基于便攜式臺(tái)燈的設(shè)計(jì)的研究

楊海祥

摘要：本文主要針對(duì)臺(tái)燈結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)部分的研究，利用臺(tái)燈的每個(gè)部分進(jìn)行了臺(tái)燈配件的匯總，做了臺(tái)燈燈光的設(shè)計(jì)。首先對(duì)臺(tái)燈的亮度和發(fā)光范圍進(jìn)行了分析，解決了燈光護(hù)眼的問(wèn)題，對(duì)臺(tái)燈的遮光性和最佳發(fā)光亮度進(jìn)行分析設(shè)計(jì)，其次確定了臺(tái)燈的部件組合以及臺(tái)燈的人體工程學(xué)的解釋，對(duì)臺(tái)燈的組合方案以及使用方法做出了解釋。最后我們建立了最優(yōu)化模型，確定了目標(biāo)方程，然后進(jìn)行約束條件的構(gòu)造，通過(guò)計(jì)算得到了臺(tái)燈配件的最優(yōu)組合方案，既滿足了耗費(fèi)最低，又滿足了重量最優(yōu)的要求。

關(guān)鍵詞：遮光性;最佳發(fā)光亮度;人體工程學(xué);目標(biāo)方程

中圖分類號(hào)：TM923.44文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-9129（2020）13-0174-01

引言：臺(tái)燈是生活中必不可少的一件家用電器，臺(tái)燈主要分為兩種，一種是裝有夾子的，另一種則是立于桌面上的，照明區(qū)域集中與一小部分，方便人們的學(xué)習(xí)與工作，一般臺(tái)燈用的是白熾燈或者節(jié)能燈，有的臺(tái)燈能夠滿足應(yīng)急照明的需要。

此次任務(wù)是幫助中小學(xué)生設(shè)計(jì)一個(gè)便攜式臺(tái)燈，要求價(jià)格成本要少于50元，重量要低于600克，造型美觀，便攜使用，將制作臺(tái)燈所需要的零件價(jià)格和重量進(jìn)行匯總，并制作一個(gè)表格。通過(guò)查閱資料給出一個(gè)保護(hù)學(xué)生視力的亮度要求。給出臺(tái)燈的設(shè)計(jì)方案和使用手冊(cè)，要體現(xiàn)它的美觀和實(shí)用性。根據(jù)零件配置設(shè)計(jì)兩個(gè)最優(yōu)方案要求臺(tái)燈的總造價(jià)最低或者重量最低。

1問(wèn)題分析

我們首先對(duì)臺(tái)燈的主要組成部分進(jìn)行分析，臺(tái)燈主要有三個(gè)部分組成，包括光源，電源，電路板，外殼以及夾子組成，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)商城的搜集我們會(huì)得到臺(tái)燈的配件價(jià)格以及重量，我們可以考慮檢索國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布網(wǎng)上的相關(guān)信息燈具，并應(yīng)從知網(wǎng)等網(wǎng)站尋找其標(biāo)準(zhǔn)制定相關(guān)內(nèi)容。其中要特別注意實(shí)用性和外觀的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)最低造價(jià)和最低重量的要求，我們可以進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化模型的建立，通過(guò)構(gòu)造目標(biāo)函數(shù)和約束條件可以求解最低造價(jià)和最低重量。

2模型建立與求解

由于孩童的眼睛距讀寫桌面的高度一般低于400mm，坐著抬頭可能看得見光源，所以需要對(duì)亮度加以限制。屏幕亮度以200cd/㎡作為限值，對(duì)LED 模組亮度則限定在 2000cd/㎡，LED 模組亮度是屏幕亮度的十倍，十倍亮度比的照明效果才認(rèn)為是舒適的。

VDT視覺(jué)作業(yè)臺(tái)燈在正常工作位置的出光口面高度低于750mm時(shí)，人采用坐姿從任何正常使用的位置上看，有上射光線的VDT視覺(jué)作業(yè)臺(tái)燈其燈罩側(cè)面的透亮面積應(yīng)不小于10cm2，透亮表面的亮度應(yīng)在510 cd/m2和170 cd/m2之間。

我們可以了解到，中小學(xué)生的眼睛發(fā)育未成熟，而通透性有大于成人的，更易受到相關(guān)影響。藍(lán)光的波長(zhǎng)在 450nm 左右，正好與人體的司辰視覺(jué)有關(guān)，它有較強(qiáng)的使人分泌褪黑色素抑制劑的能力。褪黑色素的減少會(huì)使人興奮，不入眠。長(zhǎng)此下去會(huì)影響人的免疫機(jī)制。所以我們可以得出結(jié)論，青少年學(xué)生在夜晚不建議使用高色溫的LED燈。臺(tái)燈作為日常生活照明工具的一種，已經(jīng)成為夜間工作和學(xué)習(xí)必不可少的伴侶，其設(shè)計(jì)不僅僅只是為了照明而已。隨著人們審美意識(shí)的提高，對(duì)臺(tái)燈的造型提出了更高的要求，它不僅要能夠?qū)崿F(xiàn)其照明的原始功能，還要具備視覺(jué)享受和裝飾環(huán)境的作用。產(chǎn)品想要獲得消費(fèi)者的青睞，就必須擁有一些消費(fèi)者所認(rèn)可的品質(zhì)和特征。被認(rèn)為是“有用的、好用的、希望擁有的”功能特征和造型的產(chǎn)品，往往比較容易獲得成功外觀新穎、造型獨(dú)特的產(chǎn)品更容易刺激使用者的感覺(jué)器官，給人以賞心悅目的感覺(jué)，就能夠在使用者與產(chǎn)品之間建立一種積極的聯(lián)系。臺(tái)燈與我們的生活息息相關(guān)，所以我們?cè)谠O(shè)計(jì)的時(shí)候一定要考慮到它與我們密切相關(guān)的關(guān)系，所以我們?cè)谠O(shè)計(jì)燈架高度時(shí)要注意其升降的范圍滿足絕大多數(shù)人，而且臺(tái)燈的發(fā)光范圍。不能在合理角度刺激內(nèi)直接到人眼，另外我們希望開關(guān)控制是方便舒適的。開關(guān)。尺度大小要按照人的生理結(jié)構(gòu)來(lái)設(shè)計(jì)，保證我們能在舉手投足間方便地控制臺(tái)燈。另外，臺(tái)燈的外觀色彩要盡量使用暖色系或溫和的顏色，以求和周圍環(huán)境燈光達(dá)成一種和諧的氛圍。在開關(guān)方式上，我們選擇了觸摸式感應(yīng)開關(guān)，以盡可能營(yíng)造安靜的學(xué)習(xí)工作環(huán)境。

結(jié)論：臺(tái)燈燈光嚴(yán)格按照國(guó)標(biāo)要求進(jìn)行，分析結(jié)果具有一定的嚴(yán)謹(jǐn)性。臺(tái)燈的配件組合通過(guò)多目標(biāo)優(yōu)化模型進(jìn)行求解，設(shè)計(jì)結(jié)果參數(shù)可信度強(qiáng)。臺(tái)燈的組成部分考慮較為片面，無(wú)法針對(duì)細(xì)微部件進(jìn)行設(shè)計(jì)。后續(xù)將進(jìn)行臺(tái)燈更加深入的部件進(jìn)行設(shè)計(jì)改造。我們希望我們臺(tái)燈的外觀設(shè)計(jì)是符合用戶使用直覺(jué)的，在這個(gè)角度來(lái)說(shuō)，即用戶看到我們?cè)O(shè)計(jì)的臺(tái)燈外觀按鍵之后，就能大概明白每個(gè)功能區(qū)所具有的相應(yīng)本領(lǐng)，這也是大多數(shù)設(shè)計(jì)者在追求的。在最后我們也希望臺(tái)燈在局部控制，顯示外型等方面清晰優(yōu)美，一方面有利于用戶操作;另一方面，即使在不使用的時(shí)候，臺(tái)燈也可以我們室內(nèi)的一種裝飾。

參考文獻(xiàn)：

[1]LED臺(tái)燈的設(shè)計(jì)與研究[D].榮彩霞.華南理工大學(xué)2014.

[2]陳超中，於立成，施曉紅，楊樾，王曄，陸世鳴.視覺(jué)作業(yè)臺(tái)燈技術(shù)要求研究[J].中國(guó)照明電器，2014（01）：29-35.

[3]陳超中，施曉紅，劉磊.白光LED的光生物作用特性[J].中國(guó)照明電器.2013（04）

[4]陳超中，施曉紅，王曄，劉爾立.再談“護(hù)眼臺(tái)燈”[J]..照明工程學(xué)報(bào).2012（06）