基于單片機的智能LED臺燈設計

汪揚埔

摘 要 20世紀80年代末，在美國出現了現代智能家居的原型，90年代中期，隨著國內電子技術的成熟和集成電路技術的發展，智能家居在國內逐漸發展起來，開始走進大部分家庭，改變人們的生活方式，提高生活質量。同樣，日常生活中必需的臺燈也正朝著智能化方向發展，為此，提出新型智能LED臺燈設計。本設計單片機為控制核心，通過硬件系統和軟件編程綜合實現，以實現智能臺燈。

關鍵詞 單片機 智能

中圖分類號：TP721文獻標識碼：A

本臺燈設計有多種功能，能夠檢測感應范圍內人體，并自動點亮或者熄滅，臺燈具有自動感應和手動調節兩種調節模式，能顯示當前日期、時間，顯示當前屋內溫度，還具備鬧鈴提醒功能。硬件部分由單片機控制模塊、臺燈模塊、時鐘模塊、溫度模塊、按鍵模塊、鬧鈴模塊、顯示模塊、紅外傳感8個模塊構成。單片機控制芯片采用STC89C52，溫度傳感器選用DS18B20芯片，顯示模塊采用LCD1602液晶顯示，時鐘模塊采用DS1302時鐘芯片，檢測人體用BIS0001紅外熱釋傳感器，鬧鈴利用蜂鳴器發聲實現，臺燈模塊采用16顆高亮度白光LED。軟件部分采用單片機C語言編程控制，從而實現了控制功能。

1系統的硬件設計

1.1人體感應模塊的設計

BIS0001芯片是一款具有較高性能的傳感信號處理集成電路芯片，是由內部運算放大器、狀態控制器、電壓比較器、封鎖時間定時器、延時定時器等，構成的數模混合專用集成電路。人體紅外感應模塊特點包括：全自動感應、光敏控制（可選）、功耗較低、工作電壓范圍寬、高電平信號輸出以及與各種電路對接起來非常方便。

1.2顯示模塊電路設計

本臺燈顯示器需顯示時間、溫度、模式及亮度等級，綜合分析采用LCD1602液晶顯示屏， 能顯示2行十六個字符，顯示功能強大， 且外形美觀視覺效果良好。LCD1602接口為標準的16腳接口。

1.3照明模塊電路設計

本設計采用16顆LED 作為發光系統，每顆LED和一個1K的電阻串聯，電阻起到限流作用。通過自動控制或者按鍵K4、K5調節PWM輸出以達到調節光亮度的效果。輸入/輸出均采用低電平有效方式，也就是說給相應的輸入/輸出低電平LED工作。

1.4溫度模塊電路設計

本臺燈設計選用DS18B20溫度傳感器。DS18B20具有性能較強，功耗較低的優點，接線簡單，方便使用，同時價位較低，在一些對精度、實時性要求不是特別高的場合被廣泛采用。其技術特點包括：（1）采用單線接口，便捷高效。與單片機進行雙向數據交換時，不需要其他復雜的接線，只需連接一條口線便能實現;（2）存在固有測溫誤差，測溫范圍-55度至+125度;（3）支持多點組網功能，多點測溫;（4）工作電壓為直流3V至5V;（5）不需要任何外圍元件，可單獨使用;（6）以9至12位數字量方式串行傳送測量結果。

1.5鬧鈴電路設計

鬧鈴模塊是由一個蜂鳴器實現，設計中利用一個PNP型三極管和蜂鳴器連接，主要作用是為蜂鳴器提供一個驅動，使蜂鳴器工作為高電平有效，即P07口為高電平時蜂鳴器發聲提示。對該蜂鳴器，只需在其所接的I/O口寫“1” 便可實現它的蜂鳴。在編寫程序時為其加個延時，即可形成鬧鈴聲。本設計采用 “嘀嘀嘀”的普通鬧鈴聲，通過數組來存儲鬧鈴的值。

1.6時鐘電路設計

本設計時鐘模塊采用DS1302時鐘芯片。DS1302是由DS1202改進而來的，增加了以下的特性：雙電源供電，當主電源無法供電時，由后備電源進行供電;此外，增加了七個字節的存儲器。DS1302的功能特性使其具有較強的競爭力，應用領域較廣。

2系統的軟件設計

本設計采用C語言進行編程。C語言是一門通用計算機編程語言，應用廣泛。C語言的設計目標是提供一種能以簡易的方式編譯、處理低級存儲器、產生少量的機器碼以及不需要任何運行環境支持便能運行的編程語言。

系統上電初始化后，人體檢測模塊檢測屋內是否有人，或者按鍵是否按下，根據檢測的信號，LED開始工作。通過按鍵模塊可以調整時間、設置鬧鈴、調節光亮度以及切換模式。設置了年月日，時分秒幾個參數的計數，單片機根據按下的鍵進行相應的操作。按鍵均采用低電平有效的連接方式，選擇控制模式（即控制臺燈的工作模式，手動模式或者感應模式）由按鍵K1實現，對時鐘進行調節，并設置鬧鈴由按鍵K2到K5實現，調節臺燈的亮度由K4（臺燈變亮）和K5（臺燈變暗）實現。

3總結

本設計的思想來源于當前對節能、環保、健康的生活要求，以及智能家居應運而生。設計采用新型光源LED照明，較好的解決了當前市場上臺燈大多功能單一，缺少亮度調節、溫度顯示等功能，無法適應現代家居生活的弊病，同時更加節能環保，也更加便捷，結論如下：

（1）臺燈采用采用16顆高亮度白光LED，比傳統白熾燈電光轉化率更高，因此更加節能，同時，相比之下LED使用壽命更長，而且不易被損壞，從而減少了廢棄物的產生，符合環保要求;

（2）設置了自動和手動兩個模式，自動調節可根據光強調節臺燈亮度，讓臺燈隨時保持合適亮度;手動調節能讓臺燈保持在設定亮度不變，用戶可根據習慣選擇自動或者手動模式;

（3）通過人體紅外感應，當有人且亮度較低時，臺燈自動點亮，省去了摸黑開燈的不便;人走后延時幾秒臺燈自動熄滅，節約了能源同時更加人性化;

（4）顯示器顯示當前時間、日期，屋內溫度，臺燈模式，臺燈亮度級別，使用戶操作起來更加便捷。同時用戶還可根據需要設置鬧鈴，到點即提醒用戶，以更好的保護視力。