毕业设计论文触摸式调光台灯设计管理资料.docx
《毕业设计论文触摸式调光台灯设计管理资料.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕业设计论文触摸式调光台灯设计管理资料.docx（25页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
毕业设计论文触摸式调光台灯设计管理资料
学士学位毕业设计（论文）
触摸式调光台灯设计
学生姓名：
学号：
2XX
指导教师：
所在学院：
信息技术学院
专业：
电子信息工程
中国·大庆
2013年5月
摘要
台灯是人们生活中用来照明的一种家用电器。
随着社会的发展和科技的进步，台灯的种类、样式，以及其功能越来越多。
技术上在不断的突破和完善，满足了人们的日常需求。
此次设计的触摸式调光台灯相比传统的按键式台灯更为方便和灵敏。
采用LED灯更加的节能和环保，而且还可以根据不同人的需求调节不同的亮度。
本文介绍了以SGL8022W芯片为控制核心，用12V稳定电源，通过触摸来调节不同光度。
该触摸式调光台灯电路并不复杂，很大程度上节省电能，延长LED灯寿命，经济适用。
本次课题的研究不仅可以使自己更加了解专业知识还可以对市场上台灯的设计起到一定的参考作用，设计出更加合理便捷的产品来满足人们生活中的需要。
关键词：
触摸式LED台灯SGL8022W调光
ABSTRACT
Thelampisusedtoilluminateahouseholdappliancesinpeople'slives.Withthedevelopmentofsocietyandtheadvancementoftechnology,lamptype,style,andmoreandmorepowerful.Technicalbreakthroughinconstantandperfect,tomeetthedailyneedsofthepeople.Thedesignofthetouchlampdimmercomparedtotraditionalpush-buttonlampismoreconvenientandsensitive.LEDlightsmoreenergy-savingandhealth,butalsoaccordingtotheneedsofdifferentpeopleofdifferentbrightness.ThisarticledescribesthattheSGL8022Wchipasthecontrolcore,stablepowersupplywith12Vtouchtoadjustthedifferentluminosity.Thetouchdimmerlampcircuitisnotcomplicated,largelytosaveenergyandprolongthelifeofLEDlights,affordable.Theresearchprojectscannotonlyabetterunderstandingofexpertisecanalsoplayareferenceroleinthedesignofthelampmarketdesignmorereasonableandconvenientproductstomeettheneedsofourlives.
Keywords:
TouchLEDlampSGL8022WDimming
前言
随着经济发展的加快，科学技术的进步,人们生活水平得到了不断提高,设备逐渐地完善。
台灯是生活中的伴侣，我们是不喜欢与强烈的光线打交道的，因为强光对人身体是有害的。
为了大家能健康地生活与工作，设计师也想出了一个较为完美的构思，就是台灯的出现。
它的出现让很多朋友们得到了满意的效果，但是生活中没有完美的东西。
台灯亦不例外，这就需要我们的改进。
很多人还是比较喜欢触模式台灯，手一触到台灯的感应部位灯就会自动亮，如果多触摸几下，台灯就会达到最亮的极限，这样就可以调节了台灯的亮度。
同时也避免了开关易坏和调节亮度易失灵的弊端。
触摸式调光灯的易用性和多功能性受到了广大使用者的好评。
本论文介绍了触摸式台灯调光电路的设计及工作过程。
本设计目的是通过设计工作熟悉触摸式调光灯电路基本构成与基本工作原理，并能将这些技术应用实际系统设计，提高自己对电路知识的认识。
1绪论
台灯是人们生活中用来照明的一种家用电器。
它一般分为两种，一种是立柱式的，一种是有夹子的。
随着社会的发展和科技的进步，台灯的种类、样式，以及其功能越来越多。
它的工作原理主要是把灯光集中在一小块区域内，便于工作和学习。
一般台灯用的灯泡是白炽灯或者节能灯泡，还有一种就是市面上流行的护眼台灯，有的台灯还有应急功能，用于停电时无电照明已用来应急。
IngoMaurer是生于1931年的德国设计师。
大大小小的设计杂志上似乎都不得不提到这位“光之诗人”。
而几乎毫无疑问的IngoMaurer是这个世界上对光（灯）投入了最多心血和智慧的设计师。
距今为止IngoMaurer设计了120多种不同类型的灯和照明装置，而世界上更是有着无以记数的展会现场，公共空间，建筑设施，私人处所的美妙氛围是由IngoMaurer所一手营造。
IngoMaurer最早的自发地接触到光（灯）的设计来源于其对灯的着迷，他为之形容为“perfectunionoftechnologyandpoetry”（技术与诗意的完美结合）。
1966年IngoMaurer受惠于波普艺术设计了其第一件作品：
一款拥有有巨大灯泡的台灯，完成了其向电灯的发明者爱迪生的敬礼。
此后的30多年间，IngoMaurer一直为光――简单之美的诗意追求而不断创造。
1992年，Lucellino带着诗意的天使翅膀飘落人间――这也是IngoMaurer最受赞誉和畅销的作品。
工作在慕尼黑的“诗人”既不是极简主义者也不种牢牢守着那些设计理论的设计师。
只有对“无限多样性”的追求才是IngoMaure的一件件作品所要平静地阐发的。
对他而言，设计不过是一种可以从日常生活就能获取灵感的有趣科学。
一件件的作品的创作可以说也就是一次次和灵感的偶遇，IngoMaurer用他安静的敏锐将它们（灵感）捕获，再用他诗人的气质将一切的美展现给一双双为之闪亮的双眸。
而IngoMaure对光的材料的研究尝试和革新才是其塑造一件件诗意作品的前提。
从还在学生时代作学校的印刷工起Ingo就一直思考这用“纸”来塑造光的形状。
1980年的Lampampe和1997年的Zettel’z就是来于纸的创造。
而对织物的运用以及塑造雕塑般的视觉效果则是Ingo设计中的又一大特色。
而IngoMaure还走在技术的前沿，是一个“先锋诗人”。
LED（发光二极管）技术刚出现，IngoMaure马上就把其运用到了LaBellissimaBrutta（1997）的设计上，让新技术散发诗的光芒。
其后作品ohoodoo（1999）,Stardust（2000）（2001）的设计则无一不继续延续了IngoMaure试验风格和技术先锋的诗意设计美学[1]。
随着社会的发展，人们逐渐淘汰了传统的按键开关，开始接受触摸开关。
触摸调光、触摸开关已经很成熟，主要是台灯和楼道灯用。
原理大致是手指接触金属电极时，人体感应附近的50Hz交流电作为杂波触发控制电路，或者人体的对地电阻改变内部的RC振荡频率和相位。
一般触摸时要求手指接触裸露的金属片，这一类电路内部大多使用不隔离的电源供电，直接触摸上去总给人一种不够安全的感觉。
有的触摸片上有一层薄薄的绝缘漆，不过也好不了多少。
还有一个是老问题：
带手套时触摸不起作用。
有一种新一代的电容式触摸感应技术，通过检测手指接近时，金属电极与手指之间微小的电容变化，来检测触摸动作，可以隔着绝缘面板起作用，能穿透几毫米厚的塑料、玻璃等绝缘材料[2]。
使用这种技术的电容式触摸按键，已经在电磁炉、微波炉和手机出现。
电极与手指之间隔几毫米的绝缘物的话，等效电容值应该是很小的，技术实现原理与传统的触摸按键大不相同。
用这种电容式触摸感应技术，可以做出完全绝缘的触摸调光灯、触摸开关，感应电极安装在绝缘外壳或面板的背面，手指只在面板上触摸，确保了人身安全。
LED台灯
LED台灯就是以LED（LightEmittingDiode）即发光二极管为光源的台灯，LED是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。
LED照明又称固态照明，作为继白炽灯、荧光灯后的第三代照明技术，具有节能、环保、安全可靠的特点，固态光源是被业界看好的未来十年替换传统照明器具极具潜力的新型光源，代表照明技术的未来。
发展新固态照明，不仅是照明领域的革命，而且符合当前政府提出的“建设资源节约型和环境友好型社会”的要求[3]。
图1为LED灯实例。
图1LED实例
LED光源发射的白光之所以能够形成主要是靠450～455NM波长的蓝光激发荧光粉，其中波长越低击发能力越强。
通常LED光源的出厂波长控制在500NM之内，一般是450～455NM或455～460NM，都属于辐射伤害最强的区段。
如果波长变大，那么激发荧光粉的能力就下降，发光效率就会降低。
生产厂家为了追求亮度，通常会加强LED光源的蓝光强度，人眼如果长期看这样的光源，难免眼睛会受到蓝光伤害。
另外，还有一点，LED灯点灯的时间越长，光源中的荧光粉衰减越快，结果就会导致人眼接触的蓝光波段的光照越来越强烈，从而对人眼造成伤害。
提醒大家，不要让眼睛长时间注视过亮的LED光源，以免眼睛受损。
研究意义
随着社会的发展以及科技的进步，人们的生活水平不断提高。
同时，人们对生活以及生活用品的要求也在提高。
设计人员也在不断的研究、创新，不断的满足人们的需求。
触摸式调光台灯的出现，不仅是灯光照明领域的一大技术突破，而且使人们晚上学习、工作更加的便捷和舒适。
此次设计相比传统的按键式台灯更为方便和灵敏。
采用LED灯更加的绿色环保，高效节能。
照度充足，满足普通照明需求。
而且还可以根据不同人的需求调节不同的亮度。
本文介绍了以SGL8022W芯片为控制核心，用12V稳定电源，通过触摸来调节不同光度。
该触摸式调光台灯在很大程度上节省电能，延长LED灯寿命，经济适用。
本次课题的研究不仅可以使自己更加了解专业知识还可以将该设计应用于现实，直接使用。
同时，对市场上台灯的设计起到一定的参考作用，设计出更加合理便捷的产品来满足我们生活中的需要。
方案一：
采用传统的电位器调光，此方案需要的元件、电路和制作都很简单，达不到毕业设计的要求。
方案二：
基于C51单片机和PWM调光的LED台灯以STC89C51作为主控芯片，设置了手动控制和自动控制。
在手动控制时，分为三档，输出不同的PWM占空比对LED的电流进行控制，从而实现了对光度的手动调节[4]。
这种方案适合按键控制。
另外，使用单片机来控制触摸式台灯亮度，有点大材小用，而且并不适用。
方案三：
以SGL8022W为核心元件，采用LED灯，通过人体的杂波作为输入信号，改变电压实现调光。
这种方法电路难度适中，触摸灵敏，而且功能多，适宜做台灯。
根据设计要求以及实用性我们选择方案三。
该方案采用LED灯，节能环保。
同时使用SGL8022W芯片，有触摸灵敏、抗干扰能力强、亮度随意调节等优点。
可以实现三级调光和其他有记忆无记忆调光功能。
综合考虑，我们选择第三个方案来设计触摸式调光台灯。
2硬件电路设计
本设计采用12V直流电源供电，通过78L05三端稳压电源调整器之后输出5V直流电，然后通入SGL8022W触摸芯片。
触摸开关可以实现对LED灯的多功能调光。
备用开关作为作为LED灯的附加控制器，当触摸开关不灵敏或触摸芯片出现故障时，备用开关可以作为应急控制开关。
总体设计框图如下图（图2）所示。
图2设计框图
根据设计框图以及实现各个功能所用的元件，设计出总电路图。
该电路图包含电源模块、供电模块、主控电路、LED驱动模块。
图3为整体设计电路图，图4为整体电路模块图。
图3整体电路图
图4整体模块图
12V直流电源设计
直流稳压电源是一种将220V工频交流电转换成稳压输出的直流电压的装置。
它需要变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成[5]。
图5为直流稳压电源原理框图。
图6为12V电源原理图。
图5直流稳压电源原理框图
图612V电源原理图
通常直流稳压电源使用电源变压器来改变输入到后级电路的电压。
电源变压器由初级绕组、次级绕组和铁芯组成。
初级绕组用来输入电源交流电压，次级绕组输出所需要的交流电压。
通俗的说，电源变压器是一种电→磁→电转换器件。
即初级的交流电转化成铁芯的闭合交变磁场，磁场的磁力线切割次级线圈产生交变电动势[6]。
次级接上负载时，电路闭合，次级电路有交变电流通过。
整流电路的主要作用是由整流电路、直流中间电路和逆变电路三部分以及有关的辅助电路组成。
在电流型变频器中整流电路的作用相当于一个直流电流源，而在电压型变频器中整流电路的作用则相当于一个直流电压源。
经过变压器变压后的仍然是交流电，需要转换为直流电才能提供给后级电路，这个转换电路就是整流电路[7]。
在直流稳压电源中利用二极管的单项导电特性，将方向变化的交流电整流为直流电。
整流电路的种类有：
半波整流电路、全波整流电路、桥式整流电路。
为了克服半波整流和全波整流的缺点，在本设计中整流电路采用最常用的桥式整流电路。
桥式整流电路使用普通的变压器，每个整流二极管上流过的电流是负载电流的一半，与全波整流相同。
桥式整流比全波整流多用了两个整流二极管，由于四个整流二极管连接成电桥形式，所以称这种整流电路为桥式整流电路[8]。
通常情况下桥式整流电路见图7。
桥式整流电路图
桥式整流电路简化电路图桥式整流电路电压、电流波形图
图7桥式整流电路图
滤波电路利用电抗性元件对交、直流阻抗的不同，实现滤波。
电容器C对直流开路，对交流阴抗小，所以C应该并联在负载两端。
电感L对直流阻抗小，对交流阻抗大，因此L应与负载串联。
经过渺小滤波电路后，既可保留直流分量，又可滤掉一部分交流分量，改变了交直流成分的比例，减小了电路的脉动系数，改善了直流电压的质量[9]。
滤波电路的种类有：
电容滤波电路、电感滤波电路、复式滤波电路。
本设计为简易直流稳压电源，综上所述，采用结构简单、价格低廉的电容滤波电路。
电容滤波电路是利用电容的充放电原理达到滤波的作用。
在脉动直流波形的上升段，电容充电，由于充电时间常数很小，所以充电速度很快；在脉动直流波形的下降段，电容放电，由于放电时间常数很大，所以放电速度很慢。
在电容还没有完全放电时再次开始进行充电。
这样通过电容的反复充放电实现了滤波作用。
由于输入电压发生波动、负载和温度发生变化时，滤波电路输出的直流电压会随着变化。
因此，为了维持输出电压稳定不变，还需加一级稳压电路。
稳压电路的作用是当外界因素（电网电压、负载、环境温度）发生变化时，能使输出直流电压不受影响，而维持稳定的输出[10]。
稳压电路一般采用集成稳压器和一些外围元件所组成。
采用集成稳压器设计的稳压电源具有性能稳定、结构简单等优点。
因为我们需要12V直流稳压电源，所以该电源设计采用LM7812稳压集成电路。
图8为LM7812应用原理图。
图8LM7812应用原理图
本次设计采用12V直流稳压电源供电。
而我们所用到的SGL8022W触摸芯片的输入电源是5V，所以必须用78L05进行稳压，然后进入主控电路[11]。
图9为供电模块电路原理图。
其中，KEY1为电源开关，发光二极管D12为电源指示灯。
图9供电模块电路原理图
SGL8022W为该次设计的核心元件，图10为主控电路图。
其中，电源输入为+5V，电容C6、C7均起到滤波作用，防止外界波段的干扰[12]。
key1、key2分别接芯片的P8、P6口。
用来控制高低电平，来实现不同功能的调光。
触摸开关接在P5口。
图10主控电路图
LED驱动
这部分电路主要是控制LED台灯的亮灭以及亮度变化。
因为LED灯电流通常为10—20mA，为防止LED灯被烧坏，必须接入限流电阻[13]。
D1803S功率三极管起到开关作用来控制灯的亮度，基极与触摸芯片输出端P7口相连。
LED驱动电路如图11所示。
图中，发光二极管D11为工作状态灯。
KEY2为备用按键开关。
图11LED驱动电路
SGL8022W触摸芯片
SGL8022W是一款用于LED灯光亮度调节及开关控制的单通道触摸芯片。
使用该芯片可以实现LED灯光的触摸开关控制和亮度调节[14]。
具有如下功能特点和优势：
Ø灯光亮度可根据需要随意调节，选择范围宽，操作简单方便。
Ø可在有介质（如玻璃、亚克力、塑料、陶瓷等）隔离保护的情况下实现触摸功能，安全性高。
Ø应用电压范围宽，~。
Ø应用电路简单，外围器件少，加工方便，成本低。
Ø抗电源干扰及手机干扰特性好。
EFT可以达到±2KV以上；近距离、多角度手机干扰情况下，触摸响应灵敏度及可靠性不受影响。
TI触摸输入对应SO灯光控制输出。
共有四种功能可选，由OPT1和OPT2管脚上电前的输入状态来决定[15]。
具体如下：
1）OPT1=1，OPT2=1对应：
不带亮度记忆突明突暗的LED触摸无级调光功能
2）OPT1=0，OPT2=1对应：
不带亮度记忆渐明渐暗的LED触摸无级调光功能
3）OPT1=1，OPT2=0对应：
带亮度记忆渐明渐暗的LED触摸无级调光功能
4）OPT1=0，OPT2=0对应：
LED三段触摸调光功能
◆不带亮度记忆突明突暗的LED触摸无级调光功能如下：
Ø初始上电时，灯为关灭状态。
Ø点击触摸（触摸持续时间小于550ms）时，可实现灯光的亮灭控制。
一次点击触摸，灯亮；再一次点击触摸，灯灭。
如此循环。
灯光点亮或关灭时，无亮度缓冲[16]。
且灯光点亮的初始亮度固定为全亮度的50%。
Ø长按触摸（触摸持续时间大于550ms）时，可实现灯光无级亮度调节[17]。
一次长按触摸，灯光亮度逐渐增加，松开时灯光亮度停在松开时刻对应的亮度，若长按时间超过3秒钟，则灯光亮度达到最大亮度后不再变化；再一次长按触摸，灯光亮度逐渐降低，松开时灯光亮度停在松开时刻对应的亮度，若长按时间超过3秒钟，则灯光亮度达到最小亮度后不再变化。
如此循环。
Ø点击触摸和长按触摸可以在任何时候随意使用，相互之间功能不受干扰和限制。
◆不带亮度记忆渐明渐暗的LED触摸无级调光功能是在不带亮度记忆突明突暗的LED触摸无级调光功能的基础上，在点击触摸开灯和关灯时，通过使灯光由一个较低亮度缓慢平滑过渡到开灯初始亮度[18]。
在点击触摸关灯时，使灯光由当前亮度缓慢平滑降低直至关灭，从而达到亮度缓慢变化的视觉缓冲效果，起到保护眼睛和视力的效果。
◆带亮度记忆渐明渐暗的LED触摸无级调光功能是在不带亮度记忆渐明渐暗的LED触摸无级调光功能的基础上增加了亮度记忆功能。
即在AC220V电源不断电的情况下，每次点击触摸关灯时的亮度会被记忆，下次点击触摸开灯时会以此亮度作为初始亮度[19]。
在AC220V电源掉电的情况下，重新上电后的第一次点击触摸开灯，初始亮度固定为全亮度的50%。
◆LED三段触摸调光功能
Ø初始上电时，灯为关灭状态。
Ø每次点击触摸，灯光亮度按低亮度->中亮度->高亮度->灭，依次循环变化。
下图（表）为封装及引脚说明。
图12DIP8封装图13SOP8封装
表1引脚说明
管脚序号
管脚名称
输入/输出
功能描述
1
OSC
输入
振荡电阻接入脚
2
VC
输入
采样电容接入脚
3
VDD
电源
电源正
4
GND
电源
电源负
5
TI
输入
触摸输入脚
6
OPT1
输入
选项输入脚1
7
SO
输出
灯光控制输出
8
OPT2
输出
选项输入脚2
图14稳压源直接供电时应用电路
表2电气参数
参数
典型值
单位
工作电压
V
工作电流
700
uA
待机电流
20
uA
输入高电平
（2/3）VDD
V
输入低电平
（1/3）VDD
V
输出高电平电流
7
mA
输出低电平电流
12
mA
工作温度
-20~70
℃
存储温度
-50~100
℃
78L05稳压电源调整器
CYT78L05是一颗三端稳压电源调整器。
CYT78L05能被用作齐纳二极管、电阻器组合替换[20]。
它提供二个数量级的有效的产品改善阻抗,低静态电流。
这些特性使稳压器可以给本机或板卡稳压提供一个很好的解决噪声干扰问题的方案。
CYT78L05提供一个极好计算机主板立体声电源解决方案[21]。
●输出电流可达150mA。
●。
●输出精度可达±4%。
●简单的外围电路。
●。
1.VIN（输入）
2.GND（电源地）
3.VOUT（输出）
图15TO-92封装
图16应用原理图
:
表3最大额定值
参数
符号
额定值
单位
功耗
P
W
输入电压
VIN
18
V
封装热阻抗
ӨJA
150（TO-92）
℃/W
烙铁焊接温度（10秒）
TLEAD
260
℃
工作温度范围
TJ
0to+125
℃
存储温度
TSTG
-65to+150
℃
静电防护
VESD
KV
D1803功率三极管
2SD1803适用于继电器驱动器，高速逆变器，转换器，及其他一般大电流开关的应用程序。
它是NPN三极管，可做功率开关管用[22]。
下图为2SD1803的封装和引脚图。
封装图引脚图
图172SD1803封装和引脚图
本章主要介绍了触摸式调光台灯的总体设计电路和各单元电路，以及12V直流稳压电源的设计。
对本次设计的硬件电路做了详细的说明。
直流稳压电源的设计包含了变压、整流、滤波、稳压等单元。
章节中介绍了该设计中的主要器件的用法及用途，核心学习了SGL8022W触摸芯片和78L05稳压芯片。
从这一章中我们可以学习到整个台灯的设计原理，可以让读者清晰的明白触摸式调光台灯的设计思路、设计思想，是本次论文的核心。
3电路调试与功能实现
检查焊接的电路板是否有漏焊、虚焊、短路等情况。
如果出现问题立即进行处理，确保电路无误。
用万用表检测电源设计输出是否为为12V，。
符合台灯电源需求。
将设计的触摸式调光台灯接入的12V电源。
按下电源开关KEY1，红灯亮。
通过两个单刀双掷开关（key1、key2）控制高低电平，实现不同调光功能。
用手触摸开关，观察现象。
当触摸关灯后，按下备用开关，观察现象。
分析调试结果并于理论现象做对比。
通过调试，观察结果如下：
Økey1为高电平，key2为高电平。
初始上电时，灯为关灭状态。
点击触摸（触摸持续时间小于550ms）时，可实现灯光的亮灭控制。
一次点击触摸，灯亮；再一次点击触摸，灯灭。
如此循环。
灯光点亮或关灭时，无亮度缓冲。
长按触摸（触摸持续时间大于550ms）时，可实现灯光无级亮度调节。
一次长按触摸，灯光亮度逐渐增加，松开时灯光亮度停在松开时刻对应的亮度，若长按时间超过3秒钟，则灯光亮度达到最大亮度后不再变化；再一次长按触摸，灯光亮度逐渐降低，松开时灯光亮度停在松开时刻对应的亮度，若长按时间超过3秒钟，则灯光亮度达到
升级会员 