基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)智慧臺燈的研究

馬萍 白龍輝

摘 要 隨著社會的發(fā)展和進步，各種技術(shù)的發(fā)展促進了電子產(chǎn)品飛速發(fā)展，家用電器逐漸趨向于智能化。本文設(shè)計的智能臺燈，是在現(xiàn)有傳統(tǒng)臺燈的基礎(chǔ)上，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開發(fā)出的一款智能家居產(chǎn)品“智慧臺燈”。該智慧臺燈基于多種模塊的相互配合，融入了團隊創(chuàng)新設(shè)計理念，集照明、紅外感應(yīng)自動開關(guān)、實時亮度調(diào)節(jié)、光鬧鐘和聲鬧鐘功能于一身，使用微信小程序控制，提高了臺燈的實用性和良好的用戶體驗，使得本設(shè)計的臺燈更加便捷、有趣。產(chǎn)品智能化、物聯(lián)化、人性化的設(shè)計將帶您進入智能家居的美好生活。

關(guān)鍵詞 物聯(lián)網(wǎng) 臺燈 智能化技術(shù)

中圖分類號：TM5;TN99 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0745（2021）04-0007-02

1 研究背景

隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展和進步，人們的生活水平有了顯著的提高，人類的追求不斷提升，市場也在不斷變化，應(yīng)用高科技技術(shù)決定了產(chǎn)品發(fā)展趨勢和發(fā)展前景，智能化技術(shù)在電子產(chǎn)品領(lǐng)域具有深遠的意義。伴隨著電子產(chǎn)品的飛速發(fā)展，智能化家用電器也逐漸走進人類的生活。常見的有智能小臺燈、智能電飯煲、智能門窗、智能電視、智能冰箱、智能電磁爐、智能洗衣機等。[1-2]擁有人工智能技術(shù)的家用電器和普通的家用電器相比較，功能上更加強大，使用更加方便，安全性、可靠性也更高，最重要的是更加節(jié)能省電，提高了人們對家用電器的認知，也逐漸提高了家用電器的品質(zhì)。隨著社會進步和人民生活水平的日益提高，家用電器發(fā)展的速度越來越快，常用的家用電器都越來越方便使用，人們的生活也隨著家用電器的發(fā)展變得更加方便、舒適。

2 研究意義

隨著家用電器的快速發(fā)展，小臺燈作為家用電器中的一員，也要順應(yīng)科技發(fā)展的步伐向智能化邁進。雖然傳統(tǒng)按鍵式的臺燈依然是臺燈市場的主體。但是，隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的快速發(fā)展和進步以及人們?nèi)找孀兓男枨?，傳統(tǒng)按鍵式的臺燈已經(jīng)感受到了產(chǎn)品更替的巨大威脅。與其他的智能化家用電器一樣，智能化臺燈有許多普通按鍵臺燈所無法比及的優(yōu)勢，智能化臺燈可以更節(jié)省電能，有利于環(huán)保。同時，智能臺燈在黑暗的時候自動外關(guān)燈的功能也讓使用者使用起來更方便，省去黑暗摸燈的麻煩。智能型電器產(chǎn)品由于它們的巨大優(yōu)勢將漸漸進入人們的生活中。

3 產(chǎn)品定位和應(yīng)用領(lǐng)域

我國青少年近視率不斷升高，近視人數(shù)居全球首位，青少年的健康成長正因為近視原因被嚴重的危害，同時影響我國高素質(zhì)人才選拔，縮小特殊職業(yè)人員的選取范圍，更是二十一世紀以來對我國健康目標實現(xiàn)的嚴重挑戰(zhàn)。近視時時影響青少年的學習、身心健康、工作和生活，而且近視的防治是世界性的難題，迄今沒有有效的方法。必須從誘發(fā)學生近視的根源上防治。

現(xiàn)在青少年出現(xiàn)近視的主要原因在于平時生活學習中坐姿，學習中使用的臺燈對青少年的視力狀況也有著舉足輕重的影響，一款好的臺燈甚至可以幫助解決近視問題，在高度緊張學習的同時，最大限度地減少對眼睛的傷害。

4 項目產(chǎn)品研究內(nèi)容

4.1 智慧臺燈主要功能

（1）照明功能：臺燈首要職能是照明，智慧臺燈的照明功能共包括白光、紅光、橘光、淡藍光四色光，采用藍光、紫外線隔離技術(shù)，使用94以上顯色指數(shù)，采用可手動切換，也可以按臺燈的按鈕實現(xiàn)切換功能。同時可以根據(jù)周圍環(huán)境光線的強弱，在微信小程序上調(diào)整光強。

（2）光鬧鐘功能：根據(jù)光喚醒原理，用戶在睡覺時可以把臺燈放置在床頭、墻壁上，同時通過微信小程序設(shè)置鬧鐘時間，當快要到達用戶設(shè)置的時間時，臺燈會逐漸亮起，會按照等級慢慢增強光亮，而光會促使人體分泌荷爾蒙，在依然保持睡覺的同時讓身體做好起床的準備，光強會在鬧鐘響的時刻達到最亮。

（3）聲鬧鐘功能：智慧臺燈同時搭載揚聲器。如果用戶前一天晚上睡得較晚，光鬧鐘無法有效喚醒用戶，或者用戶不想將臺燈放到枕頭旁邊，可通過微信小程序設(shè)定聲鬧鐘時間，在到達設(shè)定的時間時，臺燈就會發(fā)出鬧鐘聲音。如果想要更好的喚醒體驗，甚至可以將聲鬧鐘和光鬧鐘同時設(shè)定，在快要到達設(shè)置時間時光鬧鐘先行亮起，之后聲鬧鐘響起，達到最大化的喚醒效果。

（4）紅外感應(yīng)功能：用戶使用微信小程序設(shè)置感應(yīng)模式，感應(yīng)范圍是一個錐形的小型區(qū)域，開啟后根據(jù)紅外感知，當感應(yīng)區(qū)域出現(xiàn)活物，臺燈即會亮起，當離開感應(yīng)區(qū)域一段時間后，臺燈才會熄滅。

（5）微信小程序控制：本產(chǎn)品最大的亮點就是采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，用終端控制臺燈的一切行為，以上所有功能都能通過手機微信小程序控制，使用方便靈活，科技感強，增強使用體驗。

4.2 智慧臺燈工作原理

（1）微信小程序的開發(fā)控制

小程序是一種全新的連接用戶與服務(wù)的方式，它可以在微信內(nèi)被便捷地獲取和傳播，同時具有出色的使用體驗。標準的微信小程序是指使用微信自己開發(fā)的一套標簽語言（wxml，js，wxss）進行開發(fā)的項目，該標簽語言分別對應(yīng)著普通Web頁面中的html，js，css等，展示在微信客戶端的環(huán)境中。每個臺燈都有對應(yīng)的ID，用戶購買產(chǎn)品后搜索微信小程序，綁定ID，設(shè)置登陸賬戶和密碼，進入臺燈控制臺，對臺燈進行權(quán)限獲取，之后可以對臺燈進行功能操作。

在本項目中，微信小程序充當遙控器的作用，微信小程序由多個按鈕組成，每個按鈕擁有自己的按鈕單擊事件。除此之外，微信小程序主要包括兩個界面，一個是控制界面（是用遙控器布局），一個是幫助界面，有使用提示。微信小程序的前端界面布局相對簡約，因為微信小程序的開發(fā)理念就是簡單、方便，而作為開發(fā)者，是在微信開發(fā)者平臺上進行的開發(fā)，要遵循開發(fā)規(guī)則，所以走的簡約風格，打開微信小程序就是主界面，主界面就是控制界面。

（2）鬧鐘功能

臺燈內(nèi)部搭載時鐘模塊，時鐘設(shè)置可以通過微信小程序調(diào)整，在達到預(yù)定時間時，會觸發(fā)相應(yīng)模塊程序運行，光鬧鐘還是聲鬧鐘共用一個時鐘模塊，分別觸發(fā)光開關(guān)和揚聲器開關(guān)。

（3）時鐘模塊設(shè)計

分別出寫時間、日期的函數(shù)，再寫出時間、日期的顯示函數(shù)。設(shè)計時、分、秒，年、月、日幾個變量分別表示時分秒，年月日。

（4）紅外感知模塊

當有人走過或者走近的時候，智慧臺燈將會打開，在延遲一段時間之后，照明會重新關(guān)閉。這個就是紅外感應(yīng)的應(yīng)用。當有人進入到感應(yīng)的范圍，人身體的某部分出現(xiàn)在感應(yīng)器的紅外線區(qū)域內(nèi)，紅外線發(fā)射管會發(fā)出紅外線，由于人體的遮擋反射反射到紅外線接受，集成線路內(nèi)的微電腦把信號處理后再發(fā)送給脈沖電磁閥，信號被電磁閥接受后按照指定的指令打開臺燈的開關(guān)，當人的身體離開紅外線能感應(yīng)到的范圍，信號沒有被電磁閥接受，臺燈開關(guān)將會關(guān)閉。[3]只要人的身體不離開感應(yīng)區(qū)，開關(guān)將持續(xù)接通，人的身體離開之后，延時將自動關(guān)閉負載。這樣就可以做到人到時燈亮了，人離開時燈熄滅，體現(xiàn)了人性化及節(jié)能環(huán)保。

編寫一個從紅外傳感讀數(shù)據(jù)的函數(shù)，檢測有人與否，若有人，傳感器發(fā)給單片機一個高電平，單片機控制去LED燈。這就實現(xiàn)了檢測屋內(nèi)有人與否并自動開啟或關(guān)閉的功能。該傳感器檢測距離通過編寫程序控制。

4.3 智慧臺燈的實現(xiàn)

智慧臺燈電路圖分為：單片機控制模塊電路、電源模塊電路、WIFI信號控制電路、時鐘模塊、傳感器模塊、控制器模塊，其中單片機預(yù)計使用AT89C52、WIFI信號控制模塊使用ESP8266，通過TTL電路與單片機進行AT指令的交互、使用傳感器來采集環(huán)境的溫度、濕度、光照等信息。通過單片機控制LED燈珠、LCD屏幕、播放器（播放鬧鐘音頻）、線性馬達。

項目主要使用MQTT協(xié)議進行軟件和硬件之間的連接，MQTT是一個物聯(lián)網(wǎng)傳輸協(xié)議，它被設(shè)計用于發(fā)布/訂閱消息傳輸，該協(xié)議構(gòu)建于TCP/IP協(xié)議之上，MQTT最大的優(yōu)點在于，為低帶寬以及不穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的設(shè)備提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。[4]MQTT作為一種開放、穩(wěn)定、簡單、輕量級且易于實現(xiàn)的消息協(xié)議，在物聯(lián)網(wǎng)、小型設(shè)備、移動應(yīng)用、智能家電、智能家居等方面有廣泛的適用性。另一方面，微信小程序通過MQTT協(xié)議連接至物聯(lián)網(wǎng)平臺，可以開始后續(xù)的燈光開關(guān)及其他功能的控制，操作完成后斷開設(shè)備連接。

5 結(jié)束

隨著人們生活節(jié)奏的加快，智慧臺燈節(jié)約電能、保護眼睛，功能上日趨向智能化。外觀上逐步向藝術(shù)化、全能化、情趣化方向發(fā)展。本作品設(shè)計的臺燈在傳統(tǒng)臺燈的基礎(chǔ)上進行改進設(shè)計，結(jié)合了物聯(lián)網(wǎng)、紅外感應(yīng)、WIFI信號控制等技術(shù)，通過MQTT物聯(lián)網(wǎng)傳輸協(xié)議，使得設(shè)計的臺燈智慧臺燈也更加方便實用、新穎、美觀、工藝精湛，造型也更加別具匠心，更加滿足人們的需求，使人們的生活更加的智能化、更加的方便、更加的美觀、更加的友善，同時具備感應(yīng)、鬧鐘語音控制、微信小程序的控制等多項新功能，不僅能成為學習、工作時的優(yōu)良工具，也能成為其好伙伴。相對于傳統(tǒng)臺燈使用者——學生來說，相信本設(shè)計的臺燈比傳統(tǒng)臺燈更加有誘惑力。

參考文獻：

[1] 黃道燚，陳敏敏.多功能化智能臺燈[J].電子制作，2020 （02）：11-16.

[2] 王剛，徐樹勇.一種多功能控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].數(shù)字通信世界，2016（04）：338-339.

[3] 王超，智能家居設(shè)計與應(yīng)用分析[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計，2018，31：2741.

[4] 趙志軍，王雯.基于PLC的全自動化在灌區(qū)閘群控制系統(tǒng)的應(yīng)用研究[J].中國設(shè)備工程，2020（16）：180-181.