面向中小學(xué)生的多功能臺(tái)燈設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

張進(jìn)

摘 要：為保護(hù)中小學(xué)生的視力，設(shè)計(jì)了一種基于單片機(jī)控制的多功能臺(tái)燈，包括單片機(jī)控制系統(tǒng)、電源模塊、紅外測(cè)距模塊、顯示模塊、照明模塊、報(bào)警模塊、按鍵模塊、光敏電阻感應(yīng)模塊。在Proteus中進(jìn)行了軟、硬件交互仿真，通過(guò)仿真，該系統(tǒng)達(dá)到了預(yù)期設(shè)計(jì)目標(biāo)，成功設(shè)計(jì)了一種面向中小學(xué)生的多功能臺(tái)燈。

關(guān)鍵詞： 中小學(xué)生；單片機(jī)；多功能；臺(tái)燈

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.14.144

1 引言

臺(tái)燈已經(jīng)是千家萬(wàn)戶的生活必需品，尤其是在學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)不可或缺的學(xué)習(xí)工具[1-2]。一盞好的臺(tái)燈不僅能起到照明最基本的功能，而且還要能實(shí)現(xiàn)能源利用率高、節(jié)能環(huán)保以及起到保護(hù)眼睛的作用。近些年來(lái)隨著近視人群的低齡化[3]，從小預(yù)防孩子近視成了家長(zhǎng)們的首要責(zé)任[4]。而造成近視的主要因素有：書(shū)寫(xiě)姿勢(shì)不正確、長(zhǎng)時(shí)間疲勞用眼、環(huán)境光照度不夠，潛在引發(fā)近視的危險(xiǎn)。本文面向中小學(xué)生設(shè)計(jì)了一種多功能臺(tái)燈，可以有效的保護(hù)眼睛，預(yù)防近視。系統(tǒng)上的光敏電阻可以根據(jù)環(huán)境光照強(qiáng)度自動(dòng)調(diào)節(jié)臺(tái)燈亮度；系統(tǒng)上的紅外測(cè)距傳感器，可以判別用戶與臺(tái)燈的距離，當(dāng)?shù)陀谠O(shè)定值時(shí)就會(huì)發(fā)出報(bào)警提醒用戶調(diào)整坐姿；可以自行設(shè)定休息時(shí)間，每當(dāng)時(shí)間一到轟鳴器就會(huì)發(fā)出報(bào)警提醒用戶休息。

2 總體設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)包括單片機(jī)控制系統(tǒng)、電源模塊、紅外測(cè)距模塊、顯示模塊、照明模塊、報(bào)警模塊、按鍵模塊、光敏電阻感應(yīng)模塊。單片機(jī)采用AT89C51作為主控芯片，紅外測(cè)距模塊有紅外傳感器和外圍電路構(gòu)成，顯示模塊選用數(shù)碼管，照明模塊采用節(jié)能的LED燈，報(bào)警模塊主要由蜂鳴器組成、按鍵模塊有三個(gè)按鍵組成、光敏電阻感應(yīng)模塊有光敏電阻、模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片、外圍電路構(gòu)成。

3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件電路如圖2所示。電源采用外部電源接入DC接口（P1）經(jīng)過(guò)自鎖開(kāi)關(guān)（S1）給整個(gè)系統(tǒng)供電。報(bào)警模塊電路采用的是NPN型三極管來(lái)驅(qū)動(dòng)。當(dāng)三極管基極為高電平時(shí)，三極管導(dǎo)通，電流經(jīng)轟鳴器、三極管回到地，轟鳴器報(bào)警。LED照明模塊電路采用的是一個(gè)NPN型三極管來(lái)驅(qū)動(dòng)的。當(dāng)NPN型三極管基極為高電平時(shí)，NPN型三極管導(dǎo)通，電流經(jīng)過(guò)NPN型三極管、發(fā)光二極管回到地，LED點(diǎn)亮。紅外測(cè)距傳感器模塊電路中當(dāng)光電探測(cè)器檢測(cè)到用戶與臺(tái)燈距離低于設(shè)定值時(shí)，就會(huì)輸出一個(gè)低電平，此時(shí)就會(huì)啟動(dòng)報(bào)警程序發(fā)出報(bào)警。按鍵模塊電路中K3為定時(shí)設(shè)置按鍵，用來(lái)設(shè)定時(shí)間，K2為時(shí)間加按鍵，K4為時(shí)間減按鍵。光敏電阻感應(yīng)模塊電路中模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊采用的是ADC0809芯片。三個(gè)地址輸入端接地，因此選擇了通道IN0進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。電流經(jīng)固定電阻R6和光敏電阻回到地，這是一個(gè)經(jīng)固定電阻R6和光敏電阻的分壓電路，實(shí)際是對(duì)光敏電阻分壓進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。當(dāng)光照很強(qiáng)時(shí)，光敏電阻阻值很低，分壓少；在黑暗條件下，光敏電阻阻值很高，分壓多，即對(duì)這段電壓值進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。數(shù)碼管顯示模塊電路中數(shù)碼管顯示模塊電路采用四個(gè)PNP型三極管來(lái)驅(qū)動(dòng)，利用了三極管的開(kāi)關(guān)特性。四位數(shù)碼管采用的是動(dòng)態(tài)掃描的方式實(shí)現(xiàn)顯示的。四個(gè)數(shù)碼管采用一體結(jié)構(gòu)，相同段口是并聯(lián)在一起的，即四個(gè)數(shù)碼管的a、b、c、d、e、f、g、dp相同段口分別連在一起。首先選中第一位，然后給選中的位送段碼，顯示一段時(shí)間后關(guān)閉，接著下一位依次同樣進(jìn)行，由于人眼的“視覺(jué)暫留”效應(yīng)，最后我們看到的是四位數(shù)碼管同時(shí)點(diǎn)亮。

4 軟件程序設(shè)計(jì)

函數(shù)程序設(shè)計(jì)是智能臺(tái)燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心[5-6]。當(dāng)打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)時(shí)，系統(tǒng)初始化。首先完成系統(tǒng)初始化，其次進(jìn)入while循環(huán)，通過(guò)中斷調(diào)用各個(gè)子函數(shù)，單片機(jī)去根據(jù)子函數(shù)控制臺(tái)燈亮滅、數(shù)碼管顯示、轟鳴器報(bào)警。其中計(jì)時(shí)程序設(shè)計(jì)目的是為了設(shè)定特定時(shí)間一段時(shí)間過(guò)后提醒休息一下。該程序設(shè)計(jì)的于時(shí)間是遞減的。首先設(shè)定一個(gè)時(shí)間，然后秒開(kāi)始遞減，當(dāng)秒減為零時(shí)分減一秒復(fù)位到59秒，最后直到分秒都減為零時(shí)轟鳴器發(fā)出報(bào)警。顯示函數(shù)程序設(shè)計(jì)目的為了控制數(shù)碼管的顯示。

5 系統(tǒng)仿真

如圖3所示，設(shè)置定時(shí)、模擬有光照，此時(shí)外接光照充足，照明燈D1不亮，定時(shí)學(xué)習(xí)時(shí)間為30分鐘，蜂鳴器不響。

如圖4所示，定時(shí)計(jì)時(shí)完成、模擬無(wú)光，此時(shí)外接光照不足，照明燈D1點(diǎn)亮，定時(shí)時(shí)間減為0時(shí)，轟鳴器發(fā)出報(bào)警提醒用戶休息一會(huì)兒，緩解眼疲勞，預(yù)防近視。

6 總結(jié)

本文設(shè)計(jì)了一種面向中小學(xué)生的多功能臺(tái)燈，詳細(xì)的論述了系統(tǒng)工作原理和各個(gè)模塊的電路設(shè)計(jì)、程序設(shè)計(jì)。在Proteus軟件中進(jìn)行了仿真，仿真達(dá)到了預(yù)期的效果，說(shuō)明本設(shè)計(jì)可以有效的保護(hù)眼睛，預(yù)防近視。

參考文獻(xiàn)：

[1]周功明，周陳琛.基于單片機(jī)AT89S51的智能臺(tái)燈設(shè)計(jì)[J].綿陽(yáng)師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2010（08）：14-19.

[2]胡恩偉，周建林.基于LPC1114的智能節(jié)能LED臺(tái)燈控制器設(shè)計(jì)[J].電子產(chǎn)品世界，2013（02）：58-61.

[3]李從宏，嚴(yán)影.一種新的智能LED臺(tái)燈設(shè)計(jì)[J].信息技術(shù)，2013（03）：133-135.

[4]田軍委，肖清林，張波，馬林，肖晨光.智能護(hù)眼臺(tái)燈設(shè)計(jì)[J]. 電子設(shè)計(jì)工程，2015（17）：161-163.

[5]黃孝康，湯莉莉，鄭金亮，姚杰，黃孝升.紅外智能LED臺(tái)燈的研究與設(shè)計(jì)[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2014（33）：5-6.

[6]王慧娟，袁全波，房好帥.基于ARM的移動(dòng)機(jī)器人紅外測(cè)距系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].北華航天工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2010（02）：18-20.