基于單片機的智能臺燈設計

作者/尹克巖，開封大學電子電氣工程學院

基于單片機的智能臺燈設計

作者/尹克巖，開封大學電子電氣工程學院

臺燈是用于閱讀學習而設計使用的燈，一般臺燈用的燈泡是白熾燈、節能燈泡以及市面上流行的護眼臺燈，可以調節高度、光照的方向和亮度，采用的是手動調節。而對于兒童來說，他們通常不知道如何調整以及調整到何種程度。本文設計了一款智能臺燈，當有人的時候，可以根據周圍的光亮度自動調整光亮度，同時還具有糾正使用者坐姿的功能。

智能臺燈；單片機；自動調節；糾正坐姿

引言

臺燈是燈的一種，小巧精致，光亮照射范圍相對比較小和集中，不會影響到整個房間的光線，作用局限在臺燈周圍，便于閱讀、學習、工作、節省能源。臺燈根據功能分為：閱讀臺燈、裝飾臺燈、陪讀臺燈、便攜臺燈。文本中所指臺燈為閱讀臺燈，即專門用于看書寫字的臺燈。一般這種臺燈用的燈泡是白熾燈、節能燈泡以及市面上流行的護眼臺燈，部分臺燈還有“應急功能”即自帶電源，用于停電時照明應急。它們通常可以調節燈的高度、光照的方向和亮度，而對于兒童來說，他們一般不去調節燈的方向和光亮，反而與之無益。

1. 硬件設計

1.1 系統框圖

本文設計了一款智能臺燈，當有人的時候，可以根據周圍環境的光亮度自動調整燈的亮度，同時當使用者距離過近時還會報警，具有糾正使用者坐姿的功能。以STC12C2052單片機為核心控制機，包括電源模塊、復位電路模塊、晶振電路模塊、紅外測距模塊、熱釋紅外模塊、光敏電子模塊、led驅動照明模塊、蜂鳴器報警模塊。具體框圖如圖1所示。

圖1 系統框圖

1.2 模塊設計

1.2.1 單片機系統

STC12C2052單片機是高速/低功耗的新一代單片機，完全兼容8051內核單片機。15個通用I/O口，2路PWM，8路8為精度ADC，具有看門狗，引腳封裝20。且其市場價較低，與89C51相差不多，性價比較高。

1.2.2 熱釋紅外模塊

熱釋紅外模塊采用的是HC—SR501，HC—SR501是基于紅外線技術的自動控制模塊，采用LHI778探頭設計，靈敏度高，可靠性強，超低電壓工作模式，廣泛應用于各類自動感應電氣設備。當人進入到感應范圍輸出高電平，人離開感應范圍則自動延時關閉高電平，輸出低電平。調節距離電位器，則可在3～7米調整感應范圍。調節延時點位器，則可在0.5s～300s調整感應延時。如圖2所示。

圖2 熱釋紅外模塊

圖3 紅外測距模塊

1.2.3 紅外測距模塊

紅外測距模塊采用的是E18—D50NK，E18—D50NK紅外開關，漫天反射式傳感器，這是一種集發射與接受與一體的光電傳感器，發射光經過調制后發出，接受頭對反射光進行解調輸出，有效的避免了可見光的干擾。其有效距離3—50cm，檢測距離可以調節。該傳感器具有探測距離遠、受可見光干擾小、價格便宜、易于張培，使用方便等特點，廣泛應用于多種場合。如圖3所示。

1.2.4 光敏電阻模塊

光敏電阻是利用半導體的光電導效應制成的一種阻值歲入射光的強弱而改變的電阻器。旋轉電位器可改變環境光亮度門閥，入射光與門閥值經過比較器輸出，連接到單片機,如圖4所示。

圖4 光敏電阻模塊

1.2.5 LED驅動照明模塊

燈光驅動照明模塊使用單片機自帶的PWM控制自動調光來實現臺燈的亮度調節。采用ULN2003來驅動LED燈。ULN2003是一種大電流驅動列陣，適用于單片機、智能儀表等控制電路中。如圖5所示。

圖5 LED驅動照明模塊

2. 軟件設計

該智能臺燈主要實現剛光亮度超過閥門時，檢測到有人打開燈，檢測到無人關閉燈，并且在打開燈后檢測使用者的坐姿，距離過近，蜂鳴器發出報警聲，直到坐姿已糾正程序流程圖如圖6所示。

圖6 主程序流程圖

3. 總結

當周圍環境光亮度過低時，臺燈在檢測范圍內檢測到有人出現，自動打開臺燈。當使用者坐姿不正確，距離過近，臺燈提醒人糾正坐姿。當使用者離開臺燈的檢測范圍后，臺燈自動熄滅。這樣不僅能節約能源，還能糾正使用過程中的不當坐姿，預防近視。該臺燈還存在著不能調節使用光顏色，不能調節高度和方向，還可以進一步的完善和優化。

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