基于單片機的智能臺燈設計

苗紫民 程澤華

摘? 要： 在21世紀的今天，人們的生活水平不斷提高的同時，科技也在不斷進步，臺燈也逐步走向智能化。臺燈作為一個小的照明工具，不但給我們的生活提供了很大的便利，而且豐富了我們的世界。近年來，單片機作為智能臺燈的重要組成部分也在不斷的發展，也在不斷地完善，基本實現了體積小，功耗小，實用性大的作用。所以，在生活中，單片機也成為了一種重要的特殊器件，本文主要以單片機為基礎進行智能臺燈的設計。然而它的功能也不斷的豐富，不僅僅局限于照明，通過電路組裝和程序設計，實現了臺燈的自動調節發光亮度和開關的功能，不但起到節約能源的作用，而且更加方便了人們的生活。

關鍵詞： 智能環保臺燈;單片機;便利生活

【Abstract】： In the 21st century， people's living standards continue to improve. At the same time， science and technology is also making progress， desk lamp also gradually toward intelligent. As a small lamp lighting tools， not only to our life provides a great convenience， but also enrich our world. Recently， MCU as an important part of the intelligent desk lamp is also in constant development， also in constant improvement， the basic realization of the small size， small power consumption， practical role. Therefore， in life， MCU has become an important special device， this paper is based on the MCU for the design of intelligent desk lamp. However， its function is also constantly enriched not only limited to lighting， through circuit assembly and program design， to achieve the automatic adjustment of the lamp luminous brightness and switch function， not only plays a role in saving energy， but also more convenient for people's life.

【Key words】： Intelligent and environmental protection desk lamp; Single chip microcomputer; Convenient life

0? 引言

在如今這個“代碼橫行、電子商品泛濫”的時代里，每個人的生活都幾乎與電子器件分不開。電子產品給人們帶來了更方便、快捷、舒適的生活，人們的生活水平也從各方面得到了改善，所以，越來越多的人開始追隨更高質量高品質的生活。隨之而來的，人們正在面臨這樣一個嚴峻的問題——能源危機。能源成為社會的熱點話題，如何將能源資源進

行合理化配置成為技術的關鍵所在[1]。為改善這個現狀，我們應該從生活的每個細節方面節約能源。目前市面上的臺燈多以普通白熾燈、節能燈作為光源，采用的是手動調節亮度，存在耗電量大，損害視力等問題[2]。于是，智能臺燈的發展也越來越受歡迎。

1? 系統主要功能及電路總體構成

1.1? 系統的主要功能

隨著科學技術的發展和在社會上的廣泛應用，人工智能技術隨之出現，并且對我國各行各業的發展產生了至關重要的影響[3]。在智能方面，本文智能臺燈能夠做到自動亮滅、自動調節亮度的功能。當環境光線暗到一定程度，且周圍有人存在的時候，臺燈便會自動亮起，并且根據環境自動調節LED管發光強度，從而保護使用者的視力。當使用者離開，或者環境光足夠強的時候，臺燈會自動關閉，減少電能的消耗，延長臺燈的使用壽命。

根據功能需要，并且達到預期設想，我們對市場上現有的單片機、光敏電阻等一些電子元件進行篩選。通過距離檢測、光線檢測，選用性能好，價格便宜器件集成電路。

1.2? 系統的總體構成

此臺燈的硬件主要有“明星器件單片機”和低功耗、高亮度的LED燈;電路設計主要由信號處理電路、 控制電路等部分組成，每一部分互相協作，構成一個有機的整體，從而實現臺燈預想結果。電路總體結構圖如圖1所示。

2? 系統硬件設計及程序流程圖

此臺燈主要由目前市面上系統更靈活的STC89C52單片機、應用廣泛的人體紅外傳感器、光敏傳感器和新型照明器件LED燈等電子器件? 組成。

2.1? STC89C52單片機

與其它型號的單片機對比，STC89C52單片機有很多閃光點。在速度方面上，由于STC89C52單片機是一種擁有靈活CPU的微控制器，并且，其性能也相對較好，所以此單片機運行速度較快;在內存方面，傳統單片機由于資料比較少、不容易上手、占用空間比較大，所以在市面上越來越少見。人們常常利用STC89C52RC單片機內置的EEPROM存儲用戶編程設置，設計的一種用戶可編程序的聲光信號控制器[4]。綜合來說，在追求超高性價比方面，STC89C52單片機將是理想選擇之一。采用單片機控制電路設計思路，方案具有反應速度快，檢測誤差小等優點[5]。

2.2? 人體紅外傳感器

紅外線是一種人眼看不見的光線。根據它物理性質，人們便制造出來了紅外傳感器。近年來，我國人才輩出，在科技領域邁出了歷史性的一步。傳感器數據采集作為系統感知信息和獲取數據的重要手段[6]，在傳感器應用上，紅外傳感器發展迅猛，應用范圍也比較廣。在日常的生活中，人們利用紅外傳感器做電子玩具、開發新型防盜門、在房間安裝感應開關等。在教育方面，通過介紹傳感器與測試技術的發展趨勢，結合學校實際，根據學生的培養目標，從教學目的、課程和實驗內容等方面進行了優化設計[7]。并且，在工作、科研領域，紅外傳感器也扮演著非常重要的角色。此臺燈的紅外傳感器起著很大的作用。該模塊只引出3個引腳，其中第1腳和第3腳分別連接VCC和GND給模塊，第2腳接單片機的IO口P22，當有人出現在模塊的檢測范圍內時，該引腳輸出高電平，平時是輸出低電平。人體紅外檢測電路圖如圖2所示。

2.3? 光敏傳感器

光敏傳感器是對外界光信號或光輻射有響應或轉換功能的敏感裝置。光敏傳感器在很多電子設備中起著十分重要的作用，本臺燈利用光敏傳感器來控制電路，通過檢測周圍環境光線的強弱來達到臺燈的用途。光敏傳感器是最常見的傳感器之一。目前來說，應用最廣泛的通用型光敏二極管是應用最廣泛的光敏二極管[8]。由于它分類廣、用處大，并且對電壓要求不大，于是深受電子工作者甚至是普通人的喜愛。因此，無論在日常生活中還是在工作單位上，光敏傳感器應用前景將會非常廣泛。光照強度采集電路如圖3所示。

2.4? 照明及按鍵輸入模塊

目前，LED燈越來越方便了我們的生活。到2018年，普通發光二極管（LED）的普及率將達到80%[9]。LED燈具在近期也得到飛躍式發展，其作為綠色環保的清潔光源也得到了廣泛的認可[10]。所以，本臺燈使用LED照明，又由于本設計采用的按鍵數量較少，只有三個按鍵，分別是“模式切換按鍵”、“亮度減少按鍵”和“亮度增加按鍵”，故采用了獨立鍵盤的方式。按鍵電路如圖4所示。

2.5? 程序流程圖

該智能臺燈的特點是紅外和光敏控制器可以根據臺燈旁邊是否有人以及光線的強弱來自行控制臺燈的關和開，因而使用比較方便，且能起到節能的效果[11]。在開啟臺燈后，臺燈的紅外傳感器檢測周圍是否有人，如果無人，燈不亮;如果有人，光敏電阻通過判斷周圍光線是否充足，若充足則燈不亮;若不充足則燈亮。程序流程圖如圖5所示。

3? 系統軟件設計

此臺燈核心是由單片機來控制系統工作，程序由C語言編寫，可達到此臺燈的預期結果。總的來說，此臺燈有兩種功能。一是實現紅外控制，當人靠近

臺燈一定范圍，并且光線暗淡的情況下，臺燈會自動發光，當人走后十幾秒，啟動延時電路，燈會自動關閉，實現“人走燈滅”的功能。由于能耗的過度使用，不但會帶來更多的經濟負擔，而且還會影響國家能源安全、環境保護等[12]，所以此功能也基本上符合我們設計臺燈的初衷，節能環保、綠色發展;二是通過傳感器控制臺燈亮度的功能，即臺燈通過光敏電阻采集外界光線的強弱，將光信號轉換為電信號等數據信息，再使用單片機對得到的數據信息進行分析處理，這個過程就像“人腦”一樣控制電路，然后，LED燈便做出反應，燈光的亮度隨著周圍環境做出調整，給使用者創造一個愜意舒心的生活環境。當光線越強時，臺燈越暗，光線越弱時，臺燈越亮，從而緩解人長時間工作或學習帶來的眼睛疲勞，起到保護視力的作用。設計原理圖如圖6所示。

4? 結束語

為了實現對單片機深刻的理解，在興趣的驅使下，我們決定設計一款智能臺燈，這款臺燈加入了我們一些新穎的想法。通過使用人體紅外傳感器，利用STC89C52單片機作為“大腦”對整個臺燈進行控制，實現自動處理。當房間環境光線不足并且有人在附近時，在“大腦”的控制和傳感器的作用下，臺燈就會自動開啟，在夜晚人們便不用費事開燈，從而也保障了人們的安全;通過光敏電阻自動調節燈光強弱，緩解使用者的眼疲勞、防止近視;當附近沒有人時，光敏傳感器和紅外傳感器聯合工作并由STC89C52單片機處理，使臺燈自動關閉，以實現節約電能、保護環境的作用。

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