1.8　創意感應式小夜燈

夜里起床上衛生間時，開著大燈既刺眼又影響身邊正在熟睡的人，摸著黑又磕磕碰碰不安全；同樣，半夜醒來開大燈看時間時，強光刺激，不僅影響身邊的人，而且也會使自己睡意全無。另外，深夜用電腦上網時開著大燈，也會影響家人休息，關燈后操作鍵盤又的確不方便；家里突然停電，四周一片漆黑時，急需要一臺電池供電的應急照亮小燈……

這盞創意感應式小夜燈的外形如圖1-76所示，它能夠很好地解決上面這些生活中人人都會遇到的難題。該燈功率只有0.7W左右，其造型獨特、發光柔和、低耗能、壽命長，具有人動即亮，人不動或離開延時自動熄滅的特點，并且人體有效探測距離可在3～7m范圍內連續調節，每次延時時間可在200s內連續調節。

1.8.1　工作原理

感應式小夜燈的電路如圖1-77所示，它主要由人體紅外感應模塊（也叫熱釋電紅外探測器）A1和USB小燈A2等組成。

A1是一種基于紅外線技術的自動控制模塊，它能以非接觸方式檢測出運動人體所輻射出來的紅外光，并將其轉化為正脈沖電信號輸出；同時，它還能有效地抑制人體輻射波長以外的紅外光和可見光的干擾。A2為三個成品USB小燈并聯構成的LED小燈（見虛線框內所示），只要給它接通5V直流電源，便能發出照明光。VT為晶體三極管，這里起電子開關的作用。

當通過插頭XP給如圖1-77所示的電路接上5V直流電時，電路自動進入待工作狀態。此時，人體紅外感應模塊A1的輸出端OUT處于低電平，晶體三極管VT因無合適偏流而處于截止狀態，USB小燈A2無電不發光。一旦有人進入人體紅外感應模塊A1的有效探測區域時，其輸出端OUT輸出高電平，晶體三極管VT獲得合適偏流而處于飽和導通狀態，USB小燈A2通電發光，實現了“人動燈亮”。經過一段時間（延時時間），如果人體紅外感應模塊A1未能再次探測到人體活動，則其輸出端OUT自動跳變為低電平，晶體三極管VT因無合適偏流而恢復到原來的截止狀態，USB小燈A2即斷電停止發光，實現了“延時自動熄燈”。

由于人體紅外感應模塊A1還具有優先光控功能，所以白天即使有人在有效探測范圍內活動時，USB小燈A2并不會發光。只有周圍環境光線暗到一定程度后，人體活動才會觸發USB小燈A2自動點亮，從而實現“白天燈始終不亮，晚上才會進入人動燈亮并延時自動熄燈”的工作模式。

電路中，5V直流供電電源是通過帶引線的USB插頭，直接從普通手機電源適配器（充電器）插口或電腦USB插口、移動電源（俗稱“充電寶”）USB插口直接獲得的，安全可靠，靈活方便。

1.8.2　元器件選擇

如圖1-78所示給出了所用電子元器件的實物外形圖，讀者可逐一對照配齊，一般花15元錢（不含電源適配器）即可購買到。

A1選用HC-SR501型人體紅外感應模塊（也叫熱釋電紅外探測器），它將菲涅爾透鏡、熱釋電傳感器、單片數模混合集成電路組合在一起，構成了一個堅固、小巧、易安裝的“一體化”器件。HC-SR501型模塊的外形如圖1-79所示，其雙面電路板尺寸僅為32mm×24mm；電路板正面裝有?23mm的半球形菲涅爾塑料透鏡，并在水平安裝方向開有兩個?2mm的固定螺絲釘穿孔；電路板背面除安裝有各種元器件外，還給出探測距離（靈敏度）調節電位器、延時時間調節電位器、觸發方式選擇“焊盤”（已默認可重復觸發模式）和3個引出腳——電源正極端VDD、信號輸出端OUT、公用地端GND。

HC-SR501型模塊的主要特性參數見表1-1，其使用簡單方便，只要給模塊的電源正極端VDD和公用地端GND之間接上4.5～20V直流電，它便能夠以非接觸形式探測出移動人體輻射出來的紅外線變化量，并通過內部電路將其轉換成相應的高電平信號，通過信號輸出端OUT輸出，以作為穩定可靠的自動控制信號，方便地與各類控制電路進行對接，實現各種用途的自動化控制。由于HC-SR501型模塊是靠感應熱釋紅外線工作的，所以在夜間也能很容易地檢測到運動的人體。該模塊屬于微功耗產品，所以特別適合干電池供電的電路使用，是值得推薦給電子愛好者使用的一種理想的人體紅外感應探測模塊。

需要說明的是，HC-SR501型模塊的光控功能在出廠時并沒有完全設定好，在啟用該功能時必須在模塊電路板上所給出的專門焊接孔內焊接上一個光敏電阻器RL，參見后面圖1-84（h）所示，這樣才會使模塊具有優先光控功能。如果不焊接這個光敏電阻器RL，則模塊不具備“白天或光線強時不感應工作”的功能。

另外，HC-SR501型模塊背面所提供的觸發方式選擇“焊盤”，出廠時默認接可重復觸發模式（見圖1-79）。如果需要改接成不可重復觸發模式，則需要用小刀割斷電路板上連接“H”焊盤和中間焊盤的細銅箔線，然后把最上方標有“L”的焊盤和中間焊盤用熔化的焊錫“短路”即可。由于本制作采用的是默認的可重復觸發模式，所以無需對模塊的觸發方式進行任何改動。

A2選用3只成品USB小燈并聯構成。這種普通USB小燈一般多采用3個貼片式2835發光二極管并聯，再串聯一個阻值39Ω的貼片式限流電阻器，在印制電路板上貼焊而成，可直接插入電腦的USB插口（像使用U盤那樣方便）、手機5V充電器USB插口和移動電源USB插口點亮，可作迷你小夜燈、筆記本電腦鍵盤燈等使用。這種USB小燈網上大量銷售，很容易購買到，而且價格便宜，每個僅1元錢左右。如圖1-80所示就是幾種USB小燈的外形及引腳識別圖。由于這種USB小燈的功率一般只有0.2W左右，為了提高亮度，本制作采用3只相同的USB小燈并聯，以構成功率約0.6W、工作電流約120mA的燈組。采用USB小燈作為發光源的好處不僅在于簡化了接線，而且免去了初學者制作印制電路板的麻煩。讀者購買時注意，USB小燈一般有正白光、暖白光之分，可根據自己喜好任意選擇。

VT選用9013（集電極最大允許電流ICM=0.5A，集電極最大允許功耗PCM=625mW）或3DG12、3DX201、3DK4型硅NPN中功率晶體三極管，要求電流放大系數β＞100。

RL用MG44-03型塑封光敏電阻器，其他亮阻≤5kΩ、暗阻≥1MΩ的光敏電阻器也可代用。

XP選用帶1m左右雙股引線的USB電源插頭，它有正電源端（VCC）和地端（GND）兩根接線。如果采用帶數據線的4芯USB插頭（如鼠標、鍵盤專用USB插頭），則只要空懸其中正數據端（+DATA）和負數據端（-DATA）兩根引線不用，僅用正電源端（VCC）和公共地端（GND）兩根接線即可。USB插頭的引腳識別如圖1-81所示，焊接時不可弄錯。

關于感應式小夜燈所用的5V直流電源，實際上根本不需要專門購買，家中常見的普通220V交流電輸入、5V直流電壓輸出，最大輸出電流不小于300mA、帶有USB輸出插口（母插）的成品電源適配器或手機充電器均可直接使用。另外，根據不同的用途和使用場所，手機移動電源（俗稱“充電寶”）、正在工作中電腦的USB插口等，均可成為感應式小夜燈的“取電”對象。

除了準備以上元器件外，還需要給人體紅外感應模塊A1配備上2套規格是M2×12mm的固定螺釘和螺母。另需要準備長度為30cm的紅色、黑色塑料細焊接電線各一根。

1.8.3　動手制作

該感應式小夜燈的制作可分為選配塑料外殼、焊裝電路、通電調試三大步來完成。下面按制作步驟和流程逐一介紹。

第一步，選配塑料外殼

感應式小夜燈的外殼選擇至關重要，它直接關系到作品的創意水平、迷人程度和使用效果。筆者采用了如圖1-82所示的戴圓帽子卡通娃娃造型的塑料糖果罐——這種裝過小孩喜食糖果的塑料罐，上半部分為黃色半透明塑料，下半部分為白色全透明塑料，用作燈外殼不僅漂亮活潑，而且透光性良好。當然，讀者不一定非得完全選用圖示的外殼，可以專程去超市或食品店，選購自己喜歡的殼體透光性好、造型別致、大小適中的塑料罐裝食品等，以獲取稱心如意的燈外殼。如果家中有現成的類似塑料空罐，則直接拿來使用更方便。

外殼選擇好后，需要按照圖1-83所示，在外殼開出“一大三小”的菲涅爾透鏡伸出孔、人體紅外感應模塊A1的固定安裝孔和USB電源插頭XP的穿線孔，并配一個直徑略小于罐口外徑的透光塑料圓片，才能用作燈外殼。具體做法如下。

首先，按照圖1-83（a）所示，在塑料卡通“娃娃”外殼的正面“胸部”中心位置，通過普通圓規等工具，畫出直徑24mm的圓形開孔線。并按照圖1-83（b）所示，用發熱的電烙鐵頭沿所畫開孔線的里側燙外殼塑料一圈（注意不要燙到畫線或畫線以外的部分），以開出略小于畫線且并不圓滑的安裝孔。按照圖1-83（c）所示，用半圓形小銼刀銼磨掉開孔線及其以內的外殼塑料，使孔邊沿圓滑、孔口徑達到標準的24mm。再按照圖1-83（d）所示，將人體紅外感應模塊A1上的半球形菲涅爾塑料透鏡由外向里套在所開的圓孔內，并按照圖1-83（e）所示，在外殼水平方向用小錐子扎出A1電路板上兩個固定螺絲釘穿孔所正對著的位置，確定出外殼上準確的開孔位置。接著按照圖1-83（f）所示，用小電鉆在外殼所扎出的兩個點上打出?2mm的小圓孔。這樣，人體紅外感應模塊A1在外殼上的固定安裝孔就開好了。

然后，按照圖1-83（g）所示，用小電鉆在外殼背面靠近底座的位置打出一個?3mm的小孔，作為USB電源插頭XP的穿線孔。如果讀者手頭沒有合適的小電鉆，該孔和圖1-83（f）所示的兩個?2mm小孔，均可直接用尖頭電烙鐵燙開，只是操作起來要小心仔細，不然孔徑燙大或燙偏就不好安裝了。燙出的小孔，可用鋒利的小刀進行孔口邊沿的修整。

最后，找一塊面積不小于8cm×8cm的透明硬塑料片（可取自商品塑封包裝盒），按照圖1-83（h）所示，將外殼原有的圓罐口倒扣在透明硬塑料片上，用鉛筆沿罐口在塑料片上畫出一個大圓圈。再按照圖1-83（i）所示，用剪刀沿畫線內側剪除圓圈及以外的塑料片，以獲得能夠像圖1-83（j）所示那樣剛好扣在外殼原有罐口的硬塑料圓片。接下來，在塑料圓片的中間位置用鉛筆畫出一個約?15mm的同心圓圈，用小刀割除（或用電烙鐵頭燙去）同心圓圈內的塑料片，即獲得圖1-83（k）所示的透光塑料圓片。

第二步，焊裝電路

焊裝電路的過程實際上包含了小夜燈電路的焊接和組裝全過程，其具體流程如圖1-84所示。這是整個制作的關鍵環節，應仔細焊接，避免錯焊、虛焊、假焊的發生，確保通電后感應式小夜燈能夠一次性點亮。

首先，進行USB小燈A2的組裝。按照圖1-84（a）所示，采用熱熔膠（可用電烙鐵直接加熱普通熱熔膠條的簡便方法獲取）、強力膠或雙面不干膠帶，將準備好的3只成品USB小燈粘貼在上面所剪取的透光塑料圓片上。并按照圖1-84（b）所示，通過長約30cm的紅色塑料細電線將3個USB小燈的正電源端依次焊接通，通過相同長度的黑色塑料細電線將3個USB小燈的負電源端依次焊接通。為防止電線齊焊接點根部扭斷，可按圖1-84（c）所示，在各引線焊接點旁邊的塑料片上用錐子各扎出一個小孔。按照圖1-84（d）所示，將紅、黑引線穿過各自的小孔，再穿出大孔。這樣，簡便、實用的USB小燈A2就組裝好了。

然后，進行USB電源插頭線XP的安裝。按照圖1-84（e）所示，將帶有長1m左右雙股引線的USB電源插頭線穿入塑料外殼上的穿線孔，并暫時從原罐口伸出接線頭部分。為固定USB電源插頭線，應按照圖1-84（f）所示，在距線頭約9cm處打個線結，防止使用中焊接頭被燈外引線拉扯斷。

其次，焊接光敏電阻器RL。按照圖1-84（g）所示，取下人體紅外感應模塊A1上的菲涅爾透鏡。并按照圖1-84（h）所示，在電路板所給出的2個空焊腳上不分極性焊接上光敏電阻器RL（注意：不要跟電路板上標有RT字樣的另外2個預留焊接溫度補償電阻器的空腳相混淆），要求其在電路板上的高度不超過6mm，以免影響菲涅爾透鏡的正常安裝。光敏電阻器RL焊接好以后，按照圖1-84（g）所示的逆過程重新裝好菲涅爾透鏡即可。

接下來，進行整個電路的焊接。按照圖1-84（i）所示，在人體紅外感應模塊A1的接線端（3腳插針）上焊接晶體三極管VT的基極b和發射極e，注意基極b焊接在中間的接線端（輸出端OUT）、發射極e焊接在電源負極端（即GND端）。按照圖1-84（j）所示，將前面組裝好的USB小燈A2的正電源接線（紅色引線）和USB電源插頭XP的正電源接線（一般為紅色或白色引線），一并焊接在人體紅外感應模塊A1的電源正極端（即VCC端）。將USB電源插頭XP的負電源接線（即地端接線，一般為黑色或藍色引線），加焊到人體紅外感應模塊A1的電源負極端（即GND端）上。將USB小燈A2的負電源接線（黑色引線）焊接到晶體三極管VT的集電極c上。為避免焊接處發生碰頭造成短路，或焊接線在剝皮處扭斷，應按照圖1-84（k）所示，用熱熔膠（可用電烙鐵加熱普通熱熔膠條的簡便方法獲取）將各焊接引線粘固在一起，或者焊接前事先給各組引線套上合適的塑料絕緣管。焊接好的整個電路如圖1-84（l）所示。

最后，進行電路的總裝。按照圖1-84（m）所示，通過兩顆帶螺絲帽的M2×12mm螺釘，將人體紅外感應模塊A1固定在外殼預先開出的安裝孔內。安裝時注意，螺釘由外往里插入外殼，人體紅外感應模塊A1由里向外伸出菲涅爾透鏡，并將焊接有兩個微調電位器的一端朝向外殼罐口，以便于以后通過小螺絲刀進行調節。由于外殼罐口較小、且距安裝孔口較遠，人手無法直接進入罐內扶持人體紅外感應模塊A1和螺母進行安裝，所以必須借助合適的鑷子夾持螺母進行安裝，實際操作時具有一定難度，需要有耐心和一定的技巧，才能順利完成安裝。按照圖1-84（n）所示，從外面拉動USB電源插頭XP的引線，使外殼內的線結移動至殼體的穿線孔處。按照圖1-84（o）所示，將粘貼在塑料圓片上的USB小燈A2扣合在外殼原罐口上，并按照圖1-84（p）所示，旋緊外殼上蓋，焊裝工作即大功告成。

第三步，通電調試

焊裝好的電路，應對照電路圖反復檢查，確認焊接無誤后，即可按照圖1-85所示，通電檢驗并進行必要的調試。

調試最好在晚上（或拉住窗簾的暗室內）進行，并確認感應式小夜燈內部人體紅外感應模塊A1上的兩個微調電位器的旋鈕，一個（距離調節）處于“中間”位置，一個（延時調節）處于逆時針方向的“最小”位置，如圖1-85（a）所示。這樣小夜燈可感應到人體紅外感應模塊A1正前方約5m以內的人體移動，并且小夜燈每次延時點亮的時間不小于0.5s。如果發現廠家預置的微調電位器調節旋鈕位置不是這樣，可通過小螺絲刀調至所要求位置，以利于快速調試。

調試時，首先按照圖1-85（b）所示，將感應式小夜燈的USB電源插頭XP，插入現成的帶有USB插口的直流5V移動電源或輸出5V直流電的交流電源適配器上，即給感應式小夜燈接通5V直流電源，則在如圖1-85（c）所示的黑暗環境中，感應式小夜燈在正常情況下會自動點亮0.5s，隨之自動熄滅。如果在感應式小夜燈的正前方動一下身體，則小夜燈會再次延時點亮；如果持續活動身體，小夜燈會持續點亮，并在停止活動身體后約0.5s自動熄滅。接下來，像如圖1-85（d）所示那樣，打開感應式小夜燈旁邊的臺燈或其他照明燈（模擬白天），則無論人體是否活動，小夜燈均不再點亮，表示感應式小夜燈“白天或光線強時不感應工作”的功能正常。

如果發現小夜燈不能夠正常工作，應馬上斷開電源，對電路進行仔細排查，重點應檢查晶體三極管VT是否焊反了引腳、USB小燈A2和USB電源插頭XP的引線極性是否焊錯，直到排除故障、通電正常工作為止。

最后根據自己的使用需求，確定并調節感應式小夜燈的探測距離和延時時間。感應式小夜燈每次延時點亮的時間長短，可按照圖1-85（e）所示，通過伸入燈外殼內部的小螺絲刀，調節人體紅外感應模塊A1上延時微調電位器的旋鈕來改變。一般順時針方向轉動螺絲刀，延時加長；逆時針方向轉動螺絲刀，延時縮短。延時時間連續可調范圍一般在0.5～200s。

感應式小夜燈的靈敏度，即有效探測前方人體活動的距離，可按照圖1-85（f）所示，通過伸入燈外殼內部的小螺絲刀，調節人體紅外感應模塊A1上靈敏度微調電位器的旋鈕來改變。一般順時針方向轉動螺絲刀，靈敏度變高，探測距離增大；逆時針方向轉動螺絲刀，靈敏度變低，探測距離減小。探測距離連續可調范圍一般在3～7m。

經過以上通電調試的感應式小夜燈，便可正式投入使用了。

1.8.4　投入使用

感應式小夜燈不僅是家庭生活的“好幫手”，而且是電腦的“好伴侶”，它會給你的生活、工作或學習帶來實實在在的方便。

前面已經提到過，這盞感應式小夜燈的供電方式多種多樣，如圖1-86所示給出了幾種具體方案，讀者可根據實際使用情況靈活選擇。如圖1-86（a）所示為采用移動電源（俗稱“充電寶”）供電的情形，要求所用移動電源必須帶有USB插口且能夠輸出直流5V電壓，一般手機用的“充電寶”都能夠使用，尤其是家里廢棄的容量已嚴重下降的手機“充電寶”，作為感應式小夜燈的供電電源，不僅持續使用時間尚可，而且移動方便，可謂“變廢為寶”。但需要注意的是，一些具有小電流輸出時自動關閉供電且無解除功能的移動電源，不適合在這里使用。如圖1-86（b）所示為采用5V直流電源適配器供電的情形，要求所用電源適配器具有USB輸出插口，且能夠輸出5V、≥0.3A的直流電，家庭手機和一些數碼小產品使用的交流電源適配器（充電器），只要符合這個條件，便可拿來直接使用。如圖1-86（c）所示為采用5V直流供電插座供電的情形，其條件是家中已在使用帶有USB供電插口（專供手機、平板電腦等數碼產品充電用）的220V交流電插座（移動或壁式插座均可）。如圖1-86（d）所示為采用臺式電腦（或筆記本電腦）USB插口供電的情形。

這里要說明的是，感應式小夜燈的探測能力取決于人體紅外感應模塊A1上的菲涅爾透鏡及其相關元器件。由于所用模塊采用了半球形菲涅爾透鏡，所以在水平方向上的感應范圍比較廣，具體如圖1-87（a）所示，其有效探測范圍呈100°扇面，正前方最遠可達到5～7m，兩側最遠可達3～4m。實際使用感應式小夜燈時，應注意將菲涅爾透鏡正對著欲探測方向，通過調節人體紅外感應模塊A1上的靈敏度（距離）微調電位器旋鈕，以獲得最佳探測效果。有時嫌100°的探測扇面太大，可不妨按照圖1-87（b）所示，通過在菲涅爾透鏡上加套一個?23mm的紙圈或塑料管進行調節，其長度越大，有效探測扇面越小。例如，在臥室的床頭柜上擺放感應式小夜燈時，希望探測扇面越小越好、方向性越強越好，以免人睡在床上翻個身就觸發燈亮。這時如給菲涅爾透鏡加裝上長度不小于3cm的紙圈，則探測區域基本上就變成了紙圈口正前方的一條“圓柱”，將“圓柱”指向臥室門口，人一進門燈就會亮，而人在床上翻身等，均不會使燈點亮。但如果躺在床上的人在“圓柱”通道上揮動一下手，就會觸發燈延時點亮，方便深更半夜看床頭柜上的鐘表時間或起身下床，效果很好。

如圖1-88所示列舉出了感應式小夜燈的幾種實際應用情景，現分別予以介紹：

① 臥室小夜燈　將感應式小夜燈放置在臥室的床頭柜上，通過其USB電源插頭接手機常用的直流5V移動電源或手機充電用的5V交流電源變換器，便構成漂亮、實用的臥室小夜燈。無論是夜晚上床前進入臥室，或者半夜三更起床上衛生間，只要有走動的人體，小夜燈都會自動延時發出溫馨的亮光，再也不會有摸著黑磕磕碰碰進臥室或突然開亮大燈影響身邊人睡覺的煩惱了。另外，夜里醒來看鐘表，只需在小夜燈前方晃動一下手臂，小夜燈亦會自動延時點亮，讓你方便地看清楚小夜燈旁邊的鐘表時間。

② 電腦鍵盤燈　深夜上網開著大燈，影響家人休息，關燈操作鍵盤又的確不方便；學校宿舍熄燈后摸黑操作鍵盤很無奈……將感應式小夜燈的USB電源插頭直接插入電腦的USB插口中，就擁有了一個可愛的卡通造型鍵盤燈，其亮度適中，移動方便，而且人在燈亮、人離開燈滅，用電節省，一經使用，你會再也離不開它。

③ 應急照明燈　家里突然停電，四周一片漆黑……如果事先（指頻繁停電的地區）給感應式小夜燈接通直流5V移動電源，并將其放置在人們活動的地方，則一旦突然停電，小夜燈馬上自動點亮，成為地地道道的“應急燈”。同樣，在小夜店、衛生間等場所，它仍然是一個很不錯的“應急燈”；在夜市地攤、野營地等場所，更是一個引人注目、經濟實用的“照明燈”。

④ 防盜報警燈　在夜晚需要防止不速之客經過或進入的地方（如窗臺、門口、柜子旁邊等），布放上接通直流5V移動電源的感應式小夜燈，就成為一個防盜報警燈。每當有人通過或進入警戒范圍內時，防盜報警燈自動延時點亮，具有一定的燈光報警和阻嚇作用。

小小感應式小夜燈的用途真不少，希望有興趣者不斷挖掘、總結，在讓其發揮功用最大化的同時，感受電子制作所帶來的無窮樂趣。