楊 琴 李 秀/成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院
智能地腳小夜燈設(shè)計
楊琴李秀/成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院
本文是基于單片機的小夜燈設(shè)計,通過光電感應(yīng)模塊檢測到人下床,采用單片機輸出高電平驅(qū)動小夜燈點亮,延時10m in關(guān)閉,期間人上床,則立即關(guān)閉小夜燈。為避免白天小夜燈待機,設(shè)計了自動失電模塊,計時完成后,自動切斷單片機電源供電。針對雙電源供電,設(shè)計了電源模塊輸出12V和5V電壓。
單片機;小夜燈;自動失電
當(dāng)今壓力大的快節(jié)奏生活,使得很多人的睡眠質(zhì)量得不到保證,部分原因是因為起夜后引起的失眠。比如半夜起來上廁所,照看孩子,喝水等,這時人處于半睡眠狀態(tài),不方便打開燈。而如果猛然打開燈,由于光線亮度差太大很容易導(dǎo)致眼睛不適,并使人清醒。本文根據(jù)孫明明在家居光環(huán)境一體化的研究中提到結(jié)合人體生理與心理的分析,選用地腳燈作為夜燈[1]。本文設(shè)計的地腳小夜燈能在人起床將腿吊在床邊時點亮,到腿上床后或延時10min后關(guān)閉。
本文主要采用單片機AT89C51作為控制核心,由時鐘電路、電源自動失電電路、復(fù)位電路、光電感應(yīng)模塊、驅(qū)動電路,按鍵輸入模塊,電源模塊構(gòu)成??偨Y(jié)構(gòu)框圖如下:
圖1 硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖
智能床沿小夜燈是在按下電源開關(guān)后給單片機上電[2],并通過按鍵輸入選定不同的單片機待電時間,如6小時,7小時,8小時等;然后通過光電感應(yīng)模塊檢測是否有人下床,當(dāng)有人下床時,單片機輸出高電平通過驅(qū)動電路使小夜燈發(fā)光,并延時一段時間后關(guān)閉,若在延時時間內(nèi)檢測到人上床,則立即關(guān)燈。直到單片機待電時間到后,自動停止單片機的供電。
針對人們的生活習(xí)慣,往往人們會記得打開開關(guān),反而容易忘記關(guān)閉。所以在對智能小夜燈的設(shè)計中,對電源模塊的設(shè)計采用了定時自動失電。其電路圖設(shè)計如下:
圖2 電源自動失電模塊設(shè)計
如圖所示,通過按鈕S給單片機上電后,通過軟件程序給單片機的P0.0口置1,使晶體管處于導(dǎo)通的狀態(tài),所以當(dāng)按鍵松開時,5V電源通過晶體管加載到單片機VCC引腳。當(dāng)單片機待電時間結(jié)束時,通過軟件程序往P0.0口輸入低電平,從而切斷單片機的供電。
人起床后,腳會吊在床沿下,根據(jù)這一習(xí)慣,本文采用擴散反射型光電傳感器,來完成對人體的檢測。該檢測頭由于一個發(fā)光器(發(fā)光二極管)和一個收光器(光敏三極管)組成,當(dāng)檢測頭前沒有遮擋時候,沒有信號輸入;一旦有檢測物通過或遮擋時,就會將發(fā)光器發(fā)射的光線反射回來,使收光器接收到,經(jīng)過電壓比較器LM393后,向單片機引腳P1.3輸入低電平信號。其中通過調(diào)節(jié)滑動變阻器RV1,來調(diào)節(jié)光電傳感器的靈敏度。光電感應(yīng)模塊電路圖如下:
為保證小夜燈具有一定的亮度,小夜燈采用12V的直流電壓,而單片機引腳的高電平輸出電壓近似電源電壓5V,所以不足以提供。當(dāng)單片機引腳P0.7輸出高電平時,小夜燈電路因接通而點亮。當(dāng)單片機引腳P0.7輸出低電平時,小夜燈電路因斷開而熄滅。為完成單片機對小夜燈的控制,設(shè)計了如下的驅(qū)動電路:
文中單片機的供電電壓為5V,而驅(qū)動小夜燈的供電電壓為12V,因此設(shè)計了以220V的電網(wǎng)電壓為輸入,5V和12V幅值穩(wěn)定的直流電源為輸出的電源模塊。首先通過變壓器對220V的電網(wǎng)電壓進行降壓,再通過橋式整流電路將降壓后的正弦電壓轉(zhuǎn)換成脈動單向電壓,再經(jīng)過電容濾波得到比較平滑的電壓,最后經(jīng)過LM7912CT進行穩(wěn)壓輸出。
圖5 電源模塊設(shè)計
首先執(zhí)行初始化程序,完成對單片機系統(tǒng)的初始化[3]。然后將電源控制引腳P0.0置為高電平,接著依次判斷單片機引腳P1.0,P1.1,P1.2是否為低電平,若為低電平,啟動軟件計時;接著判斷P1.3引腳是否有低電平產(chǎn)生,若產(chǎn)生低電平則觸發(fā)外部中斷,置位P0.7引腳,從而點亮小夜燈。然后采用軟件延時10分鐘,若在延時時間內(nèi)有人上床,則立即關(guān)閉小夜燈;若沒檢測到人上床,延時時間到時關(guān)閉小夜燈。最后計時時間到時,復(fù)位電源控制引腳P0.0和小夜燈控制引腳P0.7。程序流程圖如下:
圖6 程序流程圖
本設(shè)計是單片機在照明方面的應(yīng)用,其中結(jié)合到人體生理特點,將小夜燈設(shè)置在地腳位置,實現(xiàn)智能化操作。為保證光電感應(yīng)模塊的靈敏性,將收光器安裝在床沿側(cè),發(fā)光器安裝在對側(cè)。在后續(xù)設(shè)計中,可就單一功能控制按鈕進行改進,并設(shè)計多功能的小夜燈,進一步方便人們生活中使用。
[1]孫明明.普通家居及其光環(huán)境一體化的研究與設(shè)計[D].大連:大連工業(yè)大學(xué),2013.
[2]陳余、王璇.家居智能小夜燈的設(shè)計[J].科技信息,2010,29(2):734-738.
[3]郭天祥編著51單片機C語言教程[M].電子工業(yè)出版社,2011.