基于物聯網技術智慧臺燈的研究

馬 萍 白龍輝

（寧夏理工學院，寧夏 石嘴山 753000）

1 研究背景

隨著經濟的快速發展和進步，人們的生活水平有了顯著的提高，人類的追求不斷提升，市場也在不斷變化，應用高科技技術決定了產品發展趨勢和發展前景，智能化技術在電子產品領域具有深遠的意義。伴隨著電子產品的飛速發展，智能化家用電器也逐漸走進人類的生活。常見的有智能小臺燈、智能電飯煲、智能門窗、智能電視、智能冰箱、智能電磁爐、智能洗衣機等。[1-2]擁有人工智能技術的家用電器和普通的家用電器相比較，功能上更加強大，使用更加方便，安全性、可靠性也更高，最重要的是更加節能省電，提高了人們對家用電器的認知，也逐漸提高了家用電器的品質。隨著社會進步和人民生活水平的日益提高，家用電器發展的速度越來越快，常用的家用電器都越來越方便使用，人們的生活也隨著家用電器的發展變得更加方便、舒適。

2 研究意義

隨著家用電器的快速發展，小臺燈作為家用電器中的一員，也要順應科技發展的步伐向智能化邁進。雖然傳統按鍵式的臺燈依然是臺燈市場的主體。但是，隨著現代電子技術的快速發展和進步以及人們日益變化的需求，傳統按鍵式的臺燈已經感受到了產品更替的巨大威脅。與其他的智能化家用電器一樣，智能化臺燈有許多普通按鍵臺燈所無法比及的優勢，智能化臺燈可以更節省電能，有利于環保。同時，智能臺燈在黑暗的時候自動外關燈的功能也讓使用者使用起來更方便，省去黑暗摸燈的麻煩。智能型電器產品由于它們的巨大優勢將漸漸進入人們的生活中。

3 產品定位和應用領域

我國青少年近視率不斷升高，近視人數居全球首位，青少年的健康成長正因為近視原因被嚴重的危害，同時影響我國高素質人才選拔，縮小特殊職業人員的選取范圍，更是二十一世紀以來對我國健康目標實現的嚴重挑戰。近視時時影響青少年的學習、身心健康、工作和生活，而且近視的防治是世界性的難題，迄今沒有有效的方法。必須從誘發學生近視的根源上防治。

現在青少年出現近視的主要原因在于平時生活學習中坐姿，學習中使用的臺燈對青少年的視力狀況也有著舉足輕重的影響，一款好的臺燈甚至可以幫助解決近視問題，在高度緊張學習的同時，最大限度地減少對眼睛的傷害。

4 項目產品研究內容

4.1 智慧臺燈主要功能

（1）照明功能：臺燈首要職能是照明，智慧臺燈的照明功能共包括白光、紅光、橘光、淡藍光四色光，采用藍光、紫外線隔離技術，使用94 以上顯色指數，采用可手動切換，也可以按臺燈的按鈕實現切換功能。同時可以根據周圍環境光線的強弱，在微信小程序上調整光強。

（2）光鬧鐘功能：根據光喚醒原理，用戶在睡覺時可以把臺燈放置在床頭、墻壁上，同時通過微信小程序設置鬧鐘時間，當快要到達用戶設置的時間時，臺燈會逐漸亮起，會按照等級慢慢增強光亮，而光會促使人體分泌荷爾蒙，在依然保持睡覺的同時讓身體做好起床的準備，光強會在鬧鐘響的時刻達到最亮。

（3）聲鬧鐘功能：智慧臺燈同時搭載揚聲器。如果用戶前一天晚上睡得較晚，光鬧鐘無法有效喚醒用戶，或者用戶不想將臺燈放到枕頭旁邊，可通過微信小程序設定聲鬧鐘時間，在到達設定的時間時，臺燈就會發出鬧鐘聲音。如果想要更好的喚醒體驗，甚至可以將聲鬧鐘和光鬧鐘同時設定，在快要到達設置時間時光鬧鐘先行亮起，之后聲鬧鐘響起，達到最大化的喚醒效果。

（4）紅外感應功能：用戶使用微信小程序設置感應模式，感應范圍是一個錐形的小型區域，開啟后根據紅外感知，當感應區域出現活物，臺燈即會亮起，當離開感應區域一段時間后，臺燈才會熄滅。

（5）微信小程序控制：本產品最大的亮點就是采用物聯網技術，用終端控制臺燈的一切行為，以上所有功能都能通過手機微信小程序控制，使用方便靈活，科技感強，增強使用體驗。

4.2 智慧臺燈工作原理

（1）微信小程序的開發控制

小程序是一種全新的連接用戶與服務的方式，它可以在微信內被便捷地獲取和傳播，同時具有出色的使用體驗。標準的微信小程序是指使用微信自己開發的一套標簽語言（wxml,js,wxss）進行開發的項目，該標簽語言分別對應著普通Web頁面中的html,js,css等,展示在微信客戶端的環境中。每個臺燈都有對應的ID，用戶購買產品后搜索微信小程序，綁定ID，設置登陸賬戶和密碼，進入臺燈控制臺，對臺燈進行權限獲取，之后可以對臺燈進行功能操作。

在本項目中，微信小程序充當遙控器的作用，微信小程序由多個按鈕組成，每個按鈕擁有自己的按鈕單擊事件。除此之外，微信小程序主要包括兩個界面，一個是控制界面（是用遙控器布局），一個是幫助界面，有使用提示。微信小程序的前端界面布局相對簡約，因為微信小程序的開發理念就是簡單、方便，而作為開發者，是在微信開發者平臺上進行的開發，要遵循開發規則，所以走的簡約風格，打開微信小程序就是主界面，主界面就是控制界面。

（2）鬧鐘功能

臺燈內部搭載時鐘模塊，時鐘設置可以通過微信小程序調整，在達到預定時間時，會觸發相應模塊程序運行，光鬧鐘還是聲鬧鐘共用一個時鐘模塊，分別觸發光開關和揚聲器開關。

（3）時鐘模塊設計

分別出寫時間、日期的函數，再寫出時間、日期的顯示函數。設計時、分、秒，年、月、日幾個變量分別表示時分秒，年月日。

（4）紅外感知模塊

當有人走過或者走近的時候，智慧臺燈將會打開，在延遲一段時間之后，照明會重新關閉。這個就是紅外感應的應用。當有人進入到感應的范圍，人身體的某部分出現在感應器的紅外線區域內，紅外線發射管會發出紅外線，由于人體的遮擋反射反射到紅外線接受，集成線路內的微電腦把信號處理后再發送給脈沖電磁閥，信號被電磁閥接受后按照指定的指令打開臺燈的開關，當人的身體離開紅外線能感應到的范圍，信號沒有被電磁閥接受，臺燈開關將會關閉。[3]只要人的身體不離開感應區，開關將持續接通，人的身體離開之后，延時將自動關閉負載。這樣就可以做到人到時燈亮了，人離開時燈熄滅，體現了人性化及節能環保。

編寫一個從紅外傳感讀數據的函數，檢測有人與否，若有人，傳感器發給單片機一個高電平，單片機控制去LED 燈。這就實現了檢測屋內有人與否并自動開啟或關閉的功能。該傳感器檢測距離通過編寫程序控制。

4.3 智慧臺燈的實現

智慧臺燈電路圖分為：單片機控制模塊電路、電源模塊電路、WIFI 信號控制電路、時鐘模塊、傳感器模塊、控制器模塊，其中單片機預計使用AT89C52、WIFI 信號控制模塊使用ESP8266，通過TTL 電路與單片機進行AT 指令的交互、使用傳感器來采集環境的溫度、濕度、光照等信息。通過單片機控制LED 燈珠、LCD 屏幕、播放器（播放鬧鐘音頻）、線性馬達。

項目主要使用MQTT 協議進行軟件和硬件之間的連接，MQTT 是一個物聯網傳輸協議，它被設計用于發布/訂閱消息傳輸，該協議構建于TCP/IP 協議之上，MQTT 最大的優點在于，為低帶寬以及不穩定的網絡環境中的設備提供網絡服務。[4]MQTT 作為一種開放、穩定、簡單、輕量級且易于實現的消息協議，在物聯網、小型設備、移動應用、智能家電、智能家居等方面有廣泛的適用性。另一方面，微信小程序通過MQTT 協議連接至物聯網平臺，可以開始后續的燈光開關及其他功能的控制，操作完成后斷開設備連接。

5 結束

隨著人們生活節奏的加快，智慧臺燈節約電能、保護眼睛，功能上日趨向智能化。外觀上逐步向藝術化、全能化、情趣化方向發展。本作品設計的臺燈在傳統臺燈的基礎上進行改進設計，結合了物聯網、紅外感應、WIFI 信號控制等技術，通過MQTT 物聯網傳輸協議，使得設計的臺燈智慧臺燈也更加方便實用、新穎、美觀、工藝精湛，造型也更加別具匠心，更加滿足人們的需求，使人們的生活更加的智能化、更加的方便、更加的美觀、更加的友善，同時具備感應、鬧鐘語音控制、微信小程序的控制等多項新功能，不僅能成為學習、工作時的優良工具，也能成為其好伙伴。相對于傳統臺燈使用者——學生來說，相信本設計的臺燈比傳統臺燈更加有誘惑力。