基于單片機的新型智能床頭燈設(shè)計

臨沂大學(xué) 李 婷 韓曉翠

基于單片機的新型智能床頭燈設(shè)計

臨沂大學(xué) 李 婷 韓曉翠

系統(tǒng)使用C語言編程，運用光照傳感器、熱釋電紅外傳感器等元件進行相關(guān)信息的搜集，并根據(jù)返回的信息通過微處理器進行多模式切換控制，智能滿足用戶對不同場景燈光的需求。系統(tǒng)具有多種模式可供用戶選擇。白天根據(jù)光照強度自動調(diào)節(jié)燈光亮度，夜間自動感應(yīng)人體活動開閉燈光。

單片機；新型床頭燈；智能家居

0 引言

智能家居的開發(fā)應(yīng)用是未來家用電器的發(fā)展趨勢。傳統(tǒng)臺燈不足以滿足人們對生活品質(zhì)的要求，智能床頭燈要對其功能進行優(yōu)化改進，既能保證人們的生活質(zhì)量，又能實現(xiàn)節(jié)省能源。單片機與普通家用床頭燈結(jié)合，將大幅度提升床頭燈的品質(zhì)，提高人們的生活水平。床頭燈作為生活中不可缺少的家用電器應(yīng)隨著人們需求的提高而不斷更新?lián)Q代。基于以上背景，我們提出了基于單片機的新型智能床頭燈的設(shè)計。

1 硬件部分設(shè)計

系統(tǒng)以單片機為控制核心，控制LED燈的亮度。硬件電路由單片機系統(tǒng)、光敏電阻、熱釋電紅外探測模塊、鍵盤模塊及LED燈組成。控制分為手動和自動兩種模式。手動模式下，通過用戶對按鍵的選擇調(diào)節(jié)燈光的亮暗。自動模式下，通過熱釋電紅外探測模塊直接接收人體輻射的微量紅外光線，將其轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)電信號輸出，并作為控制信號對床頭燈的燈光調(diào)節(jié)；通過光環(huán)境監(jiān)測模塊，采用動態(tài)反饋控制機制，設(shè)計床頭燈光環(huán)境智能調(diào)控算法，用C語言完成對床頭燈系統(tǒng)主程序的設(shè)計。

1.1 單片機芯片的選型

采用STC12C5A60S2單片機。操作簡單，具有在系統(tǒng)調(diào)試功能（ISD），開發(fā)環(huán)境容易搭建，內(nèi)部集成MAX810 專用復(fù)位電路，2 路PWM，8 路高速10 位A/D 轉(zhuǎn)換(250K/S)，針對電機控制，強干擾場合。存儲容量大，計時精度高，能實現(xiàn)快、準的反映控制，適合設(shè)計要求。

1.2 LED顯示部分

顯示模塊采用三款LED顯示燈，加上成倍的限流電阻，使其具有不同亮度。保留手動調(diào)節(jié)，將其分為高、中、低三個檔位。日常模式時，無人自動關(guān)閉；有人且光照度不夠，自動開啟高亮度LED；休息模式，根據(jù)人體紅外特征自動感應(yīng)關(guān)燈，若有人起夜則開啟最低亮度。

1.3 熱釋電紅外探測模塊設(shè)計部分

1.3.1 熱釋電紅外傳感器原理

熱釋電紅外傳感器（PIR）是一種內(nèi)部裝有一個或兩個探測元件的探測器，將探測并接收到的紅外輻射轉(zhuǎn)變成微弱的電壓信號，經(jīng)探頭內(nèi)部場效應(yīng)管與放大電路配合后向外輸出信號，可測出20米范圍內(nèi)人的行動。

1.3.2 菲涅爾透鏡原理

菲涅爾透鏡是一種具有特殊光學(xué)系統(tǒng)的透鏡，一般安裝在探測器前方和放大電路相配合，來提高探測器的探測靈敏度以增大對人體的探測距離。

菲涅爾透鏡利用特殊光學(xué)原理，在探測器前方產(chǎn)生一個交替變化的“盲區(qū)”和“高靈敏區(qū)”，適合于人體紅外輻射的探測。當有人從透鏡前走過時，人體發(fā)出的紅外線就在“盲區(qū)”與“高靈敏區(qū)”之間不斷地替，形成一種專門用作探測人體輻射的紅外線傳感器。

1.4 光環(huán)境監(jiān)測模塊設(shè)計

傳感器模塊的監(jiān)測工作可以利用光敏電阻完成。利用各個光敏電阻的位置和接收時間的關(guān)聯(lián)性，提升定位精度。通過使用單片機內(nèi)部的AD模塊進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，將光照強度的變化通過程序轉(zhuǎn)換為電壓值的變化并傳送出來。最后，傳出的數(shù)值用來表示當前室內(nèi)的光照強度。

1.5 系統(tǒng)整體電路圖

系統(tǒng)整體電路如圖1所示。按鍵模塊接單片機P1口的P1.1到P1.5；LED燈顯示模塊接P2口的P2.3到P2.5；光照度模塊接P3口的P3.5到P3.7；熱釋電紅外裝置接P0.0。

2 軟件部分設(shè)計

選用C語言編寫程序。首先初始化單片機設(shè)置，通過鍵盤掃描判斷當前系統(tǒng)處于何種模式。若為手動模式，則根據(jù)不同的按鍵決定不同亮度LED的開斷。若為日常模式，則根據(jù)紅外模塊判斷是否有人在室內(nèi)，無人時自動關(guān)閉；有人則依據(jù)光敏電阻的反饋數(shù)值來判斷室內(nèi)光線的強度，控制LED燈選擇開閉。休息模式時，監(jiān)測是否有人處于活動狀態(tài)，若監(jiān)測到有人活動將LED以最低亮度開啟，然后延時一定時間，繼續(xù)判斷是否有人活動，有則繼續(xù)開啟，無則自動關(guān)閉。系統(tǒng)流程圖如圖2所示。

圖1 系統(tǒng)整體電路圖

圖2 系統(tǒng)整體流程圖

3 調(diào)試運行

硬件、軟件設(shè)計完成，單片機板及相關(guān)電子元件焊接完畢后，即可進入調(diào)試運行階段。該階段為測試硬件與軟件的切合程度。

將單片機系統(tǒng)與外圍硬件結(jié)合在一起，然后模擬真實情況進行檢測設(shè)計。對各種情況進行模擬，通過按鍵設(shè)定不同的工作模式，可選擇日常模式、休息模式或手動LED燈光開斷。日常模式即根據(jù)光照強度和人體紅外特征進行判斷，決定燈光的開閉。若無人，則LED燈為熄滅狀態(tài)；若有人，則測定當前室內(nèi)的光照強度，光照強度弱開啟高強度的LED燈，否則不開啟LED燈。

休息模式是根據(jù)人體紅外特征判斷用戶狀態(tài)，夜間起床時自動低亮度開啟，活動停止則延時關(guān)閉。同時，手動亮度調(diào)節(jié)優(yōu)先級最高，手動亮度分為三檔。用戶可根據(jù)自身感官實際需求進行合理選擇，可選擇手動LED燈光開斷模式，選擇適合自己的光照強度。

4 結(jié)語

新型智能床頭燈設(shè)計，核心控制為STC12C5A60S2單片機，主要運用光照傳感器、熱釋電紅外傳感器，微控制器等元件實現(xiàn)床頭燈在不同場景的功能。能根據(jù)不同場景需求滿足用戶對燈光的不同需求。可自動控制照明、調(diào)節(jié)光照度，減少電能源的浪費。擺脫傳統(tǒng)燈具開關(guān)的束縛，將給家居照明系統(tǒng)帶來較大的突破。

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李婷（1995—），女，山東濰坊人，學(xué)士，研究方向：單片機應(yīng)用。

指導(dǎo)教師：韓曉翠（1971—），女，山東臨沂人，碩士，臨沂大學(xué)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)學(xué)院副教授，主要研究方向為智能控制、計算機技術(shù)與應(yīng)用。