摘 要 本文基于3D打印技術(shù)設(shè)計(jì)了一種以手機(jī)為原型的綠色環(huán)保、高效節(jié)能、安全可靠、長(zhǎng)久耐用的DIY創(chuàng)意小夜燈。設(shè)計(jì)思路為先利用三維建模對(duì)小夜燈的外觀進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后再用FDM型3D打印機(jī)來(lái)打印燈箱，采用具有高透亮度、絕緣性能優(yōu)良的、可回收的綠色環(huán)保的亞克力板制作色彩豐富的燈蓋，采用聲光硬件模塊化設(shè)計(jì)和微波雷達(dá)控制兩種方案設(shè)計(jì)電路，12V的LED燈條作為光源。該綠色環(huán)保節(jié)能的便攜式小夜燈，不光節(jié)約電費(fèi)，并且無(wú)需布線(xiàn)，減少了瑣碎的開(kāi)關(guān)元件，有了它，隨到隨亮，隨走隨滅，綠色環(huán)保，生活輕松簡(jiǎn)單。

關(guān)鍵詞 3D打??；亞克力；聲控；雷達(dá)

中圖分類(lèi)號(hào) TB4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1674-6708（2017）188-0040-02

在日常生活中，有時(shí)我們會(huì)遇到夜晚起夜摸黑去找開(kāi)關(guān)，并且在燈打開(kāi)的瞬間看到刺眼的強(qiáng)光，讓眼睛感覺(jué)到非常的不舒服的情況，為此我們?cè)O(shè)計(jì)了一種基于手機(jī)形狀的便攜式的綠色環(huán)保節(jié)能DIY創(chuàng)意小夜燈。該小夜燈具有人體感應(yīng)功能，白天光線(xiàn)充足時(shí)燈不亮，晚上或者光線(xiàn)暗的時(shí)候則通過(guò)聲光感應(yīng)或者雷達(dá)感應(yīng)到人（感應(yīng)距離為1～5米可調(diào)）自動(dòng)亮燈，如果一直感應(yīng)到人的活動(dòng)，燈不會(huì)滅，人靜止不動(dòng)，或者人離開(kāi)后，燈延長(zhǎng)30s左右的時(shí)間（時(shí)間可調(diào)）自動(dòng)滅。該小夜燈采用FDM型3D打印技術(shù)打印燈箱體，和傳統(tǒng)的燈箱相比，它在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上不受復(fù)雜程度的限制，發(fā)揮創(chuàng)意可以實(shí)現(xiàn)任意復(fù)雜結(jié)構(gòu)的制作，設(shè)計(jì)制作周期短，效率高，成本低。另外采用半透明的PLA材料的綠色環(huán)保的亞克力彩色板作為燈蓋，12V的LED燈帶作為光源，更增強(qiáng)了小夜燈的柔亮效果，電源部分采用寬電壓恒流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)，防雷，防電壓波動(dòng)，安全可靠，大大降低了成本，提高了使用效率。該小夜燈可用于客廳、廁所、地下車(chē)庫(kù)或廚房、衣柜、櫥柜等光線(xiàn)不足的地方，無(wú)需布線(xiàn)和開(kāi)關(guān)元件，有了它，隨到隨亮，隨走隨滅，綠色環(huán)保，生活輕松簡(jiǎn)單。

1 利用三維建模、分層切割、3D打印技術(shù)打印燈箱

3D打印機(jī)是快速成型設(shè)備的一個(gè)分支，它通過(guò)對(duì)電腦中三維軟件的識(shí)別，進(jìn)行三角網(wǎng)格格式（STL）的轉(zhuǎn)換，再結(jié)合切層軟件確定擺放位置，支撐結(jié)構(gòu)生成分層擠出路徑，然后從下到上一層層構(gòu)建實(shí)體模型。利用3D打印技術(shù)最突出的優(yōu)點(diǎn)是，它無(wú)需在工廠進(jìn)行機(jī)械加工也不需要任何模具，僅僅通過(guò)桌面上的打印機(jī)就可以把計(jì)算機(jī)圖形數(shù)據(jù)中生成任何形狀的零件打印出來(lái)，從而極大地縮短產(chǎn)品的研制周期，提高生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本。該設(shè)計(jì)的燈箱體采用噴頭直徑為1.75mm的FDM型3D打印機(jī)制作，其工藝參數(shù)有：層厚0.2mm、填充密度10%、打印速度25mm/s、打印溫度215℃、熱床溫度60℃、打印時(shí)間為7～8小時(shí)。燈箱的箱體是以常用的手機(jī)為原型進(jìn)行創(chuàng)意設(shè)計(jì)的，加上支架可以方便放在房間里的任何位置，也可以粘貼到墻壁上，隨拿隨放，不受限制。圖1為小夜燈燈箱三維設(shè)計(jì)，圖2為小夜燈支架的三維設(shè)計(jì)。

2 采用綠色環(huán)保的亞克力彩色板制作燈罩

采用綠色環(huán)保的亞克力板作為小夜燈的燈罩。亞克力板的特性有：透明度極高，透光率達(dá)92%以上，所需的燈光強(qiáng)度較小，節(jié)省電能；具有良好的表面硬度與光澤，加工可塑性大，可制成各種所需要的形狀與產(chǎn)品；亞克力板材的種類(lèi)繁多色彩艷麗、亮度高；絕緣性能優(yōu)良，適合各種電器設(shè)備；可回收率高，易清潔，綠色環(huán)保。傳統(tǒng)亞克力板的切割工藝是手工劃線(xiàn)—鋸切—磨削—膠水粘結(jié)。此類(lèi)制作工藝費(fèi)時(shí)費(fèi)力，切割的亞克力側(cè)邊質(zhì)量很難保證統(tǒng)一，且制作過(guò)程有噪聲、鋸屑、強(qiáng)酸性氣體揮發(fā)，容易造成環(huán)境污染。本設(shè)計(jì)制作采用計(jì)算機(jī)繪圖—激光切割加工—粘結(jié)。計(jì)算機(jī)繪圖具有智能化、個(gè)性化、數(shù)字化特征，激光切割加工效率高，切割邊質(zhì)量具有較好的統(tǒng)一性與平整性。

3 電路設(shè)計(jì)

方案一：采用聲光硬件模塊化設(shè)計(jì)電路。聲—光模塊化硬件系統(tǒng)，它只要充電電池有電，有5m的聲源，LED燈就可以發(fā)光，延時(shí)30s斷電，節(jié)約能源。在聲源范圍內(nèi)，持續(xù)有聲音則持續(xù)照明。聲-光硬件部分通過(guò)采用模塊化設(shè)計(jì)，使硬件系統(tǒng)更加可靠穩(wěn)定，同時(shí)有利于以后的維修和完善。通過(guò)聲音傳感模塊和光敏傳感模塊從外界環(huán)境獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，通過(guò)電壓比較器LM393來(lái)調(diào)整傳感器的靈敏度，并且通過(guò)STC15F104E處理芯片來(lái)捕捉LM393芯片輸出端電平實(shí)現(xiàn)智能聲光控制，提高電路板的穩(wěn)定性，同時(shí)減小電路板的體積。為了進(jìn)一步提高電路板的可靠性和增強(qiáng)電路板的驅(qū)動(dòng)能力，通過(guò)采用PC817光耦來(lái)隔離驅(qū)動(dòng)芯片IRF5303與處理器的連接。而本設(shè)計(jì)的輸入電壓是12V，電流1mA，輸出電壓為5V，電流0.3mA。通過(guò)多次的試驗(yàn)測(cè)試，聲-光電路板可以檢測(cè)到5m內(nèi)的聲音，不受物品阻擋而影響，驅(qū)動(dòng)能力電壓可達(dá)100V，電流可達(dá)14A。采用12V的LED燈條作為光源，3顆18 650鋰電池組成12V電池組，總?cè)萘窟_(dá)2 200mAh。根據(jù)公式：放電時(shí)間=電池標(biāo)稱(chēng)容量X效率÷LED的電流2 600mAh x0.8÷1mA=2 080h，2080h÷24=87天，基本幾個(gè)月不用充電。圖4為DIY創(chuàng)意節(jié)能小夜燈聲控電路主控與驅(qū)動(dòng)電路。

方案二：用微波雷達(dá)控制。微波雷達(dá)智能控制采用多普勒效應(yīng)的微波雷達(dá)，超高靈敏度，4～7米內(nèi)感受到使用者相位移動(dòng)，就會(huì)被觸發(fā)，不受聲音等其他干擾影響，擴(kuò)展了工作環(huán)境，加裝光敏電阻作為光感感應(yīng)。微波雷達(dá)-光硬件部分采用模塊化設(shè)計(jì)，用12V鋰電池作為電源，微波雷達(dá)作為感應(yīng)裝置來(lái)識(shí)別人體，相比聲控等抗干擾性低的感應(yīng)裝置，可防止太陽(yáng)光的紅外線(xiàn)干擾，加裝光敏電阻作為感應(yīng)，避免在白天光線(xiàn)充足的情況下被觸發(fā)浪費(fèi)電量。微波雷達(dá)控制開(kāi)關(guān)部分使用XYC-WB3-12高頻微波感應(yīng)模塊，可在4～7米半徑內(nèi)感應(yīng)到人則觸發(fā)，微波感應(yīng)開(kāi)關(guān)是利用多普勒效應(yīng)原理設(shè)計(jì)的移動(dòng)物體探測(cè)器。它以非接觸方式探測(cè)物體的位置是否發(fā)生移動(dòng)，繼而產(chǎn)生相應(yīng)的開(kāi)關(guān)操作。與紅外、聲控等產(chǎn)品相比，具有抗射頻干擾能力強(qiáng)、不受溫度、濕度、光線(xiàn)、氣流、塵埃、煙霧等影響，可以安裝在一定厚度的塑料、玻璃、木制等非金屬的外殼里面，而對(duì)其探測(cè)功能技術(shù)沒(méi)有影響，能夠非常方便的應(yīng)用設(shè)備控制、環(huán)境輔助光源控制、地下停車(chē)場(chǎng)、通道照明等各種干擾源多的領(lǐng)域。XYC-WB3-12高頻微波感應(yīng)模塊額定輸入電壓為12V～35V，輸出電壓基本等于輸入電壓。本燈具功耗0.012W，內(nèi)置12V、2200mAh鋰電池，續(xù)航時(shí)間超長(zhǎng)，大大增加其可移動(dòng)性，不被插座所束縛；亮度大，可照亮5m×5m的空間；加有光敏電阻，根據(jù)外界的光線(xiàn)強(qiáng)度，控制模塊的輸出狀態(tài)，達(dá)到節(jié)能效果，做到最大限度的節(jié)能

環(huán)保。

4 結(jié)論

該小夜燈解決了上樓總要按開(kāi)關(guān)，上衛(wèi)生間總忘關(guān)燈，半夜起床到處抹黑，開(kāi)車(chē)回車(chē)庫(kù)來(lái)回找開(kāi)關(guān)，布線(xiàn)麻煩，到處安裝開(kāi)關(guān)的問(wèn)題。綠色環(huán)保節(jié)能方便的小夜燈為日常生活提供了便捷，很有推廣價(jià)值。

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作者簡(jiǎn)介：張軍，廣東省華立技師學(xué)院。