基于單片機和Wifi技術的智能臺燈設計

摘要：本文主要介紹了基于單片機AT89C51和Wifi技術的智能臺燈的硬件和軟件設計。該智能臺燈具有根據當前光線自動調節燈光亮度的功能，還可對用戶使用臺燈時處于非正常的距離和姿態時給予報警提示，用戶可以隨時通過手機app查詢智能臺燈的報警記錄數據，從而督促用戶保護視力。

關鍵詞：單片機；Wifi技術；智能臺燈；護眼燈

引言

近視眼疾嚴重損害了個人健康成長，尤其困擾著學生群體。近視的主要原因是不健康的用眼習慣，比如閱讀時燈在不正常范圍，不正確的學習姿勢或疲勞用眼。

目前市場上可用的燈調光器主要根據用戶的需求，選擇光強度，改變燈的亮度，雖然節省電力，但沒有預防近視的功能。保護視力、矯正坐姿已經成為了一個臺燈重要的功能，也是造福于大眾的功能。智能臺燈可以根據光線情況調節臺燈的亮度，也可以在用戶學習時檢測用戶的距離和位置，并及時提醒用戶保持正常距離、糾正坐姿。隨著智能手機和app的普及，為了給用戶有更好的使用體驗和數據查詢分析，智能臺燈還提供通過手機app查詢報警記錄數據的功能。

1、整體系統方案設計

智能臺燈主要由AT89C51單片機和外圍電路構成，如圖1所示。

本系統方案主要由以下部分組成：

（1）傳感器和信號處理部分：包括熱釋電紅外傳感器、光敏電阻和信號處理電路。

（2）89C51單片機構成的微控制部分：負責處理信號和控制蜂鳴器和燈光電路、與Wifi模塊的通信。

（3）蜂鳴器提醒電路和照明控制電路。

（4）Wifi模塊：89C51單片機可通過Wifi模塊與手機app連接通信，將保存的報警記錄數據發送給手機app。

2、硬件系統設計

硬件系統主要包括AT89C51單片機、熱釋電紅外傳感器、Wifi模塊以及光敏電阻、信號處理電路和控制電路。

2.1 AT89C51單片機

AT89C51的閃爍4k字節可擦可編程只讀存儲器（FPEROM-Falsh可編程和可擦只讀存儲器），低壓，高性能CMOS8微處理器，通常被稱為微控制器。該設備使用ATMEL高密度非易失性內存制造技術制造，兼容行業標準通過mcs-51匯編語言指令集和輸出插腳。自從多用8位CPU和閃存結合在一個單一的芯片，ATMEL單片機AT89C51高效，AT89C2051刪減版。

2.2 HC-SR501熱釋電紅外傳感器

熱釋電紅外傳感器主要是由一種高熱電系數的材料制成探測元件。在每個探測器內裝入一個或兩個探測元件，并將兩個探測元件以反極性串聯，以抑制由于自身溫度升高而產生的干擾。由探測元件將探測并接收到的紅外輻射轉變成微弱的電壓信號，經裝在探頭內的場效應管放大后向外輸出。HC-SR501傳感器是基于紅外線技術的自動控制產品，靈敏度高、可靠性強、超低功耗，超低電壓工作模式，廣泛應用于各類自動感應電器設備。

2.3 ESP8266無線Wifi模塊

Wifi是一種短程無線傳輸技術，能夠在數百英尺范圍內支持互聯網接入的無線電信號。Wifi技術的覆蓋范圍廣、輸速度非?？?，可以達到54mb/s（802.11N可以達到600Mb/s），符合個人和社會信息化的需求。ESP8266是一款性價比較高的Wifi模塊，支持無線802.11 b/g/n 標準；支持STA/AP/STA+AP三種工作模式；內置TCP/IP協議棧，支持多路TCPClient連接；支持UART/GPIO數據通信接口。

2.4 其他

光敏電阻，也被稱為光管道常用的材料硫化鎘的生產，除了硒硫化、硫化鋁、鉛和硫化鉍等材料。生產材料輻照光有一個特定的波長，電阻迅速降低的特點。信號處理電路，將傳感器探測到的模擬信號轉換為數字信號，并發送給單片機?？刂齐娐钒ǚ澍Q器報警電路和燈光亮度控制電路。

3、軟件系統設計

軟件系統主要包括智能臺燈自動調節亮度、自動發出坐姿報警以及通過手機查詢報警數據的軟件流程設計。

3.1 根據光線情況自動調節臺燈亮度

利用光敏電阻的特性，單片機可以檢測當前的光線亮度情況，從而調整臺燈燈光的亮度，達到保護眼睛的效果，處理流程如圖2所示。

3.2 自動檢測坐姿并發出警報

智能臺燈可以在用戶學習時檢測用戶的距離和位置，并及時提醒用戶離燈光不要太近、糾正坐姿，直到用戶糾正到完全正確。利用熱釋電紅外傳感器，單片機檢測用戶是否處于正常距離和位置，若正常，則繼續檢測；若非正常，則通過蜂鳴器報警，并將報警原因和時間記錄下來，統計報警數據。單片機檢測及報警流程如圖3所示。

3.3 手機app查詢近期報警記錄數據

隨著手機的普及，基于手機系統開發了app，實現與智能臺燈的交互。用戶可將手機wifi連接到智能臺燈，并打開相應app，可查詢近期警報統計情況，從而提醒自己更好地糾正坐姿，減少警報。查詢流程如圖4所示。

4、結語

臺燈是一般家庭的生活必需品，目前國內市場臺燈的設計大多只采用簡單的調光電路。本智能臺燈，能自動調整臺燈亮度，能及時提醒用戶糾正坐姿，防止近視。還可以保存警報記錄數據，用戶可通過手機app查詢近期警報統計情況，從而提醒自己更好地糾正坐姿，減少警報。本智能臺燈經實驗驗證具有軟硬件設計簡單、成本較低、操作方便等特點，具有較大的應用推廣價值。

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作者簡介：沙灝，福州大學至誠學院，研究方向：系統設計。