一種自動(dòng)調(diào)光的智能視力保護(hù)臺(tái)燈設(shè)計(jì)

王藝蓉　王哲

摘 要：為了解決學(xué)生在使用臺(tái)燈時(shí)的視力保護(hù)問題，本文設(shè)計(jì)一款自動(dòng)調(diào)光的智能視力保護(hù)臺(tái)燈。該臺(tái)燈系統(tǒng)采用STM32單片機(jī)作為控制核心，通過TSL2561照度傳感器檢測(cè)光強(qiáng)的變化，自動(dòng)調(diào)整臺(tái)燈的亮度，通過紅外檢測(cè)單元感應(yīng)是否有人在使用臺(tái)燈，達(dá)到環(huán)保節(jié)能的目的。所設(shè)計(jì)的臺(tái)燈系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低，易于學(xué)生使用。

關(guān)鍵詞：視力保護(hù) 自動(dòng)調(diào)光 光強(qiáng)檢測(cè) 智能化

中圖分類號(hào)：TG580.21 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-9082（2018）12-0-01

引言

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，中國現(xiàn)在近視患者超過四億人，尤其是青少年居多，視力的下降損耗著青年人的健壯成長(zhǎng)，給他們的日常生活帶來了極大的不便利[1]。這種現(xiàn)象在很大程度上與用眼環(huán)境有關(guān)[2，3]。臺(tái)燈作為學(xué)生桌前的必備照明工具，為學(xué)生提供明亮的光照環(huán)境[4]?，F(xiàn)有學(xué)生使用的臺(tái)燈僅僅能滿足學(xué)生的照明要求，無法根據(jù)周邊環(huán)境科學(xué)的調(diào)整適合的學(xué)習(xí)光照強(qiáng)度，實(shí)時(shí)提供給學(xué)生良好的光照環(huán)境[5]。為此，本文設(shè)計(jì)一種可以自動(dòng)調(diào)光的視力保護(hù)臺(tái)燈，旨在為學(xué)生提供科學(xué)的照明環(huán)境，防止近視。

一、概述

本文在設(shè)計(jì)過程中，在原有LED臺(tái)燈的基礎(chǔ)上，結(jié)合單片機(jī)控制技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，針對(duì)學(xué)生使用群體設(shè)計(jì)了一種基于STM32的 自動(dòng)調(diào)光視力保護(hù)臺(tái)燈系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括主控單元、照度檢測(cè)單元、溫度傳感單元、人體紅外檢測(cè)單元以及報(bào)警單元等。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

二、設(shè)計(jì)過程

1.照度檢測(cè)單元

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)習(xí)環(huán)境的光照信息進(jìn)行實(shí)時(shí)的檢測(cè)，選用型號(hào)為TSL2561的照度傳感器，該傳感器具有低功耗、高速及可編程的特點(diǎn)，其內(nèi)部集成了用于采集外界光照信息的兩個(gè)光敏二極管，將光照信息轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后存儲(chǔ)于內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中。STM32單片機(jī)通過IIC總線協(xié)議將數(shù)據(jù)讀取，從而完成照度信息的采集和獲取。

整個(gè)檢測(cè)過程主要包括啟動(dòng)照度檢測(cè)、設(shè)置積分時(shí)間、讀取測(cè)量A/D轉(zhuǎn)換值，關(guān)閉照度檢測(cè)。具體流程如圖2所示。

2.溫度傳感單元

為了能夠?qū)崟r(shí)獲得學(xué)習(xí)環(huán)境的溫度信息，選用型號(hào)為DS18B20的數(shù)字式溫度傳感器。該傳感器具有體積小，且與STM32單片機(jī)接口簡(jiǎn)單，雙向性傳輸?shù)忍攸c(diǎn)。通常采用單總線與單片機(jī)連接，通過軟件編程模擬的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)DS18B20內(nèi)部寄存器的配置，從而完成溫度信息的獲取。

通過STM32單片機(jī)的引腳 PC2模擬單總線時(shí)序接收溫度信息，整個(gè)過程包括復(fù)位時(shí)序、應(yīng)答時(shí)序以及讀寫時(shí)序，最后通過溫度檢測(cè)函數(shù)完成溫度數(shù)據(jù)的不斷檢測(cè)與存儲(chǔ)。具體的軟件設(shè)計(jì)如圖3所示。

3.人體紅外檢測(cè)單元

人體紅外檢測(cè)單元主要用于監(jiān)測(cè)臺(tái)燈是否有人在使用，如果使用者離開或者無使用者時(shí)，臺(tái)燈會(huì)將亮度自動(dòng)調(diào)節(jié)為最低，從而減少能源消耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保。為此，本文選用型號(hào)為BISS0001的傳感器芯片，并結(jié)合人體熱釋電紅外傳感器來共同完成。STM32單片機(jī)通過檢測(cè)單元輸出與單片機(jī)連接的PC3引腳的高低電平的變化來判斷是否有人在使用臺(tái)燈，根據(jù)判斷結(jié)果執(zhí)行相應(yīng)的臺(tái)燈控制。

4.報(bào)警單元

為了避免學(xué)生的學(xué)習(xí)時(shí)間過長(zhǎng)或者臺(tái)燈長(zhǎng)時(shí)間不適用的情況發(fā)生，本設(shè)計(jì)采用蜂鳴器報(bào)警的方式提醒使用者。為了增加趣味性可采用單片機(jī)軟件模擬的方式控制蜂鳴器產(chǎn)生有趣的音效。

三、結(jié)束語

通過多次的軟硬件聯(lián)調(diào)，以及對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的觀測(cè)證明系統(tǒng)基本滿足設(shè)計(jì)要求，能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)自動(dòng)調(diào)光、溫度檢測(cè)、人體檢測(cè)功能，并且能夠播放音效，正確及時(shí)的提醒學(xué)生。所設(shè)計(jì)的臺(tái)燈能夠根據(jù)周邊環(huán)境科學(xué)的調(diào)整適合的學(xué)習(xí)光照強(qiáng)度，為提供給學(xué)生良好的光照環(huán)境，培養(yǎng)學(xué)生良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣。

參考文獻(xiàn)

[1]丁學(xué)用， 陳越艷， 王旭龍，等. 一種自動(dòng)感應(yīng)及預(yù)防近視智能臺(tái)燈設(shè)計(jì)[J]. 中國科技信息， 2017（24）：77-78.

[2]柴君夫. 基于STM32的LED智能學(xué)習(xí)型臺(tái)燈系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[D]. 秦皇島： 燕山大學(xué)， 2016.

[3]熊志輝， 王仁波. 基于STM32的智能學(xué)習(xí)臺(tái)燈設(shè)計(jì)[J]. 電子世界， 2016（8）：160-161.

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

[5]田軍委， 肖清林， 張波，等. 智能護(hù)眼臺(tái)燈設(shè)計(jì)[J]. 電子設(shè)計(jì)工程， 2015（17）：161-163.

作者簡(jiǎn)介：王藝蓉（2003-），女，漢族，山西運(yùn)城人，山西省運(yùn)城市康杰中學(xué)學(xué)生。

指導(dǎo)教師：王哲（1992-），男，漢族，山西運(yùn)城人，山西運(yùn)城康杰中學(xué)科技競(jìng)賽指導(dǎo)教師。