基于STC12單片機(jī)的智能臺燈設(shè)計

宋超+楊哲銘+孫世鵬+張聰聰

摘要：為了實(shí)現(xiàn)低成本，高性能的家庭智能照明設(shè)備，現(xiàn)提出一種以STC12單片機(jī)為芯片，并以超聲波傳感器為基礎(chǔ)的智能臺燈。該項(xiàng)目采用OLED可以實(shí)現(xiàn)屏幕菜單化，并可進(jìn)行多功能選擇。可實(shí)現(xiàn)定時開關(guān)燈和鬧鐘功能。在自動模式下，有人在其旁邊并且光強(qiáng)較弱時，臺燈可自動開啟，并且臺燈亮度可隨周圍光強(qiáng)的變化而變化。當(dāng)臺燈周圍沒人時，臺燈自動熄滅。當(dāng)人與臺燈距離過近時，臺燈發(fā)出警告。另外，該項(xiàng)目還可以實(shí)時檢測周圍的溫度和人與臺燈之間的距離。這樣既節(jié)能環(huán)保，又為使用者提供了極大的便利。

關(guān)鍵詞：STC12；臺燈；單片機(jī)；智能化；超聲波

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2017）29-0155-02

Abstract： In order to realize the low cost and high performance home intelligent lighting equipment， it puts forward a kind of intelligent table lamp Based on the STC12 sensor.The project can be achieved using OLED screen menu， and can be multi - function selection.Timing switch lights and alarm clock function can be achieved.In the automatic mode， when the light intensity is weak， the lamp can be automatically turned on， and the brightness of the lamp can be changed with the change of the surrounding light intensity.When no one around the table lamp， the lamp automatically extinguished.In addition， the project can also detect the ambient temperature and the distance between people and the table lamp.This energy saving and environmental protection ， but also to provide users with great convenience.

Key word： STC12； Table lamp； Singlechip； Intellectualization； Ultrasonic

1 概述

臺燈現(xiàn)已成為學(xué)習(xí)者必不可缺的學(xué)習(xí)工具。[1]由于手機(jī)以及電腦的普及，受其輻射的影響，現(xiàn)眾多中小學(xué)生就已經(jīng)離不來眼鏡，作為學(xué)習(xí)的必備工具—臺燈，更要注意保護(hù)學(xué)習(xí)者的視力這一問題。一是從臺燈的光線考慮，使用對眼睛傷害最小的光線，并通過調(diào)節(jié)光線來保護(hù)視力；二是從使用者的使用時間考慮，利用定時開關(guān)來提醒使用者休息。另外，在社會極力倡導(dǎo)低碳環(huán)保的理念下，設(shè)計者也要考慮節(jié)能環(huán)保。[2]在使用過程中，有許多時候使用者因忘記關(guān)臺燈而無形中浪費(fèi)了許多能源，可以通過感應(yīng)人是否在臺燈周圍來控制臺燈亮滅，這樣就可以減少因?yàn)槭褂谜叩倪z忘而造成的不必要的能源損失。

2 系統(tǒng)組成

該項(xiàng)目主要由硬件部分和軟件部分組成。其中，硬件部分通過STC12單片機(jī)來控制超聲波傳感器和蜂鳴器從而實(shí)現(xiàn)自動開關(guān)和矯正坐姿的功能。通過控制OLED顯示屏和獨(dú)立按鍵來實(shí)現(xiàn)屏幕菜單化的多模式選擇功能。通過控制AD轉(zhuǎn)換芯片和獨(dú)立按鍵來實(shí)現(xiàn)手動模式下的LED亮度等級選擇。另外，通過控制溫度傳感器，可以在顯示屏上實(shí)時顯示周圍溫度，時間和人與臺燈之間的距離。還可以通過模式選擇來進(jìn)行定時，校時。當(dāng)人體靠近臺燈時，達(dá)到超聲波傳感器的檢測距離，臺燈會自動打開，并根據(jù)周圍的光照強(qiáng)度自動進(jìn)行亮度的調(diào)整。當(dāng)人體距離臺燈過近時，蜂鳴器會發(fā)出報警聲以警示使用者調(diào)整坐姿。使用者還可以進(jìn)行定時學(xué)習(xí)，設(shè)立鬧鐘，進(jìn)行自動模式和手動模式的切換。軟件部分主要由KEIL軟件和C語言編寫完成。

3 硬件電路設(shè)計

該項(xiàng)目采用STC公司生產(chǎn)的STC12C5A60S2作為微控制器[3]。該芯片不但和8051指令、管腳完全兼容，而且其片內(nèi)的具有大容量程序存儲器且是FLASH工藝的，如STC12C5A60S2單片機(jī)內(nèi)部就自帶高達(dá)60K FLASHROM，這種工藝的存儲器用戶可以用電的方式瞬間擦除、改寫。而且STC系列單片機(jī)支持串口程序燒寫。顯而易見，[4]這種單片機(jī)對開發(fā)設(shè)備的要求很低，開發(fā)時間也大大縮短。寫入單片機(jī)內(nèi)的程序還可以進(jìn)行加密，這又很好地保護(hù)了你的勞動成果。它還是高速/低功耗/超強(qiáng)抗干擾的新一代8051單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，但速度快8-12倍。內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路[5]，2路PWM，8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換（250K/S），針對電機(jī)控制，強(qiáng)干擾場合。采用超聲波傳感器作為檢測裝置，它是將超聲波信號轉(zhuǎn)換成其他能量信號（通常是電信號）的傳感器。超聲波是振動頻率高于[6]20KHz的機(jī)械波。它具有頻率高、波長短、繞射現(xiàn)象小，特別是方向性好、能夠成為射線而定向傳播等特點(diǎn)。超聲波對液體、固體的穿透本領(lǐng)很大，尤其是在陽光不透明的固體中。超聲波碰到雜質(zhì)或分界面會產(chǎn)生顯著反射形成反射成回波，碰到活動物體能產(chǎn)生多普勒效應(yīng)。相比紅外傳感器，它具有靈敏度高，受溫度和光照影響較小等優(yōu)點(diǎn)。

該項(xiàng)目由STC12單片機(jī)，超聲波傳感器，AD轉(zhuǎn)換芯片，ULN2803功率轉(zhuǎn)換芯片，OLED顯示屏，光敏電阻，貼片式LED，滑動變阻器，獨(dú)立按鍵，蜂鳴器和溫度傳感器組成。如圖1所示。采用STC12為主控芯片，相比STC51有著更快的處理速度和更大的存儲空間。同時用ULN2803實(shí)現(xiàn)功率的放大從而使LED的亮度更大。因?yàn)槿梭w紅外傳感器[7]在測試時效果并不好，存在靈敏度差，檢測不準(zhǔn)確等缺點(diǎn)。所以該項(xiàng)目采用了靈敏度比較好的超聲波傳感器進(jìn)行人體檢測，硬件整體構(gòu)架圖如圖2所示。endprint

另外，它通過光敏電阻來實(shí)現(xiàn)LED亮度的自動調(diào)節(jié)，并通過AD轉(zhuǎn)換芯片，滑動變阻器和獨(dú)立按鍵來實(shí)現(xiàn)手動控制LED的亮度。它還加入了溫濕度傳感器和蜂鳴器，這樣屏幕上可以實(shí)時顯示周圍的溫度，當(dāng)溫度超標(biāo)或者人體離臺燈過近時[8]，蜂鳴器會報警。OLED顯示屏可以實(shí)現(xiàn)屏幕的菜單化和多模式選擇，為使用者提供了很大的便利。如圖3所示。

4 軟件程序設(shè)計

根據(jù)智能臺燈的工作原理，使用KEIL軟件和C語言[9]，完成了項(xiàng)目軟件的設(shè)計。當(dāng)使用者靠近臺燈時，超聲波傳感器接收到回波并把信號傳給主控芯片從而實(shí)現(xiàn)LED燈的亮滅。為了實(shí)現(xiàn)更好的自動調(diào)光功能，我們采用了PWM輸出方式。并為了減小誤差，當(dāng)芯片采集了10組數(shù)據(jù)后并求平均值，然后根據(jù)平均值來進(jìn)行亮度的調(diào)整[10]。這樣防止了因某一次意外的環(huán)境亮度變化而對臺燈產(chǎn)生的影響，大大提高了使用者的使用效率。軟件功能實(shí)現(xiàn)流程如圖4所示。

5 結(jié)論

目前市面上的智能臺燈大多價格比較高，制約了智能臺燈的普及。該項(xiàng)目采用STC12單片機(jī)和超聲波傳感器為基礎(chǔ)，使用的材料價格低廉。并利用溫度傳感器測試室內(nèi)溫度，起到了溫度計的作用；顯示屏上還顯示了時間，起到了鐘表的作用。這樣一臺智能臺燈相當(dāng)于三件設(shè)備，該臺燈為多功能的智能臺燈。最重要的是，該智能臺燈可實(shí)現(xiàn)定時亮滅，自動調(diào)節(jié)亮度，保護(hù)了使用者的視力；并且實(shí)現(xiàn)人走燈滅這一功能，體現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的思想。該智能臺燈真正做到了節(jié)能、實(shí)用、價格低廉，是值得大力推廣的智能化產(chǎn)品。

參考文獻(xiàn)：

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[10] 羅旭.一種基于單片機(jī)的智能型多功能臺燈設(shè)計[J].信息通信，2014，24（12）：52-53.endprint