負(fù)離子多功能臺燈*

裴育苗，翟浩磊，陳 沖，王 勇，秦宏偉，李瑞霞

(長治醫(yī)學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程系，山西 長治 046000)

現(xiàn)在市面上大部分的臺燈使用220V的交流電，以LED燈或白熾燈為發(fā)光源，用手動或觸摸開關(guān)來控制。這樣的臺燈雖然使用起來很方便，但同時也有一些弊端：在用電高峰期會由于電壓不穩(wěn)定而造成光源的閃動，耗電量和人工操作繁雜度也在困擾著廣大使用者[1]。我們的負(fù)離子多功能臺燈，以BISS0001和單片機(jī)組成紅外傳感控制電路，攜帶負(fù)離子發(fā)生器加電產(chǎn)生負(fù)離子，增加了有人時根據(jù)環(huán)境亮度自啟動、無人時自動關(guān)燈、糾正坐姿和倒計(jì)時功能，方便學(xué)習(xí)生活，且不會出現(xiàn)觸電現(xiàn)象，使用壽命長、沒有輻射、也不會造成污染。

1 負(fù)離子發(fā)生器[1]

在接通電源后，發(fā)生器輸入的交流電經(jīng)保護(hù)電路處理后，經(jīng)由脈沖電路限流，得到高壓電，經(jīng)過處理后得到純凈的負(fù)壓，負(fù)壓連接到尖端，利用尖端直流高壓產(chǎn)生高電暈，制造并釋放電子，與空氣中的氧結(jié)合形成負(fù)氧離子。其特征在于：

1) 負(fù)離子的釋放裝置：在于制造并釋放負(fù)離子。

2) 電壓變換電路：負(fù)極的輸出與釋放裝置相連接，將輸入電壓轉(zhuǎn)換為工作電壓，釋放的電壓大于20 000 V。

3) 導(dǎo)電體：與上述電路正極輸出相連接，為環(huán)形或平面導(dǎo)電體。

4) 釋放束：在預(yù)電壓下產(chǎn)生并釋放負(fù)離子，釋放束內(nèi)多個釋放金屬。

5) 導(dǎo)電桿：設(shè)置在固定基座上，釋放束和露點(diǎn)。

6) 釋放金屬絲：長度∈(1,3)cm，直徑∈(0.1,0.2)mm，其表面有碳納米薄膜。

2 系統(tǒng)組成及電路設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)主要由傳感器、MCU、蜂鳴器、數(shù)碼管、按鍵和燈等組成，如圖1所示。以專門感應(yīng)人體紅外信號的熱釋電紅外傳感器為基礎(chǔ)，以BISS0001信號處理電路，利用單片機(jī)進(jìn)行處理，以達(dá)到便于控制的目的。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.1 信號檢測及處理部分[2]

信號的檢測與處理部分由三個傳感器組成,主要用來感知是否有人在。采用熱釋電紅外傳感器，該傳感器不會感應(yīng)除人體以外的其他物體，在自動控制下，人離開30 s后，臺燈會自動關(guān)閉；光敏電阻是感知臺燈周圍的明暗；紅外測距傳感器用來測量人與臺燈的距離，當(dāng)距離較近時，蜂鳴器會有相應(yīng)的聲音警告。數(shù)碼管由4位1體共陽管，通過8550驅(qū)動構(gòu)成。

在本設(shè)計(jì)中，探測器本身不發(fā)出能量，只接收自然界的能量或能量變化，依靠此來完成探測目的。它的特點(diǎn)是有人進(jìn)入探測器的探測范圍內(nèi)時，會引起紅外輻射的變化，從而產(chǎn)生信號報警。

熱釋電紅外傳感器只對波長為10μm左右的紅外輻射敏感，對人體以外的物體不會引發(fā)感應(yīng)。探頭內(nèi)部有熱釋電元件，而且兩個電極的方向相反，環(huán)境對熱釋元件有相同的作用，產(chǎn)生的釋電效應(yīng)抵消，無信號輸出。當(dāng)有人出現(xiàn)在探測范圍內(nèi)時，人體紅外輻射聚焦，熱釋電元接收，由于熱釋電元收到的熱量不同，熱釋電不同，無法抵消，于是有檢測信號產(chǎn)生。BISS0001是數(shù)?；旌蠈Ｓ玫募呻娐?，周圍環(huán)境比較亮?xí)r，光敏電阻的阻值較小，會檢測到低電平，此時禁止傳感器信號，反之，周圍環(huán)境比較暗時，光敏電阻阻值較大，檢測到高電平，產(chǎn)生微弱的信號，經(jīng)過信號放大濾波電路、延時電路，信號從2腳輸出。圖2是信號檢測和處理電路。

圖2 信號檢測及處理部分

2.2 燈光控制電路

圖3是燈光控制電路，LED并聯(lián)，負(fù)極接地，正極接在Q1的集電極，當(dāng)IO口輸出高電平，Q2導(dǎo)通，Q1的基極被拉低，Q1導(dǎo)通，并聯(lián)的LED燈的正極接電源，燈亮；當(dāng)IO口低電平時，Q2截止，Q1的基極被拉高，Q1截止，并聯(lián)的LED燈的正極不接電源，燈滅；當(dāng)IO口變化很快時，通過PWM控制燈的亮度。

圖3 單片機(jī)燈光控制電路

2.3 測距傳感器[3]

一種集發(fā)射與接收于一體的光電傳感器。以光電元件作為檢測元件的。工作過程中，該傳感器首先將被測量的變化轉(zhuǎn)化為光信號的變化，然后再通過光電元件的作用，將光信號變化進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為電信號。本產(chǎn)品中使用的傳感器一般情況下輸出高電平，有物體進(jìn)入檢測范圍內(nèi)時，會輸出低電平，將信號傳輸給單片機(jī)后，會發(fā)生警告，以此來實(shí)現(xiàn)測距警告。

圖4 測距模塊電路圖

3 軟件程序設(shè)計(jì)

采用89C51單片機(jī)，該單片機(jī)的價格較低、功能強(qiáng)大、操作簡單使用量極高。用該單片機(jī)接收、處理信號，控制臺燈顯示、報警功能；蜂鳴器根據(jù)MCU發(fā)出的命令工作；燈由三極管驅(qū)動，通過IO口輸出脈沖，控制燈的亮度。圖5為芯片控制流程圖，圖6為按鍵控制流程圖。

圖5 芯片控制流程圖

圖6 按鍵控制流程圖

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

本臺燈有自動和手動兩種控制模式。自動模式時，臺燈可以根據(jù)周圍環(huán)境的明亮程度與人是否到達(dá)感受器的感受范圍內(nèi)，自動開啟、關(guān)閉光源。臺燈內(nèi)設(shè)有人體紅外輻射傳感控制電路，當(dāng)檢測到有人出現(xiàn)在感應(yīng)范圍內(nèi)時，會根據(jù)周圍環(huán)境的明暗程度判斷是否自啟動光源，而當(dāng)人離開時則自動關(guān)燈；當(dāng)坐姿不端正，過于接近桌面時，蜂鳴器會發(fā)出警告，矯正坐姿。除此之外，我們還在臺燈上增加了倒計(jì)時的功能，在使用者設(shè)定使用時間后，顯示器會進(jìn)入倒計(jì)狀態(tài)，計(jì)時結(jié)束后，會發(fā)出提醒聲。

此外，臺燈上的負(fù)離子發(fā)生器，將輸入電流經(jīng)過電路處理后，通過脈沖電路，實(shí)行限流，在通過一系列線路后最終在尖端放電，產(chǎn)生負(fù)離子，與空氣中的氧結(jié)合后形成負(fù)氧離子，給使用者帶來意想不到的護(hù)理輔療效果。

5 結(jié)束語

結(jié)合當(dāng)下消費(fèi)者的需求，負(fù)離子多功能臺燈在滿足傳統(tǒng)臺燈基本照明功能的前提下，增加了坐姿矯正、倒計(jì)時提醒、人走燈滅等功能。另外，還增加了負(fù)離子發(fā)生器，旨在改善消費(fèi)者的學(xué)習(xí)、工作環(huán)境，提高工作效率。