯	发光二极管灯板
1Hz	50-60Hz	>1400Hz

可用较大的电容器来降低较高工作频率。但是要合适，下面计算对比：

10nF小电容（高频）：	100uF大电容（低频）：
频率=1/周期 =1/0.00069993 =1.428Hz	周期=6.99秒 频率=0.14Hz

显然100uF大电容频率太低不合适，于是要选一个小电容。最后选择10nF小电容作为实验选材。

 

三．电路与程序设计

 1.照度调节电路设计

备注：其中元件选型已在原理图中标出

 

2. 照度检测电路设计

3.照度检测程序设计(keil5中的main.c程序)

#define EXAMPLE_DATE "2023-11-16"

#define DEMO_VER "1.0"

static void PrintfLogo(void);

SYSDATA_T g_tSYSDATA;

void bsp_keyProcess(void);

uint8_t buf[100]={0};

float myflux = 0.0;

uint8_t writeflag = 0;

uint8_t count; //次数

int main(void)

{

    uint8_t  i = 1; /* 按键代码 */

    uint8_t result = 0 ;

    uint8_t test[100] ="fkdjfkajkfjdskfjd12132443590549689";

    bsp_Init(); /* 硬件初始化 */

 

   // PrintfLogo(); /* 打印例程信息到串口1 */

    bsp_StartAutoTimer(3, 2000);

    printf("SYSCORE = %d \r\n",SystemCoreClock);

    for(i=0;i<100;i++)

    {

        buf[i]= 255-i;

    }

    while(1)

    {

        bsp_Idle();

        if(bsp_CheckTimer(3))

        {

            myflux = BH1750_GetLux();

            printf("当前光照值为 %0.2f\r\n",myflux);

            sprintf(buf,"%0.2fLux     ",myflux);

            

            OLED_ShowChinese(0,0,0,16,1);//光

            OLED_ShowChinese(16,0,1,16,1);//光

            OLED_ShowChinese(32,0,2,16,1);//光

            OLED_ShowString(48,0,buf,16,1);

            OLED_Refresh();

            

            g_tSYSDATA.flux = myflux;

            g_tSYSDATA.advalue = count;

            if(writeflag  == 1 )//需要存数据

            {

                if(count<20)

                {

                    printf("存入数据 次数： %02d  --> %0.02f \r\n",g_tSYSDATA.advalue,g_tSYSDATA.flux);

                    count++;

                    ee_WriteBytes((uint8_t *)&g_tSYSDATA,sizeof(g_tSYSDATA)*(count-1),sizeof(g_tSYSDATA));

                }

                else

                {

                    count =0;

                    writeflag =0;

                }

            }

        }

        bsp_keyProcess();

    }

}

 

四、测试方案与测试结果

1. 测试环境

①完全黑暗环境

②示波器：CA620T型双踪示波器

③电源：9V电池组和5.3伏Type-C输出加12V升压模块

 

2.测试方案

将整个装置置于完全黑暗环境中，以避免环境光的干扰，使用示波器检测锯齿波和555定时器发出的 pwm调制信号。调节电位器，测量在多组不同的电位器电阻阻值下流经led灯的电流大小，同时用手机软件照度计和BH1750模块照度表测量照度对比数值。用万用表测量电源输入电压和电流大小，通过功率P=电压U*电流I，计算得输入功率大小。再测量流经LED灯的电压和电流大小，通过公式计算得输出功率大小。最后计算电源效率（LED 灯板消耗功率与供电电源输出功率之比）。