基于51單片機的智能臺燈的設(shè)計與實現(xiàn)

王 聰，常新峰

（平頂山學(xué)院 信息工程學(xué)院，河南 平頂山 467000）

0 引 言

隨著社會的發(fā)展，人們使用的家電產(chǎn)品越來越趨向于智能化。臺燈作為一種常見的家用照明設(shè)備，具有功率小、亮度高、使用方便等特點，是人們夜晚學(xué)習(xí)工作的好助手。傳統(tǒng)臺燈功能單一，且在人員離開時不能自動關(guān)閉，浪費能源。智能臺燈因其安全、便捷、節(jié)能等優(yōu)點，越來越受到人們的青睞。青少年學(xué)習(xí)任務(wù)重，夜晚用眼時間長，且不注意坐姿易導(dǎo)致近視。為預(yù)防近視，本文基于51單片機，采用紅外檢測、藍牙通信等模塊，設(shè)計了一款智能臺燈。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計

智能臺燈系統(tǒng)框架如圖1所示。系統(tǒng)利用STC89C52RC作為主控板，使用紅外檢測模塊、光敏檢測模塊進行人員和光信息的采集，并通過ADC模塊轉(zhuǎn)換后傳送給單片機進行處理，當(dāng)人員距離臺燈過近時，聲光電路報警提醒，也可使用藍牙模塊遠程控制燈光亮度。

圖1 系統(tǒng)框架

2 硬件設(shè)計

2.1 單片機最小系統(tǒng)

單片機最小系統(tǒng)以STC89C52RC單片機為核心，再與信息采集模塊和信息控制模塊等配合，完成對臺燈的智能控制。STC89C52RC通過引腳RST與相連接至VCC，在U處接排針，分別與單片機P3.0、P3.1相連；電阻接在與間，具有限流作用；電容為耦合電容，電容、分別與單片機引腳XTAL2、XTAL1相連，具有防止電路被擊穿的作用；J接在與間，為單片機提供所需頻率。

2.2 信息采集電路

信息采集電路包括紅外檢測電路、光敏電路和ADC電路三部分。紅外檢測電路由人體紅外傳感器U、1 kΩ電阻和一個三極管Q組成。紅外傳感器與單片機的P1.4引腳相連，當(dāng)人體紅外傳感器開啟并檢測周圍有人時，發(fā)送高電平給單片機，由單片機進行處理。光敏電路由一個光電開關(guān)和若干導(dǎo)線組成。光電開關(guān)有3個引腳，一個接VCC，一個接GND，剩下一個與單片機的P3.6引腳相連，用于輸出電平特性，有光時輸出低電平，無光時輸出高電平。電路采用防干擾和防短路設(shè)計，方便光電開關(guān)正常工作。ADC電路由ADC0832芯片及導(dǎo)線組成，主要作用是將光敏電阻、紅外傳感器采集的模擬信息轉(zhuǎn)換為可供單片機識別的數(shù)字信息，并發(fā)送至單片機進行處理。引腳CS接單片機引腳A8，用于芯片使能；引腳CLK接單片機引腳A9，可提供時鐘信號；引腳DI接單片機引腳A10，用于輸出轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信息。

2.3 聲光報警電路

聲光報警電路包括語音提示電路和蜂鳴器電路。

語音提示電路輸入引腳與單片機的P3.1引腳相連，輸出引腳與單片機的P3.0引腳相連，具有語音提示作用。

蜂鳴器電路由蜂鳴器、三極管、1 kΩ的電阻組成。蜂鳴器一端連接三極管的引腳，另一端接地，三極管具有放大電流的作用，電阻可防止三極管導(dǎo)通。

2.4 按鍵電路

按鍵電路的K、K、K分別與單片機的P1.0、P2.0、P3.0引腳相連。K接通時，可將自動模式切換到手動模式；K接通時，可增強臺燈亮度；K接通時，可減弱臺燈亮度。

2.5 藍牙通信電路

本設(shè)計選用HC-05藍牙通信模塊。藍牙引腳2接VCC，引腳3接地，引腳4、5分別與單片機的P3.0、P3.1相連。

3 軟件設(shè)計

3.1 主程序設(shè)計

主程序流程如圖2所示。首先進行系統(tǒng)初始化，接著人體紅外檢測開啟，當(dāng)檢測到人體紅外信號時開啟臺燈；隨后進入按鍵設(shè)置并選擇模式，在自動模式下，光敏檢測模塊工作并根據(jù)周圍環(huán)境光照值調(diào)節(jié)燈光亮度，在手動模式下，按下按鍵可調(diào)節(jié)燈光亮度；當(dāng)人體距離臺燈過近時蜂鳴器報警；檢測不到人體紅外信號時關(guān)閉臺燈。

圖2 主程序流程

3.2 紅外檢測程序設(shè)計

紅外檢測程序的設(shè)計思路：打開電源，紅外檢測器檢測周圍是否有人，如果有人，將單片機紅外引腳RTHW拉低，如果沒人則繼續(xù)檢測。當(dāng)檢測到有人時，判斷是否需要開啟臺燈，將參數(shù)值返回主程序，流程如圖3所示。

圖3 紅外檢測流程

3.3 光敏檢測程序設(shè)計

光敏檢測與臺燈自動工作模式關(guān)系密切。首先使用函數(shù)AutoHandle計算周圍光照強度是否發(fā)生變化，如果光照強度發(fā)生變化且處于事先定義的光照范圍內(nèi)，則進行ADC轉(zhuǎn)換，主程序調(diào)用函數(shù)值并調(diào)節(jié)燈光亮度；如果光照強度未發(fā)生變化，則繼續(xù)檢測并重復(fù)上述步驟，流程如圖4所示。

圖4 光敏檢測流程

3.4 藍牙通信程序設(shè)計

藍牙通信模塊的程序設(shè)計主要用到的是串口與中斷，通過使用串口與中斷實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的及時接收與發(fā)送。具體過程是通過函數(shù)uart_init使用參數(shù)SCON，將其賦值為0x50，可允許單片機接收指令；使用參數(shù)PCON，該通信將使用16分頻，令ES和EA為1可打開相應(yīng)的中斷，打開中斷意味著通信過程完成，結(jié)束程序。程序接口見表1所列。

表1 藍牙通信程序接口

3.5 按鍵程序設(shè)計

按鍵部分的程序設(shè)計思路：開啟電源后，按鍵部分初始化為自動模式，將按鍵KEY1賦值為0，可切換到手動模式；當(dāng)系統(tǒng)為手動模式時，將按鍵KEY2賦值為0，可增加燈光亮度；將按鍵KEY3賦值為0，可降低燈光亮度。

4 系統(tǒng)測試

4.1 測試

系統(tǒng)實物如圖5所示。實驗人員從遠處走向臺燈，當(dāng)人體進入檢測范圍后，觀察臺燈能否正常開啟；將臺燈調(diào)到自動模式，觀察臺燈亮度變化情況，再將臺燈調(diào)到手動模式，按下按鍵并觀察臺燈亮度變化情況；使用藍牙串口APP連接藍牙，通過使用定義好的按鍵，測試能否調(diào)節(jié)燈光亮度。

圖5 系統(tǒng)實物

4.2 測試結(jié)果與分析

上述測試證明，該智能臺燈的設(shè)計實現(xiàn)了紅外檢測、光敏檢測、藍牙通信等功能。系統(tǒng)設(shè)計能夠滿足用戶對穩(wěn)定性和可靠性的要求，并且智能臺燈價格適中，有利于推廣應(yīng)用。

5 結(jié) 語

智能臺燈采用單片機技術(shù)，結(jié)合藍牙通信、紅外檢測、光敏檢測等模塊，可滿足青少年用燈需要。該智能臺燈在用戶長時間遠離課桌時可自動關(guān)燈節(jié)電，提醒用戶注意坐姿，當(dāng)用戶長時間用燈學(xué)習(xí)時會給出“休息”提醒。該智能臺燈可在一定程度上保護青少年的視力，具有一定的社會價值。