基于單片機(jī)的智能LED臺(tái)燈設(shè)計(jì)

汪揚(yáng)埔

摘 要 20世紀(jì)80年代末，在美國(guó)出現(xiàn)了現(xiàn)代智能家居的原型，90年代中期，隨著國(guó)內(nèi)電子技術(shù)的成熟和集成電路技術(shù)的發(fā)展，智能家居在國(guó)內(nèi)逐漸發(fā)展起來，開始走進(jìn)大部分家庭，改變?nèi)藗兊纳罘绞?，提高生活質(zhì)量。同樣，日常生活中必需的臺(tái)燈也正朝著智能化方向發(fā)展，為此，提出新型智能LED臺(tái)燈設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)單片機(jī)為控制核心，通過硬件系統(tǒng)和軟件編程綜合實(shí)現(xiàn)，以實(shí)現(xiàn)智能臺(tái)燈。

關(guān)鍵詞 單片機(jī) 智能

中圖分類號(hào)：TP721文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

本臺(tái)燈設(shè)計(jì)有多種功能，能夠檢測(cè)感應(yīng)范圍內(nèi)人體，并自動(dòng)點(diǎn)亮或者熄滅，臺(tái)燈具有自動(dòng)感應(yīng)和手動(dòng)調(diào)節(jié)兩種調(diào)節(jié)模式，能顯示當(dāng)前日期、時(shí)間，顯示當(dāng)前屋內(nèi)溫度，還具備鬧鈴提醒功能。硬件部分由單片機(jī)控制模塊、臺(tái)燈模塊、時(shí)鐘模塊、溫度模塊、按鍵模塊、鬧鈴模塊、顯示模塊、紅外傳感8個(gè)模塊構(gòu)成。單片機(jī)控制芯片采用STC89C52，溫度傳感器選用DS18B20芯片，顯示模塊采用LCD1602液晶顯示，時(shí)鐘模塊采用DS1302時(shí)鐘芯片，檢測(cè)人體用BIS0001紅外熱釋傳感器，鬧鈴利用蜂鳴器發(fā)聲實(shí)現(xiàn)，臺(tái)燈模塊采用16顆高亮度白光LED。軟件部分采用單片機(jī)C語言編程控制，從而實(shí)現(xiàn)了控制功能。

1系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

1.1人體感應(yīng)模塊的設(shè)計(jì)

BIS0001芯片是一款具有較高性能的傳感信號(hào)處理集成電路芯片，是由內(nèi)部運(yùn)算放大器、狀態(tài)控制器、電壓比較器、封鎖時(shí)間定時(shí)器、延時(shí)定時(shí)器等，構(gòu)成的數(shù)?；旌蠈Ｓ眉呻娐?。人體紅外感應(yīng)模塊特點(diǎn)包括：全自動(dòng)感應(yīng)、光敏控制（可選）、功耗較低、工作電壓范圍寬、高電平信號(hào)輸出以及與各種電路對(duì)接起來非常方便。

1.2顯示模塊電路設(shè)計(jì)

本臺(tái)燈顯示器需顯示時(shí)間、溫度、模式及亮度等級(jí)，綜合分析采用LCD1602液晶顯示屏， 能顯示2行十六個(gè)字符，顯示功能強(qiáng)大， 且外形美觀視覺效果良好。LCD1602接口為標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口。

1.3照明模塊電路設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)采用16顆LED 作為發(fā)光系統(tǒng)，每顆LED和一個(gè)1K的電阻串聯(lián)，電阻起到限流作用。通過自動(dòng)控制或者按鍵K4、K5調(diào)節(jié)PWM輸出以達(dá)到調(diào)節(jié)光亮度的效果。輸入/輸出均采用低電平有效方式，也就是說給相應(yīng)的輸入/輸出低電平LED工作。

1.4溫度模塊電路設(shè)計(jì)

本臺(tái)燈設(shè)計(jì)選用DS18B20溫度傳感器。DS18B20具有性能較強(qiáng)，功耗較低的優(yōu)點(diǎn)，接線簡(jiǎn)單，方便使用，同時(shí)價(jià)位較低，在一些對(duì)精度、實(shí)時(shí)性要求不是特別高的場(chǎng)合被廣泛采用。其技術(shù)特點(diǎn)包括：（1）采用單線接口，便捷高效。與單片機(jī)進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)交換時(shí)，不需要其他復(fù)雜的接線，只需連接一條口線便能實(shí)現(xiàn);（2）存在固有測(cè)溫誤差，測(cè)溫范圍-55度至+125度;（3）支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多點(diǎn)測(cè)溫;（4）工作電壓為直流3V至5V;（5）不需要任何外圍元件，可單獨(dú)使用;（6）以9至12位數(shù)字量方式串行傳送測(cè)量結(jié)果。

1.5鬧鈴電路設(shè)計(jì)

鬧鈴模塊是由一個(gè)蜂鳴器實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)中利用一個(gè)PNP型三極管和蜂鳴器連接，主要作用是為蜂鳴器提供一個(gè)驅(qū)動(dòng)，使蜂鳴器工作為高電平有效，即P07口為高電平時(shí)蜂鳴器發(fā)聲提示。對(duì)該蜂鳴器，只需在其所接的I/O口寫“1” 便可實(shí)現(xiàn)它的蜂鳴。在編寫程序時(shí)為其加個(gè)延時(shí)，即可形成鬧鈴聲。本設(shè)計(jì)采用 “嘀嘀嘀”的普通鬧鈴聲，通過數(shù)組來存儲(chǔ)鬧鈴的值。

1.6時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)時(shí)鐘模塊采用DS1302時(shí)鐘芯片。DS1302是由DS1202改進(jìn)而來的，增加了以下的特性：雙電源供電，當(dāng)主電源無法供電時(shí)，由后備電源進(jìn)行供電;此外，增加了七個(gè)字節(jié)的存儲(chǔ)器。DS1302的功能特性使其具有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力，應(yīng)用領(lǐng)域較廣。

2系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)采用C語言進(jìn)行編程。C語言是一門通用計(jì)算機(jī)編程語言，應(yīng)用廣泛。C語言的設(shè)計(jì)目標(biāo)是提供一種能以簡(jiǎn)易的方式編譯、處理低級(jí)存儲(chǔ)器、產(chǎn)生少量的機(jī)器碼以及不需要任何運(yùn)行環(huán)境支持便能運(yùn)行的編程語言。

系統(tǒng)上電初始化后，人體檢測(cè)模塊檢測(cè)屋內(nèi)是否有人，或者按鍵是否按下，根據(jù)檢測(cè)的信號(hào)，LED開始工作。通過按鍵模塊可以調(diào)整時(shí)間、設(shè)置鬧鈴、調(diào)節(jié)光亮度以及切換模式。設(shè)置了年月日，時(shí)分秒幾個(gè)參數(shù)的計(jì)數(shù)，單片機(jī)根據(jù)按下的鍵進(jìn)行相應(yīng)的操作。按鍵均采用低電平有效的連接方式，選擇控制模式（即控制臺(tái)燈的工作模式，手動(dòng)模式或者感應(yīng)模式）由按鍵K1實(shí)現(xiàn)，對(duì)時(shí)鐘進(jìn)行調(diào)節(jié)，并設(shè)置鬧鈴由按鍵K2到K5實(shí)現(xiàn)，調(diào)節(jié)臺(tái)燈的亮度由K4（臺(tái)燈變亮）和K5（臺(tái)燈變暗）實(shí)現(xiàn)。

3總結(jié)

本設(shè)計(jì)的思想來源于當(dāng)前對(duì)節(jié)能、環(huán)保、健康的生活要求，以及智能家居應(yīng)運(yùn)而生。設(shè)計(jì)采用新型光源LED照明，較好的解決了當(dāng)前市場(chǎng)上臺(tái)燈大多功能單一，缺少亮度調(diào)節(jié)、溫度顯示等功能，無法適應(yīng)現(xiàn)代家居生活的弊病，同時(shí)更加節(jié)能環(huán)保，也更加便捷，結(jié)論如下：

（1）臺(tái)燈采用采用16顆高亮度白光LED，比傳統(tǒng)白熾燈電光轉(zhuǎn)化率更高，因此更加節(jié)能，同時(shí)，相比之下LED使用壽命更長(zhǎng)，而且不易被損壞，從而減少了廢棄物的產(chǎn)生，符合環(huán)保要求;

（2）設(shè)置了自動(dòng)和手動(dòng)兩個(gè)模式，自動(dòng)調(diào)節(jié)可根據(jù)光強(qiáng)調(diào)節(jié)臺(tái)燈亮度，讓臺(tái)燈隨時(shí)保持合適亮度;手動(dòng)調(diào)節(jié)能讓臺(tái)燈保持在設(shè)定亮度不變，用戶可根據(jù)習(xí)慣選擇自動(dòng)或者手動(dòng)模式;

（3）通過人體紅外感應(yīng)，當(dāng)有人且亮度較低時(shí)，臺(tái)燈自動(dòng)點(diǎn)亮，省去了摸黑開燈的不便;人走后延時(shí)幾秒臺(tái)燈自動(dòng)熄滅，節(jié)約了能源同時(shí)更加人性化;

（4）顯示器顯示當(dāng)前時(shí)間、日期，屋內(nèi)溫度，臺(tái)燈模式，臺(tái)燈亮度級(jí)別，使用戶操作起來更加便捷。同時(shí)用戶還可根據(jù)需要設(shè)置鬧鈴，到點(diǎn)即提醒用戶，以更好的保護(hù)視力。