基于單片機的外裝遙控開關(guān)燈裝置

費杰++盧夢潔++錢昊楠++吳立夫

摘 要 針對老年人及殘疾人在夜晚或遠(yuǎn)距離開關(guān)燈極其不便，導(dǎo)致安全事故頻發(fā)的現(xiàn)狀，研發(fā)出一種安全性能好、操作便捷、價格低廉的外裝型遙控開關(guān)燈裝置。裝置主要包含工作單元（AT89C51單片機及控制電路、直流電磁鐵、電源轉(zhuǎn)換器、永久磁鐵、電池）和遙控單元（HC-05藍(lán)牙收發(fā)裝置、電池）兩個部分組成。該裝置避開了目前遙控開關(guān)需要改裝外接家庭電路的缺點，只需組裝于開關(guān)表面，利用機械能、電能與磁場相結(jié)合的原理控制開關(guān)運動，手動與遙控控制互不影響。從而消除了用戶因開關(guān)燈而遭受意外傷害的風(fēng)險，提高了用戶的生活體驗感。

【關(guān)鍵詞】單片機 藍(lán)牙控制 安全便捷

1 引言

電力作為人類生存不可或缺的能源，給人類日常生活帶來了極大的便利。照明設(shè)備作為日常生活的必需品，其開關(guān)的有效控制成為人們創(chuàng)新改造的落腳點。目前，遙控開關(guān)燈技術(shù)已經(jīng)逐步發(fā)展成熟并被一部分消費者認(rèn)可使用，產(chǎn)品在很大程度上方便用戶的日常生活。

在老齡化逐步加重的中國社會，普通家庭中獨居老人數(shù)量急劇增多，很多家庭房間中開關(guān)布局并不合理，有時需要行走一段距離或者摸黑才能觸及到開關(guān)實現(xiàn)開關(guān)燈。這對行動不便的老人來說成為一個不可忽視的安全隱患。同時，現(xiàn)有的遙控開關(guān)裝置通常需要改裝家庭電路，這對家庭老人或者殘疾患者來說又增加了使用難度。因此，消除開關(guān)燈這一簡單操作給老人或者殘疾患者帶來的安全隱患，操作簡單，安全便捷是本外裝型遙控開關(guān)燈裝置的一大亮點和特色。

2 原理與設(shè)計

針對現(xiàn)有遙控開關(guān)技術(shù)中存在的問題和不足，結(jié)合特殊人群的使用需求，現(xiàn)有照明設(shè)備開關(guān)大多為船動開關(guān)的現(xiàn)狀，裝置設(shè)計將機械能、電能與磁場相結(jié)合，通過單片機控制電路改變正反電流進(jìn)而改變直流電磁鐵的磁極性，應(yīng)用“同極相斥，異極相吸”的簡單原理使電磁鐵與開關(guān)上的永久磁鐵產(chǎn)生排斥、吸引作用，通過藍(lán)牙無線控制電燈開關(guān)按鈕的里外運動，進(jìn)而控制照明的開關(guān)熄亮。

2.1 遙控開關(guān)燈裝置的構(gòu)成

本裝置原理清晰，設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單，主要包括工作單元、控制單元兩部分。其中，工作單元包括藍(lán)牙接收裝置、單片機控制電路、直流電磁鐵、電源轉(zhuǎn)換器、永久磁鐵、電池；遙控單元包括藍(lán)牙發(fā)射裝置、電池，如圖1所示。

2.2 遙控開關(guān)燈裝置的基本原理

首先，將永久磁鐵正極朝外使用強力膠固定在船動開關(guān)表面上半部分，此永久磁鐵正極朝外作為永久正極參考。主體裝置固定在電燈開關(guān)外殼底座上緣，內(nèi)置直流電磁鐵等元件。

具體的，以電燈開啟時船動開關(guān)上部分向里閉合為參考。當(dāng)用戶需要關(guān)閉電燈，可以使用藍(lán)牙遙控器發(fā)送指令，運行單元中的藍(lán)牙接受器接受指令后，單片機控制電路控制在直流電磁鐵兩端施加反向電壓，使直流電磁鐵電磁極性變?yōu)樨?fù)極，根據(jù)異性相吸原理，由于直流電磁鐵被牢牢固定，而電燈船動開關(guān)按鈕是可以以固定軸里外運動的，所以在吸引力的作用下，電燈開關(guān)按鈕上部分會被直流電磁鐵吸合向外運動，從而使電燈關(guān)閉。同理，用戶需要打開電燈時，單片機控制電路控制直流電磁鐵兩端施加正向電壓，使直流電磁鐵一端極性變?yōu)樨?fù)極，根據(jù)同極相吸原理，電燈開關(guān)按鈕上部分會被排斥向里運動，從而使電燈打開。

為避免耗電量過大，本裝置中只給單片機長時間供電，在接收命令后才會在電磁鐵兩端施加電壓。長時間不使用時，可以關(guān)閉裝置總開關(guān)避免浪費。將此裝置通過裝置加固板固定在房間、廁所等場所的電燈開關(guān)上，用戶便可以使用遙控器遠(yuǎn)距離遙控開關(guān)燈，從而大大減少安全隱患，方便日常生活。

2.3 遙控開關(guān)燈裝置的具體使用操作

首先按照指定方式安裝此裝置，將工作單元固定在電燈開關(guān)按鈕上緣，將永久磁鐵正極向外固定在電燈開關(guān)按鈕上部分。裝置手動與遙控控制互不影響，正常情況下電磁鐵不通電，對開關(guān)按鈕沒有作用，實現(xiàn)手動操作，點擊遙控按鈕后電磁鐵通電，實現(xiàn)遙控控制。使用時打開裝置總開關(guān)。使用遙控器，按ON鍵，電磁鐵和永磁鐵相互排斥，按壓按鈕，實現(xiàn)開燈功能；按OFF鍵，電磁鐵和永磁鐵相互吸引，吸合按鈕，實現(xiàn)關(guān)燈功能。長時間不用時，請關(guān)閉裝置總開關(guān)節(jié)省電量。

3 總結(jié)與評價

本文通過對AT89C51單片機、電壓控制電路、機械控制等原理闡述，突出分析現(xiàn)實生活中一些特殊用戶開關(guān)燈極其不方便，容易引發(fā)安全事故的社會問題，設(shè)計出一種無需改變電燈開關(guān)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和改裝用戶電路，原理清晰，安裝操作便捷的裝置。該裝置安裝在電燈開關(guān)外殼表面，以單片機為核心，將機械能、電能與磁場相結(jié)合控制電燈。作為一個提高社會幸福度、方便生活的設(shè)計，裝置不僅在很大程度上為用戶規(guī)避風(fēng)險，減少了因開關(guān)燈造成的不便甚至摔倒受傷，而且有助于節(jié)能環(huán)保的推廣，是普通家庭用戶一種改善生活的很好的選擇。

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作者簡介

費杰（1997-），男，江蘇省鹽城市人。徐州醫(yī)科大學(xué)醫(yī)學(xué)影像學(xué)院本科在讀。研究方向為生物醫(yī)學(xué)工程。

作者單位

徐州醫(yī)科大學(xué)醫(yī)學(xué)影像學(xué)院 江蘇省徐州市 221004endprint