基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)智慧臺(tái)燈的研究

馬萍 白龍輝

摘 要 隨著社會(huì)的發(fā)展和進(jìn)步，各種技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了電子產(chǎn)品飛速發(fā)展，家用電器逐漸趨向于智能化。本文設(shè)計(jì)的智能臺(tái)燈，是在現(xiàn)有傳統(tǒng)臺(tái)燈的基礎(chǔ)上，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開(kāi)發(fā)出的一款智能家居產(chǎn)品“智慧臺(tái)燈”。該智慧臺(tái)燈基于多種模塊的相互配合，融入了團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新設(shè)計(jì)理念，集照明、紅外感應(yīng)自動(dòng)開(kāi)關(guān)、實(shí)時(shí)亮度調(diào)節(jié)、光鬧鐘和聲鬧鐘功能于一身，使用微信小程序控制，提高了臺(tái)燈的實(shí)用性和良好的用戶體驗(yàn)，使得本設(shè)計(jì)的臺(tái)燈更加便捷、有趣。產(chǎn)品智能化、物聯(lián)化、人性化的設(shè)計(jì)將帶您進(jìn)入智能家居的美好生活。

關(guān)鍵詞 物聯(lián)網(wǎng) 臺(tái)燈 智能化技術(shù)

中圖分類號(hào)：TM5;TN99 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0745（2021）04-0007-02

1 研究背景

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和進(jìn)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(chǎng)也在不斷變化，應(yīng)用高科技技術(shù)決定了產(chǎn)品發(fā)展趨勢(shì)和發(fā)展前景，智能化技術(shù)在電子產(chǎn)品領(lǐng)域具有深遠(yuǎn)的意義。伴隨著電子產(chǎn)品的飛速發(fā)展，智能化家用電器也逐漸走進(jìn)人類的生活。常見(jiàn)的有智能小臺(tái)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(jī)等。[1-2]擁有人工智能技術(shù)的家用電器和普通的家用電器相比較，功能上更加強(qiáng)大，使用更加方便，安全性、可靠性也更高，最重要的是更加節(jié)能省電，提高了人們對(duì)家用電器的認(rèn)知，也逐漸提高了家用電器的品質(zhì)。隨著社會(huì)進(jìn)步和人民生活水平的日益提高，家用電器發(fā)展的速度越來(lái)越快，常用的家用電器都越來(lái)越方便使用，人們的生活也隨著家用電器的發(fā)展變得更加方便、舒適。

2 研究意義

隨著家用電器的快速發(fā)展，小臺(tái)燈作為家用電器中的一員，也要順應(yīng)科技發(fā)展的步伐向智能化邁進(jìn)。雖然傳統(tǒng)按鍵式的臺(tái)燈依然是臺(tái)燈市場(chǎng)的主體。但是，隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的快速發(fā)展和進(jìn)步以及人們?nèi)找孀兓男枨螅瑐鹘y(tǒng)按鍵式的臺(tái)燈已經(jīng)感受到了產(chǎn)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(tái)燈有許多普通按鍵臺(tái)燈所無(wú)法比及的優(yōu)勢(shì)，智能化臺(tái)燈可以更節(jié)省電能，有利于環(huán)保。同時(shí)，智能臺(tái)燈在黑暗的時(shí)候自動(dòng)外關(guān)燈的功能也讓使用者使用起來(lái)更方便，省去黑暗摸燈的麻煩。智能型電器產(chǎn)品由于它們的巨大優(yōu)勢(shì)將漸漸進(jìn)入人們的生活中。

3 產(chǎn)品定位和應(yīng)用領(lǐng)域

我國(guó)青少年近視率不斷升高，近視人數(shù)居全球首位，青少年的健康成長(zhǎng)正因?yàn)榻曉虮粐?yán)重的危害，同時(shí)影響我國(guó)高素質(zhì)人才選拔，縮小特殊職業(yè)人員的選取范圍，更是二十一世紀(jì)以來(lái)對(duì)我國(guó)健康目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的嚴(yán)重挑戰(zhàn)。近視時(shí)時(shí)影響青少年的學(xué)習(xí)、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(méi)有有效的方法。必須從誘發(fā)學(xué)生近視的根源上防治。

現(xiàn)在青少年出現(xiàn)近視的主要原因在于平時(shí)生活學(xué)習(xí)中坐姿，學(xué)習(xí)中使用的臺(tái)燈對(duì)青少年的視力狀況也有著舉足輕重的影響，一款好的臺(tái)燈甚至可以幫助解決近視問(wèn)題，在高度緊張學(xué)習(xí)的同時(shí)，最大限度地減少對(duì)眼睛的傷害。

4 項(xiàng)目產(chǎn)品研究?jī)?nèi)容

4.1 智慧臺(tái)燈主要功能

（1）照明功能：臺(tái)燈首要職能是照明，智慧臺(tái)燈的照明功能共包括白光、紅光、橘光、淡藍(lán)光四色光，采用藍(lán)光、紫外線隔離技術(shù)，使用94以上顯色指數(shù)，采用可手動(dòng)切換，也可以按臺(tái)燈的按鈕實(shí)現(xiàn)切換功能。同時(shí)可以根據(jù)周圍環(huán)境光線的強(qiáng)弱，在微信小程序上調(diào)整光強(qiáng)。

（2）光鬧鐘功能：根據(jù)光喚醒原理，用戶在睡覺(jué)時(shí)可以把臺(tái)燈放置在床頭、墻壁上，同時(shí)通過(guò)微信小程序設(shè)置鬧鐘時(shí)間，當(dāng)快要到達(dá)用戶設(shè)置的時(shí)間時(shí)，臺(tái)燈會(huì)逐漸亮起，會(huì)按照等級(jí)慢慢增強(qiáng)光亮，而光會(huì)促使人體分泌荷爾蒙，在依然保持睡覺(jué)的同時(shí)讓身體做好起床的準(zhǔn)備，光強(qiáng)會(huì)在鬧鐘響的時(shí)刻達(dá)到最亮。

（3）聲鬧鐘功能：智慧臺(tái)燈同時(shí)搭載揚(yáng)聲器。如果用戶前一天晚上睡得較晚，光鬧鐘無(wú)法有效喚醒用戶，或者用戶不想將臺(tái)燈放到枕頭旁邊，可通過(guò)微信小程序設(shè)定聲鬧鐘時(shí)間，在到達(dá)設(shè)定的時(shí)間時(shí)，臺(tái)燈就會(huì)發(fā)出鬧鐘聲音。如果想要更好的喚醒體驗(yàn)，甚至可以將聲鬧鐘和光鬧鐘同時(shí)設(shè)定，在快要到達(dá)設(shè)置時(shí)間時(shí)光鬧鐘先行亮起，之后聲鬧鐘響起，達(dá)到最大化的喚醒效果。

（4）紅外感應(yīng)功能：用戶使用微信小程序設(shè)置感應(yīng)模式，感應(yīng)范圍是一個(gè)錐形的小型區(qū)域，開(kāi)啟后根據(jù)紅外感知，當(dāng)感應(yīng)區(qū)域出現(xiàn)活物，臺(tái)燈即會(huì)亮起，當(dāng)離開(kāi)感應(yīng)區(qū)域一段時(shí)間后，臺(tái)燈才會(huì)熄滅。

（5）微信小程序控制：本產(chǎn)品最大的亮點(diǎn)就是采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，用終端控制臺(tái)燈的一切行為，以上所有功能都能通過(guò)手機(jī)微信小程序控制，使用方便靈活，科技感強(qiáng)，增強(qiáng)使用體驗(yàn)。

4.2 智慧臺(tái)燈工作原理

（1）微信小程序的開(kāi)發(fā)控制

小程序是一種全新的連接用戶與服務(wù)的方式，它可以在微信內(nèi)被便捷地獲取和傳播，同時(shí)具有出色的使用體驗(yàn)。標(biāo)準(zhǔn)的微信小程序是指使用微信自己開(kāi)發(fā)的一套標(biāo)簽語(yǔ)言（wxml，js，wxss）進(jìn)行開(kāi)發(fā)的項(xiàng)目，該標(biāo)簽語(yǔ)言分別對(duì)應(yīng)著普通Web頁(yè)面中的html，js，css等，展示在微信客戶端的環(huán)境中。每個(gè)臺(tái)燈都有對(duì)應(yīng)的ID，用戶購(gòu)買產(chǎn)品后搜索微信小程序，綁定ID，設(shè)置登陸賬戶和密碼，進(jìn)入臺(tái)燈控制臺(tái)，對(duì)臺(tái)燈進(jìn)行權(quán)限獲取，之后可以對(duì)臺(tái)燈進(jìn)行功能操作。

在本項(xiàng)目中，微信小程序充當(dāng)遙控器的作用，微信小程序由多個(gè)按鈕組成，每個(gè)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(gè)界面，一個(gè)是控制界面（是用遙控器布局），一個(gè)是幫助界面，有使用提示。微信小程序的前端界面布局相對(duì)簡(jiǎn)約，因?yàn)槲⑿判〕绦虻拈_(kāi)發(fā)理念就是簡(jiǎn)單、方便，而作為開(kāi)發(fā)者，是在微信開(kāi)發(fā)者平臺(tái)上進(jìn)行的開(kāi)發(fā)，要遵循開(kāi)發(fā)規(guī)則，所以走的簡(jiǎn)約風(fēng)格，打開(kāi)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(tái)燈內(nèi)部搭載時(shí)鐘模塊，時(shí)鐘設(shè)置可以通過(guò)微信小程序調(diào)整，在達(dá)到預(yù)定時(shí)間時(shí)，會(huì)觸發(fā)相應(yīng)模塊程序運(yùn)行，光鬧鐘還是聲鬧鐘共用一個(gè)時(shí)鐘模塊，分別觸發(fā)光開(kāi)關(guān)和揚(yáng)聲器開(kāi)關(guān)。

（3）時(shí)鐘模塊設(shè)計(jì)

分別出寫時(shí)間、日期的函數(shù)，再寫出時(shí)間、日期的顯示函數(shù)。設(shè)計(jì)時(shí)、分、秒，年、月、日幾個(gè)變量分別表示時(shí)分秒，年月日。

（4）紅外感知模塊

當(dāng)有人走過(guò)或者走近的時(shí)候，智慧臺(tái)燈將會(huì)打開(kāi)，在延遲一段時(shí)間之后，照明會(huì)重新關(guān)閉。這個(gè)就是紅外感應(yīng)的應(yīng)用。當(dāng)有人進(jìn)入到感應(yīng)的范圍，人身體的某部分出現(xiàn)在感應(yīng)器的紅外線區(qū)域內(nèi)，紅外線發(fā)射管會(huì)發(fā)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(nèi)的微電腦把信號(hào)處理后再發(fā)送給脈沖電磁閥，信號(hào)被電磁閥接受后按照指定的指令打開(kāi)臺(tái)燈的開(kāi)關(guān)，當(dāng)人的身體離開(kāi)紅外線能感應(yīng)到的范圍，信號(hào)沒(méi)有被電磁閥接受，臺(tái)燈開(kāi)關(guān)將會(huì)關(guān)閉。[3]只要人的身體不離開(kāi)感應(yīng)區(qū)，開(kāi)關(guān)將持續(xù)接通，人的身體離開(kāi)之后，延時(shí)將自動(dòng)關(guān)閉負(fù)載。這樣就可以做到人到時(shí)燈亮了，人離開(kāi)時(shí)燈熄滅，體現(xiàn)了人性化及節(jié)能環(huán)保。

編寫一個(gè)從紅外傳感讀數(shù)據(jù)的函數(shù)，檢測(cè)有人與否，若有人，傳感器發(fā)給單片機(jī)一個(gè)高電平，單片機(jī)控制去LED燈。這就實(shí)現(xiàn)了檢測(cè)屋內(nèi)有人與否并自動(dòng)開(kāi)啟或關(guān)閉的功能。該傳感器檢測(cè)距離通過(guò)編寫程序控制。

4.3 智慧臺(tái)燈的實(shí)現(xiàn)

智慧臺(tái)燈電路圖分為：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制模塊電路、電源模塊電路、WIFI信號(hào)控制電路、時(shí)鐘模塊、傳感器模塊、控制器模塊，其中單片機(jī)預(yù)計(jì)使用AT89C52、WIFI信號(hào)控制模塊使用ESP8266，通過(guò)TTL電路與單片機(jī)進(jìn)行AT指令的交互、使用傳感器來(lái)采集環(huán)境的溫度、濕度、光照等信息。通過(guò)單片機(jī)控制LED燈珠、LCD屏幕、播放器（播放鬧鐘音頻）、線性馬達(dá)。

項(xiàng)目主要使用MQTT協(xié)議進(jìn)行軟件和硬件之間的連接，MQTT是一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)傳輸協(xié)議，它被設(shè)計(jì)用于發(fā)布/訂閱消息傳輸，該協(xié)議構(gòu)建于TCP/IP協(xié)議之上，MQTT最大的優(yōu)點(diǎn)在于，為低帶寬以及不穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的設(shè)備提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。[4]MQTT作為一種開(kāi)放、穩(wěn)定、簡(jiǎn)單、輕量級(jí)且易于實(shí)現(xiàn)的消息協(xié)議，在物聯(lián)網(wǎng)、小型設(shè)備、移動(dòng)應(yīng)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(guò)MQTT協(xié)議連接至物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，可以開(kāi)始后續(xù)的燈光開(kāi)關(guān)及其他功能的控制，操作完成后斷開(kāi)設(shè)備連接。

5 結(jié)束

隨著人們生活節(jié)奏的加快，智慧臺(tái)燈節(jié)約電能、保護(hù)眼睛，功能上日趨向智能化。外觀上逐步向藝術(shù)化、全能化、情趣化方向發(fā)展。本作品設(shè)計(jì)的臺(tái)燈在傳統(tǒng)臺(tái)燈的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，結(jié)合了物聯(lián)網(wǎng)、紅外感應(yīng)、WIFI信號(hào)控制等技術(shù)，通過(guò)MQTT物聯(lián)網(wǎng)傳輸協(xié)議，使得設(shè)計(jì)的臺(tái)燈智慧臺(tái)燈也更加方便實(shí)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(shí)具備感應(yīng)、鬧鐘語(yǔ)音控制、微信小程序的控制等多項(xiàng)新功能，不僅能成為學(xué)習(xí)、工作時(shí)的優(yōu)良工具，也能成為其好伙伴。相對(duì)于傳統(tǒng)臺(tái)燈使用者——學(xué)生來(lái)說(shuō)，相信本設(shè)計(jì)的臺(tái)燈比傳統(tǒng)臺(tái)燈更加有誘惑力。

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