基于單片機(jī)的智能臺燈設(shè)計(jì)

作者/尹克巖，開封大學(xué)電子電氣工程學(xué)院

基于單片機(jī)的智能臺燈設(shè)計(jì)

作者/尹克巖，開封大學(xué)電子電氣工程學(xué)院

臺燈是用于閱讀學(xué)習(xí)而設(shè)計(jì)使用的燈，一般臺燈用的燈泡是白熾燈、節(jié)能燈泡以及市面上流行的護(hù)眼臺燈，可以調(diào)節(jié)高度、光照的方向和亮度，采用的是手動調(diào)節(jié)。而對于兒童來說，他們通常不知道如何調(diào)整以及調(diào)整到何種程度。本文設(shè)計(jì)了一款智能臺燈，當(dāng)有人的時候，可以根據(jù)周圍的光亮度自動調(diào)整光亮度，同時還具有糾正使用者坐姿的功能。

智能臺燈；單片機(jī)；自動調(diào)節(jié)；糾正坐姿

引言

臺燈是燈的一種，小巧精致，光亮照射范圍相對比較小和集中，不會影響到整個房間的光線，作用局限在臺燈周圍，便于閱讀、學(xué)習(xí)、工作、節(jié)省能源。臺燈根據(jù)功能分為：閱讀臺燈、裝飾臺燈、陪讀臺燈、便攜臺燈。文本中所指臺燈為閱讀臺燈，即專門用于看書寫字的臺燈。一般這種臺燈用的燈泡是白熾燈、節(jié)能燈泡以及市面上流行的護(hù)眼臺燈，部分臺燈還有“應(yīng)急功能”即自帶電源，用于停電時照明應(yīng)急。它們通?？梢哉{(diào)節(jié)燈的高度、光照的方向和亮度，而對于兒童來說，他們一般不去調(diào)節(jié)燈的方向和光亮，反而與之無益。

1. 硬件設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)框圖

本文設(shè)計(jì)了一款智能臺燈，當(dāng)有人的時候，可以根據(jù)周圍環(huán)境的光亮度自動調(diào)整燈的亮度，同時當(dāng)使用者距離過近時還會報警，具有糾正使用者坐姿的功能。以STC12C2052單片機(jī)為核心控制機(jī)，包括電源模塊、復(fù)位電路模塊、晶振電路模塊、紅外測距模塊、熱釋紅外模塊、光敏電子模塊、led驅(qū)動照明模塊、蜂鳴器報警模塊。具體框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)框圖

1.2 模塊設(shè)計(jì)

1.2.1 單片機(jī)系統(tǒng)

STC12C2052單片機(jī)是高速/低功耗的新一代單片機(jī)，完全兼容8051內(nèi)核單片機(jī)。15個通用I/O口，2路PWM，8路8為精度ADC，具有看門狗，引腳封裝20。且其市場價較低，與89C51相差不多，性價比較高。

1.2.2 熱釋紅外模塊

熱釋紅外模塊采用的是HC—SR501，HC—SR501是基于紅外線技術(shù)的自動控制模塊，采用LHI778探頭設(shè)計(jì)，靈敏度高，可靠性強(qiáng)，超低電壓工作模式，廣泛應(yīng)用于各類自動感應(yīng)電氣設(shè)備。當(dāng)人進(jìn)入到感應(yīng)范圍輸出高電平，人離開感應(yīng)范圍則自動延時關(guān)閉高電平，輸出低電平。調(diào)節(jié)距離電位器，則可在3～7米調(diào)整感應(yīng)范圍。調(diào)節(jié)延時點(diǎn)位器，則可在0.5s～300s調(diào)整感應(yīng)延時。如圖2所示。

圖2 熱釋紅外模塊

圖3 紅外測距模塊

1.2.3 紅外測距模塊

紅外測距模塊采用的是E18—D50NK，E18—D50NK紅外開關(guān)，漫天反射式傳感器，這是一種集發(fā)射與接受與一體的光電傳感器，發(fā)射光經(jīng)過調(diào)制后發(fā)出，接受頭對反射光進(jìn)行解調(diào)輸出，有效的避免了可見光的干擾。其有效距離3—50cm，檢測距離可以調(diào)節(jié)。該傳感器具有探測距離遠(yuǎn)、受可見光干擾小、價格便宜、易于張培，使用方便等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于多種場合。如圖3所示。

1.2.4 光敏電阻模塊

光敏電阻是利用半導(dǎo)體的光電導(dǎo)效應(yīng)制成的一種阻值歲入射光的強(qiáng)弱而改變的電阻器。旋轉(zhuǎn)電位器可改變環(huán)境光亮度門閥，入射光與門閥值經(jīng)過比較器輸出，連接到單片機(jī),如圖4所示。

圖4 光敏電阻模塊

1.2.5 LED驅(qū)動照明模塊

燈光驅(qū)動照明模塊使用單片機(jī)自帶的PWM控制自動調(diào)光來實(shí)現(xiàn)臺燈的亮度調(diào)節(jié)。采用ULN2003來驅(qū)動LED燈。ULN2003是一種大電流驅(qū)動列陣，適用于單片機(jī)、智能儀表等控制電路中。如圖5所示。

圖5 LED驅(qū)動照明模塊

2. 軟件設(shè)計(jì)

該智能臺燈主要實(shí)現(xiàn)剛光亮度超過閥門時，檢測到有人打開燈，檢測到無人關(guān)閉燈，并且在打開燈后檢測使用者的坐姿，距離過近，蜂鳴器發(fā)出報警聲，直到坐姿已糾正程序流程圖如圖6所示。

圖6 主程序流程圖

3. 總結(jié)

當(dāng)周圍環(huán)境光亮度過低時，臺燈在檢測范圍內(nèi)檢測到有人出現(xiàn)，自動打開臺燈。當(dāng)使用者坐姿不正確，距離過近，臺燈提醒人糾正坐姿。當(dāng)使用者離開臺燈的檢測范圍后，臺燈自動熄滅。這樣不僅能節(jié)約能源，還能糾正使用過程中的不當(dāng)坐姿，預(yù)防近視。該臺燈還存在著不能調(diào)節(jié)使用光顏色，不能調(diào)節(jié)高度和方向，還可以進(jìn)一步的完善和優(yōu)化。

＊ [1]魏熾旭，林泉康.基于51單片機(jī)的智能臺燈設(shè)計(jì)[J].電子制作，2017(01): 40—41

＊ [2]李書婷，韓國富.基于STC89CP2單片機(jī)的教室燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].自動化與儀器儀表，2017(01): 52—54

＊ [3]胡子牛，張偉.一種基于單片機(jī)的智能LED照明燈設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)工程應(yīng)用技術(shù)，2017(01): 220—222

＊ [4]邵婷婷，樊延虎.基于單片機(jī)的節(jié)能LED調(diào)光系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].河南科學(xué)，2015(01): 55—57

＊ [5]李向春，鞏玉璽.基于單片機(jī)的大功率LED光強(qiáng)調(diào)制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].工業(yè)控制與應(yīng)用，2017(01): 32—34