台灯几乎是每个家庭必备的学习用品，市面上的台灯种类繁多，功能各异。在使用中，由于部分台灯存在频闪、眩晕现象，容易加重眼睛疲劳。另外，如果长时间用眼，写字时不注意坐姿，眼睛与桌子的距离过小，容易导致学生近视。本文分析了市面上具有智能调光、距离提醒、感应开关、自动定时功能的台灯模组。

本案台灯具有以下功能：色温/亮度调节、距离提醒、定时、亮度自动感光调节等功能。该电路包括电源模块、控制电路、人体感应模块、光线感应模块、距离感应模块、触摸按键感应模块、警示装置和照明装置。

电源模块

电源模块由两部分组成led调光器，即适配器和电源驱动模块。

其中适配模块：

输入：100-240V，50/60HZ，0.5A（电流可根据LED灯的负载选择）

输出：DC24V或DC12V。

输出方式：恒压输出。

LED电源适配器通常是外购的，适配器给LED台灯供电。台灯控制器上的供电模块由DC24V或DC12V通过LDO降压转换为各功能模块供电。

示例台灯方案采用触摸芯片，其MCU供电为DC3.3V，对应的供电电路可参考如下原理图。

人体感应模块

人体感应模块的作用是检测台灯前一定范围内是否有人体热释红外信号，用于座位提醒。其核心部件是热释电红外传感器（Ray，简称PIR）和外置的菲涅尔透镜。

人体感应模块的工作原理是：人体检测传感器将感应到的人体运动信号通过高阻差分输入电路耦合到数字智能集成电路芯片，数字智能集成电路将信号转换为15 位 ADC 数字信号。当 PIR 信号超过选定的数字阈值时，将有一个延迟的 REL 高电平输出。反之，REL 输出低电平。以下是 PIR 内部工作原理的框图。

MCU 控制单元通过检测 REL 电平来处理灯的开关。

当室内有人活动时，REL输出高电平给MCU控制单元，MCU控制LED照明设备点亮；否则，当该状态无人时，REL输出低电平给MCU控制单元，MCU控制LED照明设备进入关闭状态。

另外，当MCU控制器中的人体感应模块和定时器检测到用户同时使用台灯超过1小时，MCU会向警示模块发出警报led调光器，如蜂鸣器蜂鸣声或 LED 状态灯闪烁。这时，用户需要先关闭台灯，暂停使用，才能解除报警。

距离感应模块

距离感应模块的作用是检测台灯前的人体与台灯之间的距离。实现该功能有两种常见的方式：

一种是超声波感应测距，其组成部分包括超声波感应模块和D/A转换器。其优点是感应距离远，抗干扰能力强。但是，成本相对较高。

一种是红外管测距，红外管的核心部件是红外发射管和接收管。

普通红外管测距一般不超过30cm，存在一定的外界光干扰，尤其是太阳光对测试有效距离的干扰比较大。为了增强感应距离和抗干扰性能，通常采用38K载波的红外发射和接收，使有效探测距离可达1米以上，抗干扰能力大大提高。与超声波测距相比，整体红外管测距方案具有更高的成本优势。

距离传感模块在工作过程中，如果检测到人体（通常是头部）之间的距离超过阈值，则表明坐姿不正确，并向控制电路发出信号。控制电路驱动报警器工作，报警器发出报警信号。当人体距离低于阈值时，自动解除报警；

光感模块

光感模块的作用是检测环境中的光照强度，然后根据光照强度决定是否进行光强补偿。其组成部分包括感光元件和光控模块。

控制电路根据感光模块的电信号控制照明装置的功率。

当室内光照强度降低时，光传感器模块向控制电路发出当前光照强度偏低的信号，控制电路接收到低于预设值的光照强度信号。此时控制电路调整内部LED驱动电路的PWM占空比。最近，将室内光强度增加到默认值。

当室内光照强度增加时，光传感器模块向控制电路发送当前光照强度较高的信号，控制电路接收到高于预设值的光照强度信号。此时控制电路调整内部LED驱动电路的PWM占空比。最近，将室内光强度降低到默认值。

LED照明

LED照明设备最常用的规格是12V和24V。12V为3串多路并联结构，24V为6串多路并联结构。下图为12V RGB灯条原理图示例

警报模块

常见的告警模块有蜂鸣器发声告警和LED闪烁提醒。典型驱动示意图可参考如下：

上图是典型的蜂鸣器驱动电路。如果选用的BELL为无源分激式，通常需要用FM输出方波驱动，一般频率为4Khz。如果选择的BELL是有源自激型，FM只需要给一个高电平就可以驱动BELL报警。

上图是单片机的IO口直接驱动LED，因为LED的工作电压和电流很小，一般10mA就够了，3.3V单片机的VDD可以直接驱动红绿双- 彩色 LED。

单片机控制模块

该模块是控制器的核心部件。MCU控制模块通常包括外部信息采集与处理模块（按键扫描处理、人体感应检测与处理、距离感应检测与处理、光线感应检测与处理）、定时模块、LED驱动模块、警示驱动模块（LED报警驱动器、蜂鸣器驱动器）等。