智能地腳小夜燈設(shè)計(jì)

楊琴　李秀

【摘 要】本文是基于單片機(jī)的小夜燈設(shè)計(jì)，通過光電感應(yīng)模塊檢測到人下床，采用單片機(jī)輸出高電平驅(qū)動(dòng)小夜燈點(diǎn)亮，延時(shí)10min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(jī)，設(shè)計(jì)了自動(dòng)失電模塊，計(jì)時(shí)完成后，自動(dòng)切斷單片機(jī)電源供電。針對(duì)雙電源供電，設(shè)計(jì)了電源模塊輸出12V和5V電壓。

【關(guān)鍵詞】單片機(jī)；小夜燈；自動(dòng)失電

引言

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?yàn)槠鹨购笠鸬氖?。比如半夜起來上廁所，照看孩子，喝水等，這時(shí)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(jì)的地腳小夜燈能在人起床將腿吊在床邊時(shí)點(diǎn)亮，到腿上床后或延時(shí)10min后關(guān)閉。

1.系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

本文主要采用單片機(jī)AT89C51作為控制核心，由時(shí)鐘電路、電源自動(dòng)失電電路、復(fù)位電路、光電感應(yīng)模塊、驅(qū)動(dòng)電路，按鍵輸入模塊，電源模塊構(gòu)成?？偨Y(jié)構(gòu)框圖如下：

智能床沿小夜燈是在按下電源開關(guān)后給單片機(jī)上電[2]，并通過按鍵輸入選定不同的單片機(jī)待電時(shí)間，如6小時(shí)，7小時(shí)，8小時(shí)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(shí)，單片機(jī)輸出高電平通過驅(qū)動(dòng)電路使小夜燈發(fā)光，并延時(shí)一段時(shí)間后關(guān)閉，若在延時(shí)時(shí)間內(nèi)檢測到人上床，則立即關(guān)燈。直到單片機(jī)待電時(shí)間到后，自動(dòng)停止單片機(jī)的供電。

2.自動(dòng)失電模塊

針對(duì)人們的生活習(xí)慣，往往人們會(huì)記得打開開關(guān)，反而容易忘記關(guān)閉。所以在對(duì)智能小夜燈的設(shè)計(jì)中，對(duì)電源模塊的設(shè)計(jì)采用了定時(shí)自動(dòng)失電。其電路圖設(shè)計(jì)如下：

如圖所示，通過按鈕S給單片機(jī)上電后，通過軟件程序給單片機(jī)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(shí)，5V電源通過晶體管加載到單片機(jī)VCC引腳。當(dāng)單片機(jī)待電時(shí)間結(jié)束時(shí)，通過軟件程序往P0.0口輸入低電平，從而切斷單片機(jī)的供電。

3.光電感應(yīng)模塊

人起床后，腳會(huì)吊在床沿下，根據(jù)這一習(xí)慣，本文采用擴(kuò)散反射型光電傳感器，來完成對(duì)人體的檢測。該檢測頭由于一個(gè)發(fā)光器（發(fā)光二極管）和一個(gè)收光器（光敏三極管）組成，當(dāng)檢測頭前沒有遮擋時(shí)候，沒有信號(hào)輸入；一旦有檢測物通過或遮擋時(shí)，就會(huì)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(jī)引腳P1.3輸入低電平信號(hào)。其中通過調(diào)節(jié)滑動(dòng)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：

4.驅(qū)動(dòng)小夜燈模塊

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(jī)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(jī)引腳P0.7輸出高電平時(shí)，小夜燈電路因接通而點(diǎn)亮。當(dāng)單片機(jī)引腳P0.7輸出低電平時(shí)，小夜燈電路因斷開而熄滅。為完成單片機(jī)對(duì)小夜燈的控制，設(shè)計(jì)了如下的驅(qū)動(dòng)電路：

5.電源模塊

文中單片機(jī)的供電電壓為5V，而驅(qū)動(dòng)小夜燈的供電電壓為12V，因此設(shè)計(jì)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(duì)220V的電網(wǎng)電壓進(jìn)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(dòng)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(jìn)行穩(wěn)壓輸出。

6.軟件程序設(shè)計(jì)

首先執(zhí)行初始化程序，完成對(duì)單片機(jī)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(jī)引腳P1.0，P1.1，P1.2是否為低電平，若為低電平，啟動(dòng)軟件計(jì)時(shí)；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(diǎn)亮小夜燈。然后采用軟件延時(shí)10分鐘，若在延時(shí)時(shí)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(shí)時(shí)間到時(shí)關(guān)閉小夜燈。最后計(jì)時(shí)時(shí)間到時(shí)，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：

7.結(jié)論

本設(shè)計(jì)是單片機(jī)在照明方面的應(yīng)用，其中結(jié)合到人體生理特點(diǎn)，將小夜燈設(shè)置在地腳位置，實(shí)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(duì)側(cè)。在后續(xù)設(shè)計(jì)中，可就單一功能控制按鈕進(jìn)行改進(jìn)，并設(shè)計(jì)多功能的小夜燈，進(jìn)一步方便人們生活中使用。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫明明.普通家居及其光環(huán)境一體化的研究與設(shè)計(jì)[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(jì)[J].科技信息，2010，29（2）：734-738.

[3]郭天祥編著51單片機(jī)C語言教程[M].電子工業(yè)出版社，2011.