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【摘 要】台灯是人们日常工作、学习中经常使用的照明装置，根据环境的变化、人们的不同需求，使用时需要对台灯的亮度、颜色进行控制。本文提供了一种基于无线控制的可调光智能台灯，其电路简单，为人们提供了一种更便捷、更高效的台灯控制方法，可实现亮度、颜色的独立调节，提高用户体验。
【关键词】台灯；WIFI；nRF24L01；单片机；PWM
照明设备广泛用于日常工作生活中，光照环境关乎着人们的生活作息、情感情绪、身体健康，良好的光照环境有利于提高人们工作、学习效率。台灯作为移动灯具被广泛应用于工作、学习和生活中，然而现有的灯具通常需要通过灯具上的按键进行控制，一般仅提供有限的亮度供用户选择，不能满足对灯光亮度以及颜色要求较高的用户。本文设计一种通过无线控制的可调光智能台灯，可通过外部无线信号对灯具亮度、颜色进行控制，并实现远距离、高精度地控制，满足用户的不同需求。
发光二极管LED是一种半导体器件，利用电流顺向流通半导体P-N结，通过带负电的电子与带正电的空穴结合后释放出光能，由于其发光效率高、工艺成熟、体积小、重量轻、性能稳定、成本较低的优点，被广泛使用到照明装置中。本次设计的台灯设备主要实现亮度、颜色的远程控制，通过单片机接收控制无线信号，进行转换得到控制LED灯的亮度、颜色信号，由红色、绿色、蓝色发光二极管LED组成发光电路，输出脉冲宽度调制PWM信号控制每路LED导通时间实现亮度、颜色的控制[1]。
（一）系统架构
台灯电路主要包括电源电路、单片机主控电路、WIFI通信电路、LED驱动电路、显示指示灯电路。其中电源电路与单片机主控电路、WIFI通信电路、LED驱动电路、显示指示灯电路连接，LED驱动电路与单片机电路连接，电源电路输入交流市电220V，将其滤波、整流为LED照明电路提供工作电源，同时通过降压稳压电路为单片机主控电路、WIFI通信电路、显示指示灯电路提供低压工作电源。WIFI通信电路通过天线接收外部无线控制信号。
（二）电源电路
电源电路接收市电交流220V，经过交直流变换器为LED驱动电路提供工作电压，另一路通过降压稳压电路为单片机电路、WIFI通信电路、显示指示电路提供低压工作电压。由于市电220V交流电中包含许多不稳定的毛刺信号，为了提供较为稳定的电源电压，在交直流变换器中一般会包括EMI滤波电路、整流滤波电路、PFC恒压转换电路，其中EMI滤波電路经交流电中电磁干扰信号滤除，整流滤波电路进行电路的交流-直流转换、滤波处理，PFC恒压转换电路为LED驱动电路提供稳定电源电压。由于单片机电路、WIFI通信电路等所需电压较低，在电源电路中设置降压稳压电路，对交直流变换器的输出电压进行降压稳压处理输出3.3V低压信号。其中降压稳压电路可选择使用LM7805稳压电路得到5V稳定电压，根据WIFI芯片、单片机所需电压要求，使用AMS1117稳压电路降压得到3.3V的电压。
（三）单片机电路
单片机电路主要负责接收WIFI通信电路的控制信号，进行转换输出开关信号控制各路LED的工作，实现亮度、颜色的控制。本文中单片机电路主要使用STC89C52模块，STC89C52具有成熟的电路方案，功耗低、性能高，与工业80C51指令和引脚均兼容。该单片机内部下载控制程序，实现信号发射接收、显示指示电路、LED驱动电路的控制和显示。其中单片机STC89C52的引脚P1.0、P1.1、P1.2、P1.3、P1.4、P1.5与无线通信电路连接，输出控制信号、接收无线控制信号进行工作；单片机STC89C52的引脚P2.0、P2.1、P2.2、P2.3分别与各路LED驱动电路连接输出开关信号控制各路LED的工作电流。
（四）照明电路的实现
LED是常用的发光器件，通过电子与空穴复合释放能量发光，与传统灯具相比，LED灯节能、环保、显色性、响应快，在近年来被广泛应用到日常照明灯具中。LED的核心部分是在P型半导体和N型半导体之间的PN结，通过使用不同的无机半导体物料，能实现控制LED发出不同颜色的光。LED工作时需要进行恒流驱动，将红色LED、绿色LED、蓝色LED、白色LED并联作为控制台灯颜色控制的基础，单片机输出PWM信号，控制每路LED中开关的打开、关断时间段，调节每路LED灯的流经电路实现台灯亮度控制[2]。照明电路如图所示：
（五）无线通信模块的实现
随着无线通信技术的发展，智能家居的功能更为多样，WIFI被广泛用于家庭电器的控制。在本台灯设计中，人们可以根据手持红外遥控器、手机APP使用WIFI连接远程传输台灯控制信号，来控制台灯的亮度以及颜色。WIFI芯片采用由挪威NORDIC生产的nRF24L01芯片，nRF24L01是市场上最为偏移的无线收发模块之一，支持2.4GHz-2.5GHz的ISM频段收发，是高度集成电路的无线收发器芯片，内置有调制器、频率合成器、晶振、功率放大器等，其收发电路较为简单，输出功率、频率通道和协议设置均可通过SPI接口编程控制，电流消耗低只有9.0mA，在Rx模式下输出功率仅为-6dBm、电流为12.3mA，并内置电源关闭和待机模式使其更容易实现省电模式。
nRF24L1通过数字输出引脚IRQ、数字输出引脚MISO、数字输入引脚MOSI、数字输入引脚SCK、数字输入引脚CSN、以及数字输入引脚CE与单片机STC89C52连接，STC89C52通过CE引脚控制nRF24L1的工作模式，接收无线控制信号。
（六）显示指示电路
显示指示电路与单片机电路连接，其中包括绿色指示灯、黄色指示灯，绿色指示灯表示设备正常工作，在接收到控制信号时黄色指示灯闪烁表示正在接收控制信号。
目前，主要使用的台灯一般使用在装置上设置的档位进行控制，调光亮度、颜色只能选择几种内置的模式，功能简单，不能满足人们对更多亮度、颜色的需求，当用户远离台灯时不便于对灯具进行控制。本文提供了一种简便的无线控制的可调光智能台灯，通过遥控器、手机等无线设备，可大范围地调节台灯的亮度、颜色，且亮度、颜色控制独立，调节亮度不影响颜色的变化，大大方便用户的生活和学习。
参考文献：
[1]苗紫民，等.“WIFI智能台灯设计”[J].电脑知识与技术，2021，17（14）：217-219+230.
[2]江武志，等.“基于年RF4L01的小车自动识别红绿灯的设计”[J].汽车零部件，2011（10）：82-84.
【关键词】台灯；WIFI；nRF24L01；单片机；PWM
照明设备广泛用于日常工作生活中，光照环境关乎着人们的生活作息、情感情绪、身体健康，良好的光照环境有利于提高人们工作、学习效率。台灯作为移动灯具被广泛应用于工作、学习和生活中，然而现有的灯具通常需要通过灯具上的按键进行控制，一般仅提供有限的亮度供用户选择，不能满足对灯光亮度以及颜色要求较高的用户。本文设计一种通过无线控制的可调光智能台灯，可通过外部无线信号对灯具亮度、颜色进行控制，并实现远距离、高精度地控制，满足用户的不同需求。
一、系统主要功能及电路模组
发光二极管LED是一种半导体器件，利用电流顺向流通半导体P-N结，通过带负电的电子与带正电的空穴结合后释放出光能，由于其发光效率高、工艺成熟、体积小、重量轻、性能稳定、成本较低的优点，被广泛使用到照明装置中。本次设计的台灯设备主要实现亮度、颜色的远程控制，通过单片机接收控制无线信号，进行转换得到控制LED灯的亮度、颜色信号，由红色、绿色、蓝色发光二极管LED组成发光电路，输出脉冲宽度调制PWM信号控制每路LED导通时间实现亮度、颜色的控制[1]。
（一）系统架构
台灯电路主要包括电源电路、单片机主控电路、WIFI通信电路、LED驱动电路、显示指示灯电路。其中电源电路与单片机主控电路、WIFI通信电路、LED驱动电路、显示指示灯电路连接，LED驱动电路与单片机电路连接，电源电路输入交流市电220V，将其滤波、整流为LED照明电路提供工作电源，同时通过降压稳压电路为单片机主控电路、WIFI通信电路、显示指示灯电路提供低压工作电源。WIFI通信电路通过天线接收外部无线控制信号。
（二）电源电路
电源电路接收市电交流220V，经过交直流变换器为LED驱动电路提供工作电压，另一路通过降压稳压电路为单片机电路、WIFI通信电路、显示指示电路提供低压工作电压。由于市电220V交流电中包含许多不稳定的毛刺信号，为了提供较为稳定的电源电压，在交直流变换器中一般会包括EMI滤波电路、整流滤波电路、PFC恒压转换电路，其中EMI滤波電路经交流电中电磁干扰信号滤除，整流滤波电路进行电路的交流-直流转换、滤波处理，PFC恒压转换电路为LED驱动电路提供稳定电源电压。由于单片机电路、WIFI通信电路等所需电压较低，在电源电路中设置降压稳压电路，对交直流变换器的输出电压进行降压稳压处理输出3.3V低压信号。其中降压稳压电路可选择使用LM7805稳压电路得到5V稳定电压，根据WIFI芯片、单片机所需电压要求，使用AMS1117稳压电路降压得到3.3V的电压。
（三）单片机电路
单片机电路主要负责接收WIFI通信电路的控制信号，进行转换输出开关信号控制各路LED的工作，实现亮度、颜色的控制。本文中单片机电路主要使用STC89C52模块，STC89C52具有成熟的电路方案，功耗低、性能高，与工业80C51指令和引脚均兼容。该单片机内部下载控制程序，实现信号发射接收、显示指示电路、LED驱动电路的控制和显示。其中单片机STC89C52的引脚P1.0、P1.1、P1.2、P1.3、P1.4、P1.5与无线通信电路连接，输出控制信号、接收无线控制信号进行工作；单片机STC89C52的引脚P2.0、P2.1、P2.2、P2.3分别与各路LED驱动电路连接输出开关信号控制各路LED的工作电流。
（四）照明电路的实现
LED是常用的发光器件，通过电子与空穴复合释放能量发光，与传统灯具相比，LED灯节能、环保、显色性、响应快，在近年来被广泛应用到日常照明灯具中。LED的核心部分是在P型半导体和N型半导体之间的PN结，通过使用不同的无机半导体物料，能实现控制LED发出不同颜色的光。LED工作时需要进行恒流驱动，将红色LED、绿色LED、蓝色LED、白色LED并联作为控制台灯颜色控制的基础，单片机输出PWM信号，控制每路LED中开关的打开、关断时间段，调节每路LED灯的流经电路实现台灯亮度控制[2]。照明电路如图所示：
（五）无线通信模块的实现
随着无线通信技术的发展，智能家居的功能更为多样，WIFI被广泛用于家庭电器的控制。在本台灯设计中，人们可以根据手持红外遥控器、手机APP使用WIFI连接远程传输台灯控制信号，来控制台灯的亮度以及颜色。WIFI芯片采用由挪威NORDIC生产的nRF24L01芯片，nRF24L01是市场上最为偏移的无线收发模块之一，支持2.4GHz-2.5GHz的ISM频段收发，是高度集成电路的无线收发器芯片，内置有调制器、频率合成器、晶振、功率放大器等，其收发电路较为简单，输出功率、频率通道和协议设置均可通过SPI接口编程控制，电流消耗低只有9.0mA，在Rx模式下输出功率仅为-6dBm、电流为12.3mA，并内置电源关闭和待机模式使其更容易实现省电模式。
nRF24L1通过数字输出引脚IRQ、数字输出引脚MISO、数字输入引脚MOSI、数字输入引脚SCK、数字输入引脚CSN、以及数字输入引脚CE与单片机STC89C52连接，STC89C52通过CE引脚控制nRF24L1的工作模式，接收无线控制信号。
（六）显示指示电路
显示指示电路与单片机电路连接，其中包括绿色指示灯、黄色指示灯，绿色指示灯表示设备正常工作，在接收到控制信号时黄色指示灯闪烁表示正在接收控制信号。
二、电路工作方法
三、结束语
目前，主要使用的台灯一般使用在装置上设置的档位进行控制，调光亮度、颜色只能选择几种内置的模式，功能简单，不能满足人们对更多亮度、颜色的需求，当用户远离台灯时不便于对灯具进行控制。本文提供了一种简便的无线控制的可调光智能台灯，通过遥控器、手机等无线设备，可大范围地调节台灯的亮度、颜色，且亮度、颜色控制独立，调节亮度不影响颜色的变化，大大方便用户的生活和学习。
参考文献：
[1]苗紫民，等.“WIFI智能台灯设计”[J].电脑知识与技术，2021，17（14）：217-219+230.
[2]江武志，等.“基于年RF4L01的小车自动识别红绿灯的设计”[J].汽车零部件，2011（10）：82-84.