一種自動調光的智能視力保護臺燈設計

王藝蓉　王哲

摘 要：為了解決學生在使用臺燈時的視力保護問題，本文設計一款自動調光的智能視力保護臺燈。該臺燈系統采用STM32單片機作為控制核心，通過TSL2561照度傳感器檢測光強的變化，自動調整臺燈的亮度，通過紅外檢測單元感應是否有人在使用臺燈，達到環保節能的目的。所設計的臺燈系統結構簡單、成本較低，易于學生使用。

關鍵詞：視力保護 自動調光 光強檢測 智能化

中圖分類號：TG580.21 文獻標識碼：A 文章編號：1003-9082（2018）12-0-01

引言

據不完全統計，中國現在近視患者超過四億人，尤其是青少年居多，視力的下降損耗著青年人的健壯成長，給他們的日常生活帶來了極大的不便利[1]。這種現象在很大程度上與用眼環境有關[2，3]。臺燈作為學生桌前的必備照明工具，為學生提供明亮的光照環境[4]?，F有學生使用的臺燈僅僅能滿足學生的照明要求，無法根據周邊環境科學的調整適合的學習光照強度，實時提供給學生良好的光照環境[5]。為此，本文設計一種可以自動調光的視力保護臺燈，旨在為學生提供科學的照明環境，防止近視。

一、概述

本文在設計過程中，在原有LED臺燈的基礎上，結合單片機控制技術的優點，針對學生使用群體設計了一種基于STM32的 自動調光視力保護臺燈系統。該系統包括主控單元、照度檢測單元、溫度傳感單元、人體紅外檢測單元以及報警單元等。系統的結構如圖1所示。

二、設計過程

1.照度檢測單元

為了實現對學習環境的光照信息進行實時的檢測，選用型號為TSL2561的照度傳感器，該傳感器具有低功耗、高速及可編程的特點，其內部集成了用于采集外界光照信息的兩個光敏二極管，將光照信息轉換為電流信號，經A/D轉換后存儲于內部數據存儲器中。STM32單片機通過IIC總線協議將數據讀取，從而完成照度信息的采集和獲取。

整個檢測過程主要包括啟動照度檢測、設置積分時間、讀取測量A/D轉換值，關閉照度檢測。具體流程如圖2所示。

2.溫度傳感單元

為了能夠實時獲得學習環境的溫度信息，選用型號為DS18B20的數字式溫度傳感器。該傳感器具有體積小，且與STM32單片機接口簡單，雙向性傳輸等特點。通常采用單總線與單片機連接，通過軟件編程模擬的方法實現對DS18B20內部寄存器的配置，從而完成溫度信息的獲取。

通過STM32單片機的引腳 PC2模擬單總線時序接收溫度信息，整個過程包括復位時序、應答時序以及讀寫時序，最后通過溫度檢測函數完成溫度數據的不斷檢測與存儲。具體的軟件設計如圖3所示。

3.人體紅外檢測單元

人體紅外檢測單元主要用于監測臺燈是否有人在使用，如果使用者離開或者無使用者時，臺燈會將亮度自動調節為最低，從而減少能源消耗，實現節能環保。為此，本文選用型號為BISS0001的傳感器芯片，并結合人體熱釋電紅外傳感器來共同完成。STM32單片機通過檢測單元輸出與單片機連接的PC3引腳的高低電平的變化來判斷是否有人在使用臺燈，根據判斷結果執行相應的臺燈控制。

4.報警單元

為了避免學生的學習時間過長或者臺燈長時間不適用的情況發生，本設計采用蜂鳴器報警的方式提醒使用者。為了增加趣味性可采用單片機軟件模擬的方式控制蜂鳴器產生有趣的音效。

三、結束語

通過多次的軟硬件聯調，以及對系統數據的觀測證明系統基本滿足設計要求，能夠實現實時自動調光、溫度檢測、人體檢測功能，并且能夠播放音效，正確及時的提醒學生。所設計的臺燈能夠根據周邊環境科學的調整適合的學習光照強度，為提供給學生良好的光照環境，培養學生良好的學習習慣。

參考文獻

[1]丁學用， 陳越艷， 王旭龍，等. 一種自動感應及預防近視智能臺燈設計[J]. 中國科技信息， 2017（24）：77-78.

[2]柴君夫. 基于STM32的LED智能學習型臺燈系統的設計[D]. 秦皇島： 燕山大學， 2016.

[3]熊志輝， 王仁波. 基于STM32的智能學習臺燈設計[J]. 電子世界， 2016（8）：160-161.

[4]魏熾旭， 林泉康. 基于51單片機的智能臺燈設計[J]. 電子制作， 2017（1）：40-41.

[5]田軍委， 肖清林， 張波，等. 智能護眼臺燈設計[J]. 電子設計工程， 2015（17）：161-163.

作者簡介：王藝蓉（2003-），女，漢族，山西運城人，山西省運城市康杰中學學生。

指導教師：王哲（1992-），男，漢族，山西運城人，山西運城康杰中學科技競賽指導教師。