智能開關(guān)護(hù)眼臺(tái)燈的設(shè)計(jì)

陳雪璐，徐俊杰，周 佩，姚 敏

（武漢東湖學(xué)院 電子信息工程學(xué)院，湖北 武漢 430212）

智能開關(guān)護(hù)眼臺(tái)燈的設(shè)計(jì)

陳雪璐，徐俊杰，周 佩，姚 敏

（武漢東湖學(xué)院 電子信息工程學(xué)院，湖北 武漢 430212）

本項(xiàng)目擬利用單片機(jī)技術(shù)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一種新型可自適應(yīng)人體溫度變化、能自動(dòng)適應(yīng)周圍的環(huán)境調(diào)節(jié)亮度，且可通過手勢(shì)傳感開啟的新型智能臺(tái)燈。通過與手機(jī)藍(lán)牙相互連接，可實(shí)現(xiàn)手機(jī)控制臺(tái)燈的功能。通過手機(jī)APP切換不同的模式，可實(shí)現(xiàn)不同的亮度，以適應(yīng)不同的使用環(huán)境下使用者的需求。

智能臺(tái)燈；手勢(shì)傳感；手機(jī)控制；光補(bǔ)償；藍(lán)牙

市面上的傳統(tǒng)臺(tái)燈大多是人為控制臺(tái)燈的開關(guān)。在快節(jié)奏的生活方式下，人們經(jīng)常會(huì)因工作、學(xué)習(xí)的忙碌而忘記關(guān)閉臺(tái)燈，使臺(tái)燈長(zhǎng)期處于工作狀態(tài)，導(dǎo)致了能源的浪費(fèi)，使臺(tái)燈元件經(jīng)常處于高負(fù)荷工作狀態(tài)，減短了臺(tái)燈的使用壽命。

傳統(tǒng)的觸摸調(diào)光、觸摸開關(guān)已很成熟。一般觸摸時(shí)要求手指接觸裸露的金屬片，這一類電路內(nèi)部大多使用不隔離的電源供電，直接觸摸上去總給人們一種不安全的感覺，而且有可能會(huì)發(fā)生短路的危險(xiǎn)。因此，人們嘗試在觸摸片上涂上一層薄薄的絕緣漆，不過這樣做的效果也不是很好。另外，還有一個(gè)老問題，就是帶手套時(shí)觸摸不夠靈敏或干脆不起作用。基于上述原因，本項(xiàng)目擬利用IAP15F2K61S2單片機(jī)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一種新型智能臺(tái)燈。

1 硬件設(shè)計(jì)方案

該項(xiàng)目利用BISS0001紅外傳感器和MPU9250姿態(tài)傳感器控制臺(tái)燈的開關(guān)，同時(shí)利用手機(jī)中的藍(lán)牙功能與單片機(jī)中的藍(lán)牙串口進(jìn)行通訊，通過手機(jī)APP來控制臺(tái)燈的亮度。

控制臺(tái)內(nèi)部含有IAP15F2K61S2單片機(jī)主板，分別分布著所需要的熱電堆紅外測(cè)溫傳感器BISS0001、MPU9250姿態(tài)傳感器和BF10藍(lán)牙模塊。姿態(tài)傳感器上會(huì)有一個(gè)顯示屏用作為手勢(shì)開關(guān)，測(cè)溫傳感器和姿態(tài)傳感器上分別分布著檢測(cè)探頭以便能檢測(cè)到人體的變化，使系統(tǒng)能夠根據(jù)變化自動(dòng)調(diào)節(jié)，從而讓使用者享受到最舒適的使用環(huán)境，保護(hù)眼睛。本項(xiàng)目主要由4個(gè)方面的硬件電路構(gòu)成，具體如下描述。

（1）測(cè)溫開關(guān)設(shè)計(jì)。通過使用熱電堆紅外測(cè)溫傳感器BISS0001來實(shí)現(xiàn)“人來燈亮，人走燈滅”的功能。當(dāng)使用者坐在臺(tái)燈前面時(shí)，智能臺(tái)燈的紅外測(cè)溫傳感器就會(huì)工作，臺(tái)燈就會(huì)自動(dòng)打開；當(dāng)使用者離開時(shí)，智能臺(tái)燈的紅外測(cè)溫傳感器檢測(cè)不到溫度就會(huì)切斷電源，臺(tái)燈就會(huì)自動(dòng)關(guān)閉。

熱電堆紅外測(cè)溫傳感器BISS0001是一款具有較高性能的傳感信號(hào)處理集成電路，它配以熱釋電紅外傳感器和少量外接元器件構(gòu)成被動(dòng)式的熱釋電紅外開關(guān)。它具有非常好的穩(wěn)定性，感應(yīng)的范圍在0~6m之間，能夠非常精確的感知到周圍溫度的變化。通過對(duì)比單片機(jī)設(shè)計(jì)的額定溫度，使臺(tái)燈能夠根據(jù)溫度準(zhǔn)確的開關(guān)。

（2）手勢(shì)開關(guān)設(shè)計(jì)。本項(xiàng)目使用MPU9250姿態(tài)傳感器來實(shí)現(xiàn)用手在姿態(tài)傳感器上方移動(dòng)來開啟或者關(guān)閉智能臺(tái)燈，來避免臺(tái)燈的傳統(tǒng)開關(guān)在開關(guān)燈時(shí)產(chǎn)生的電弧有觸電危險(xiǎn)的弊端。MPU9250是一個(gè)QFN封裝的復(fù)合芯片（MCM），它由2部分組成。一組是3軸加速度還有3軸陀螺儀，另一組則是AKM公司的AK8963 3軸磁力計(jì)。所以，MPU9250是一款9軸運(yùn)動(dòng)跟蹤裝置。MPU9250傳感器較上一代產(chǎn)品相比，面積縮小40%，靈敏度提高，成本減小。MPU9250傳感器可應(yīng)用于無觸碰操作技術(shù)，體感游戲控制技術(shù)，可穿戴智能設(shè)備技術(shù)中。本項(xiàng)目采用MPU9250傳感器的手勢(shì)控制技術(shù)，將9軸運(yùn)動(dòng)跟蹤裝置接入單片機(jī)，控制開關(guān)的斷開和連接，從而來實(shí)現(xiàn)臺(tái)燈的開關(guān)功能。

（3）藍(lán)牙控制電路設(shè)計(jì)。本項(xiàng)目采用BF10藍(lán)牙模塊，通過單片機(jī)對(duì)該模塊進(jìn)行控制，建立該模塊與手機(jī)藍(lán)牙之間的聯(lián)系，再通過手機(jī)APP來實(shí)現(xiàn)對(duì)臺(tái)燈的亮度控制。藍(lán)牙模塊采用雙微控制器模式，即藍(lán)牙低層協(xié)議與用戶應(yīng)用程序分別由主機(jī)控制器和主機(jī)來實(shí)現(xiàn)。單片機(jī)通過主機(jī)控制器接口對(duì)藍(lán)牙模塊進(jìn)行開發(fā)，并加以光敏電阻，從而調(diào)節(jié)PWM輸出，以實(shí)現(xiàn)對(duì)臺(tái)燈的亮度控制。

（4）單片機(jī)模塊設(shè)計(jì)。本項(xiàng)目擬使用IAP15F2K61S2單片機(jī)來控制整個(gè)電路的工作和運(yùn)行。相較于傳統(tǒng)常見的STC89C51RC單片機(jī)，這款單片機(jī)的速度是傳統(tǒng)51的10倍，體積是傳統(tǒng)51的五分之一，這款單片機(jī)沒有最小系統(tǒng)，可以直接當(dāng)作仿真器使用。此單片機(jī)不僅可以節(jié)省電路板空間，減小臺(tái)燈的體積；而且可以使臺(tái)燈在工作時(shí)不會(huì)出現(xiàn)卡頓、發(fā)熱等問題。

本項(xiàng)目通過手機(jī)APP來控制單片機(jī)的占空比，調(diào)節(jié)通過LED的電流和不通過電流的時(shí)間比，從而控制LED燈的亮度。由于人眼有視覺暫留特性，所以只要頻率比較高是看不出來頻閃的。通過電流比不通過電流的時(shí)間比例越大，LED做的功就越多，這樣也就越亮。

2 程序設(shè)計(jì)方案

本項(xiàng)目的軟件主要由單片機(jī)控制軟件和手機(jī)APP控制軟件組成。由單片機(jī)控制臺(tái)燈的開關(guān)以及與手機(jī)通訊；由手機(jī)APP控制臺(tái)燈的亮度。

（1）單片機(jī)程序設(shè)計(jì)。本項(xiàng)目擬使用C語言在Keil軟件中進(jìn)行編程。主要是通過紅外傳感器和手勢(shì)開關(guān)控制臺(tái)燈的開關(guān)燈，以及運(yùn)用單片機(jī)的藍(lán)牙串口與手機(jī)藍(lán)牙進(jìn)行通訊，來改變臺(tái)燈的亮度。

（2）手機(jī)APP軟件設(shè)計(jì)。本項(xiàng)目主要是通過手機(jī)APP來實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)臺(tái)燈的亮度，以適應(yīng)周圍環(huán)境的亮度，從而達(dá)到舒適使用并且節(jié)能環(huán)保的目的。手機(jī)APP與單片機(jī)藍(lán)牙串口進(jìn)行通訊，以達(dá)到通過手機(jī)APP控制臺(tái)燈亮度的目的。具體流程圖如圖1所示。

圖1 軟件整體設(shè)計(jì)流程圖

3 結(jié)語

利用非接觸式開關(guān)姿態(tài)傳感器，解決了因臺(tái)燈的傳統(tǒng)開關(guān)在開關(guān)燈時(shí)產(chǎn)生的電弧，有觸電危險(xiǎn)的問題，在測(cè)溫傳感器失效或者使用者希望盡快關(guān)閉臺(tái)燈的情況下，達(dá)到雙重保險(xiǎn)，節(jié)能環(huán)保的目的。

通過藍(lán)牙模塊與手機(jī)藍(lán)牙建立聯(lián)系，利用手機(jī)APP調(diào)節(jié)臺(tái)燈的亮度，給予使用者最舒適的使用體驗(yàn)，達(dá)到保護(hù)眼睛，減輕視覺疲勞的目的。

［1］李鑫.基于ARM、藍(lán)牙通信的心電采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)［D］．西安：西北工業(yè)大學(xué)，2007.

［2］張群，楊絮，張正言，等.藍(lán)牙模塊串口通信的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2012，31（3）.

［3］魏星，張銳，陳云翰，等.基于單片機(jī)設(shè)計(jì)的智能LED臺(tái)燈設(shè)計(jì)［J］.中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2015，（20）.

［4］宋文，楊帆.傳感器與檢測(cè)技術(shù)［M］.北京：高等教育出版社，2004.

［5］毛學(xué)軍.LED應(yīng)用技術(shù)［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2012.

［6］蔣雪琴.可調(diào)光智能LED臺(tái)燈設(shè)計(jì)［J］.電腦迷，2016，（3）.

Design of Intelligent Switch Eye Protection Lamp

CHEN Xue-lu，XU Jun-jie，ZHOU Pei，TAO Min
（School of Electronics and Information Engineering，Wuhan Donghu University，Wuhan，Hubei 430212，China）

The project aims to use the single-chip microcomputer technology that can design and realize new adaptive body temperature changes.It can automatically adapt to the surrounding environment to adjust the brightness and can be opened by gestures to open a new smart table lamp.Compared to the pyroelectric infrared sensor technology，that can achieve smart table lamp，through mobile phone Bluetooth，this device can be connected to achieve the function of mobile phone controlling the table lamp.Through the mobile phone software，it can switch the different modes and can have different brightness to meet the needs of different users under different operational environment.

smart table lamp；gesture sensor；mobile phone control；light compensation；bluetooth

TP273.5

A

2095-980X（2017）04-0085-01

2017-03-07

2016年度武漢東湖學(xué)院大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目，項(xiàng)目編號(hào)：xc2016011。

陳雪璐（1996-），女，湖北武漢人，大學(xué)本科。