基于單片機的新型智能床頭燈設計

臨沂大學 李 婷 韓曉翠

基于單片機的新型智能床頭燈設計

臨沂大學 李 婷 韓曉翠

系統(tǒng)使用C語言編程，運用光照傳感器、熱釋電紅外傳感器等元件進行相關信息的搜集，并根據(jù)返回的信息通過微處理器進行多模式切換控制，智能滿足用戶對不同場景燈光的需求。系統(tǒng)具有多種模式可供用戶選擇。白天根據(jù)光照強度自動調(diào)節(jié)燈光亮度，夜間自動感應人體活動開閉燈光。

單片機；新型床頭燈；智能家居

0 引言

智能家居的開發(fā)應用是未來家用電器的發(fā)展趨勢。傳統(tǒng)臺燈不足以滿足人們對生活品質(zhì)的要求，智能床頭燈要對其功能進行優(yōu)化改進，既能保證人們的生活質(zhì)量，又能實現(xiàn)節(jié)省能源。單片機與普通家用床頭燈結合，將大幅度提升床頭燈的品質(zhì)，提高人們的生活水平。床頭燈作為生活中不可缺少的家用電器應隨著人們需求的提高而不斷更新?lián)Q代?；谝陨媳尘?，我們提出了基于單片機的新型智能床頭燈的設計。

1 硬件部分設計

系統(tǒng)以單片機為控制核心，控制LED燈的亮度。硬件電路由單片機系統(tǒng)、光敏電阻、熱釋電紅外探測模塊、鍵盤模塊及LED燈組成?？刂品譃槭謩雍妥詣觾煞N模式。手動模式下，通過用戶對按鍵的選擇調(diào)節(jié)燈光的亮暗。自動模式下，通過熱釋電紅外探測模塊直接接收人體輻射的微量紅外光線，將其轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳娦盘栞敵?，并作為控制信號對床頭燈的燈光調(diào)節(jié)；通過光環(huán)境監(jiān)測模塊，采用動態(tài)反饋控制機制，設計床頭燈光環(huán)境智能調(diào)控算法，用C語言完成對床頭燈系統(tǒng)主程序的設計。

1.1 單片機芯片的選型

采用STC12C5A60S2單片機。操作簡單，具有在系統(tǒng)調(diào)試功能（ISD），開發(fā)環(huán)境容易搭建，內(nèi)部集成MAX810 專用復位電路，2 路PWM，8 路高速10 位A/D 轉(zhuǎn)換(250K/S)，針對電機控制，強干擾場合。存儲容量大，計時精度高，能實現(xiàn)快、準的反映控制，適合設計要求。

1.2 LED顯示部分

顯示模塊采用三款LED顯示燈，加上成倍的限流電阻，使其具有不同亮度。保留手動調(diào)節(jié)，將其分為高、中、低三個檔位。日常模式時，無人自動關閉；有人且光照度不夠，自動開啟高亮度LED；休息模式，根據(jù)人體紅外特征自動感應關燈，若有人起夜則開啟最低亮度。

1.3 熱釋電紅外探測模塊設計部分

1.3.1 熱釋電紅外傳感器原理

熱釋電紅外傳感器（PIR）是一種內(nèi)部裝有一個或兩個探測元件的探測器，將探測并接收到的紅外輻射轉(zhuǎn)變成微弱的電壓信號，經(jīng)探頭內(nèi)部場效應管與放大電路配合后向外輸出信號，可測出20米范圍內(nèi)人的行動。

1.3.2 菲涅爾透鏡原理

菲涅爾透鏡是一種具有特殊光學系統(tǒng)的透鏡，一般安裝在探測器前方和放大電路相配合，來提高探測器的探測靈敏度以增大對人體的探測距離。

菲涅爾透鏡利用特殊光學原理，在探測器前方產(chǎn)生一個交替變化的“盲區(qū)”和“高靈敏區(qū)”，適合于人體紅外輻射的探測。當有人從透鏡前走過時，人體發(fā)出的紅外線就在“盲區(qū)”與“高靈敏區(qū)”之間不斷地替，形成一種專門用作探測人體輻射的紅外線傳感器。

1.4 光環(huán)境監(jiān)測模塊設計

傳感器模塊的監(jiān)測工作可以利用光敏電阻完成。利用各個光敏電阻的位置和接收時間的關聯(lián)性，提升定位精度。通過使用單片機內(nèi)部的AD模塊進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，將光照強度的變化通過程序轉(zhuǎn)換為電壓值的變化并傳送出來。最后，傳出的數(shù)值用來表示當前室內(nèi)的光照強度。

1.5 系統(tǒng)整體電路圖

系統(tǒng)整體電路如圖1所示。按鍵模塊接單片機P1口的P1.1到P1.5；LED燈顯示模塊接P2口的P2.3到P2.5；光照度模塊接P3口的P3.5到P3.7；熱釋電紅外裝置接P0.0。

2 軟件部分設計

選用C語言編寫程序。首先初始化單片機設置，通過鍵盤掃描判斷當前系統(tǒng)處于何種模式。若為手動模式，則根據(jù)不同的按鍵決定不同亮度LED的開斷。若為日常模式，則根據(jù)紅外模塊判斷是否有人在室內(nèi)，無人時自動關閉；有人則依據(jù)光敏電阻的反饋數(shù)值來判斷室內(nèi)光線的強度，控制LED燈選擇開閉。休息模式時，監(jiān)測是否有人處于活動狀態(tài)，若監(jiān)測到有人活動將LED以最低亮度開啟，然后延時一定時間，繼續(xù)判斷是否有人活動，有則繼續(xù)開啟，無則自動關閉。系統(tǒng)流程圖如圖2所示。

圖1 系統(tǒng)整體電路圖

圖2 系統(tǒng)整體流程圖

3 調(diào)試運行

硬件、軟件設計完成，單片機板及相關電子元件焊接完畢后，即可進入調(diào)試運行階段。該階段為測試硬件與軟件的切合程度。

將單片機系統(tǒng)與外圍硬件結合在一起，然后模擬真實情況進行檢測設計。對各種情況進行模擬，通過按鍵設定不同的工作模式，可選擇日常模式、休息模式或手動LED燈光開斷。日常模式即根據(jù)光照強度和人體紅外特征進行判斷，決定燈光的開閉。若無人，則LED燈為熄滅狀態(tài)；若有人，則測定當前室內(nèi)的光照強度，光照強度弱開啟高強度的LED燈，否則不開啟LED燈。

休息模式是根據(jù)人體紅外特征判斷用戶狀態(tài)，夜間起床時自動低亮度開啟，活動停止則延時關閉。同時，手動亮度調(diào)節(jié)優(yōu)先級最高，手動亮度分為三檔。用戶可根據(jù)自身感官實際需求進行合理選擇，可選擇手動LED燈光開斷模式，選擇適合自己的光照強度。

4 結語

新型智能床頭燈設計，核心控制為STC12C5A60S2單片機，主要運用光照傳感器、熱釋電紅外傳感器，微控制器等元件實現(xiàn)床頭燈在不同場景的功能。能根據(jù)不同場景需求滿足用戶對燈光的不同需求?？勺詣涌刂普彰鳌⒄{(diào)節(jié)光照度，減少電能源的浪費。擺脫傳統(tǒng)燈具開關的束縛，將給家居照明系統(tǒng)帶來較大的突破。

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李婷（1995—），女，山東濰坊人，學士，研究方向：單片機應用。

指導教師：韓曉翠（1971—），女，山東臨沂人，碩士，臨沂大學創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)學院副教授，主要研究方向為智能控制、計算機技術與應用。