物聯(lián)網(wǎng)智能家居護(hù)眼臺(tái)燈設(shè)計(jì)

王成旭，陳燕慧（通訊作者），許崇陽

（山東省臨沂大學(xué)機(jī)械與車輛工程學(xué)院，山東臨沂，276005）

0 引言

隨著科技發(fā)展，人們需要用到手機(jī)、電腦等電子產(chǎn)品的地方越來越多，但視力變得越來越差。社會(huì)發(fā)展速度越來越快，學(xué)業(yè)任務(wù)，工作任務(wù)越來越多。長時(shí)間辦公也越來越而頻繁。為了保護(hù)眼睛，緩解視疲勞，設(shè)計(jì)一款通過調(diào)節(jié)亮度，調(diào)節(jié)色溫色差的臺(tái)燈來幫助實(shí)現(xiàn)多種辦公場合下的應(yīng)用?，F(xiàn)在市面上都是手動(dòng)調(diào)節(jié)亮度的臺(tái)燈，缺少一種可以隨外界光照、個(gè)人喜好等因素進(jìn)行全自動(dòng)調(diào)節(jié)的智慧護(hù)眼臺(tái)燈。

國家正在逐步推動(dòng)智能化、數(shù)字化城市的發(fā)展，加強(qiáng)信息化建設(shè)，逐步為中國的物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)，智能家居行業(yè)發(fā)展過程中提供一定的幫助，在國家大力扶持的條件下，智能家居會(huì)逐步迎來下一個(gè)發(fā)展的重要階段。智能家居照明系統(tǒng)主要應(yīng)用于家居、安防、娛樂系統(tǒng)、燈光等住宅情景模式。通過為家居終端產(chǎn)品配套智能控制系統(tǒng)，家居終端產(chǎn)品的高度、延伸性可以調(diào)節(jié)滿足不同家庭成員的需求。智能照明可達(dá)到安全、節(jié)能、舒適、高效的目的，因此智能照明在智能家居領(lǐng)域有較好發(fā)展前景。

本文設(shè)計(jì)的護(hù)眼臺(tái)燈，可以隨著外界環(huán)境變化而自動(dòng)調(diào)節(jié)亮度，色溫色差的臺(tái)燈，可以選擇喜好的亮度和顏色，同時(shí)做到手機(jī)端智能操控，智能交互，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制外接負(fù)載，便于滿足多種辦公場所的需求；采集環(huán)境溫濕度數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)功能，讓科技點(diǎn)亮生活。

1 智能護(hù)眼臺(tái)燈的特點(diǎn)

本作品通過調(diào)節(jié)色溫色差，調(diào)節(jié)光照強(qiáng)度達(dá)到護(hù)眼效果，并且可以連接手機(jī)APP智能無線遠(yuǎn)程控制，具有時(shí)鐘顯示、設(shè)定鬧鐘，滾動(dòng)顯示文字，設(shè)制番茄鐘輔助效率管理等功能，是一款全自動(dòng)隨外界亮度、時(shí)間等要素調(diào)節(jié)色溫色差的多功能智慧護(hù)眼臺(tái)燈?？蓱?yīng)用于大多數(shù)學(xué)習(xí)辦公場所。

2 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件電路框圖如圖1所示。該智能護(hù)眼臺(tái)燈控制模塊以單片機(jī)STC89C52為主控芯片，以ESP-8266WiFi模塊為輔助元件，外圍模塊主要由時(shí)鐘顯示模塊、計(jì)時(shí)器顯示模塊、漢子滾動(dòng)模塊、燈光控制模塊等組成，ESP-8266WiFi模塊進(jìn)行溫濕度數(shù)據(jù)采集，并驅(qū)動(dòng)外接負(fù)載模塊。聯(lián)網(wǎng)后，將傳感器的數(shù)據(jù)發(fā)送到云平臺(tái)，并傳輸?shù)绞謾C(jī)軟件實(shí)時(shí)顯示，實(shí)現(xiàn)了臺(tái)燈的智能化控制?？刂葡到y(tǒng)的電路原理圖如圖2所示。

圖1 系統(tǒng)硬件電路組成框圖

圖2 系統(tǒng)電路原理圖

■2.1 護(hù)眼臺(tái)燈控制器（CPU）

控制器（CPU）采用的是STC公司的STC89C52單片機(jī)，是一種高效微控制器，作為臺(tái)燈的主控制器，是核心部分，通過編制相應(yīng)的控制程序，驅(qū)動(dòng)外界負(fù)載。ESP-8266是Wi-Fi串口模塊,可通過Arduino編程開發(fā)，接入云平臺(tái)，連接到手機(jī)軟件做輔助控制器。

■2.2 數(shù)據(jù)采集電路

臺(tái)燈的數(shù)據(jù)采集電路由溫濕度傳感器模塊、光敏電阻模塊、超聲測距模塊、手機(jī)應(yīng)用模塊組成。傳感器將所測出數(shù)據(jù)通過ESP-8266WiFi發(fā)送云端，手機(jī)應(yīng)用通過互聯(lián)網(wǎng)可以實(shí)時(shí)顯示溫濕度數(shù)據(jù)；光明電阻實(shí)時(shí)檢測環(huán)境光線變化，并控制電流變化，實(shí)現(xiàn)控制光照強(qiáng)度的效果。超聲測距模塊實(shí)時(shí)檢測用戶位置信息，并返回主控器進(jìn)行判斷，提醒用戶注意矯正坐姿。

■2.3 數(shù)據(jù)輸出電路

臺(tái)燈的數(shù)據(jù)輸出電路由時(shí)鐘顯示模塊、計(jì)時(shí)器模塊、蜂鳴器模塊、漢字滾動(dòng)提醒模塊、燈光控制、溫濕度顯示模塊構(gòu)成，時(shí)鐘顯示模塊使用LED點(diǎn)陣顯示屏，顯示時(shí)間（時(shí)-分-秒），也可以循環(huán)顯示星期和日期，時(shí)鐘顯示部分由ESP-8266芯片控制，聯(lián)網(wǎng)自動(dòng)校準(zhǔn)；計(jì)時(shí)器模塊，可設(shè)定任意時(shí)間的鬧鐘和番茄鐘，計(jì)時(shí)結(jié)束時(shí)蜂鳴器發(fā)出警報(bào)，可以設(shè)置久坐提醒，提示用戶要注意勞逸結(jié)合，漢字顯示器將滾動(dòng)顯示提示漢字，達(dá)到提示用戶的作用。燈光控制模塊，使用RGB-LED燈，手機(jī)應(yīng)用控制彩燈的顏色，控制色溫、色差和亮度強(qiáng)弱，用戶選擇喜歡的亮度和顏色。溫濕度顯示模塊利用OLED顯示屏，接通溫濕度傳感器，每各0.5更新數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)顯示。

3 智能護(hù)眼臺(tái)燈的軟件設(shè)計(jì)

■3.1 系統(tǒng)輔助程序設(shè)計(jì)

輔助程序流程圖如圖3所示。接通電源，物聯(lián)網(wǎng)模塊自動(dòng)WIFI聯(lián)網(wǎng)，連接手機(jī)，進(jìn)行遠(yuǎn)程無線控制，智慧開關(guān)，可以通過智能家居的語音控制，也可以利用手機(jī)語音助手控制、手機(jī)應(yīng)用控制，實(shí)現(xiàn)語音開關(guān)控制、手動(dòng)開關(guān)控制、紅外開關(guān)控制三種方式控制。時(shí)鐘顯示模塊接通，時(shí)鐘顯示部分由ESP-8266芯片控制，聯(lián)網(wǎng)后自動(dòng)校準(zhǔn)，顯示時(shí)間（時(shí)-分-秒），循環(huán)顯示日期，星期。使用RGB-LED燈，手機(jī)應(yīng)用控制彩燈的顏色，控制色溫色差、和臺(tái)燈的亮度強(qiáng)弱，用戶選擇喜歡的亮度和顏色。溫濕度傳感器將數(shù)據(jù)通過ESP-8266WiFi模塊上傳云平臺(tái)，發(fā)送到手機(jī)APP上，實(shí)時(shí)顯示室內(nèi)溫度和空氣濕度。通過內(nèi)置程序，室溫過高時(shí)，自動(dòng)開啟外接負(fù)載小風(fēng)扇，智能降溫；在室溫正常時(shí)，風(fēng)扇自動(dòng)關(guān)閉。采集并判斷濕度數(shù)據(jù)，自動(dòng)控制加濕器等，實(shí)現(xiàn)以智慧護(hù)眼臺(tái)燈為中心的智能家居功能。

圖3 ESP-8266主程序流程圖

■3.2 系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)

主程序流程圖如圖4所示。電源啟動(dòng)STC89C52單片機(jī)，控制臺(tái)燈點(diǎn)亮光敏電阻檢測到環(huán)境光線變化，自動(dòng)調(diào)節(jié)電流大小，控制燈光亮度強(qiáng)弱，達(dá)到護(hù)眼效果；計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)模塊，可設(shè)定任意時(shí)間的鬧鐘和番茄鐘，計(jì)時(shí)結(jié)束時(shí)蜂鳴器發(fā)出警報(bào)，可以設(shè)置久坐提醒，提示用戶要注意勞逸結(jié)合，漢字顯示器將滾動(dòng)顯示提示漢字，達(dá)到提示用戶的作用。超聲測距模塊，檢測用戶位置信息，并返回主控器進(jìn)行判斷，提醒用戶注意矯正坐姿，達(dá)到保護(hù)視力矯正坐姿效果。

圖4 STC89C52主程序流程圖

4 結(jié)論

本文研究的護(hù)眼臺(tái)燈，通過STC89C52單片機(jī)和ESP-8266WiFi模塊相結(jié)合的方式，實(shí)現(xiàn)智能聯(lián)網(wǎng)，控制外部負(fù)載，通過算法自動(dòng)控制RGB-LED燈的亮度和顏色，實(shí)現(xiàn)了隨時(shí)間自動(dòng)調(diào)節(jié)色溫色差功能，達(dá)到護(hù)眼效果。通過傳感器的數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)分析后自動(dòng)控制負(fù)載狀態(tài)。通過超聲測距模塊，分析處理用戶位置信息，提醒用戶矯正坐姿。實(shí)現(xiàn)了護(hù)眼臺(tái)燈的多功能使用，具有很強(qiáng)的通用性和功能擴(kuò)展能力，適合多種辦公場合下的應(yīng)用。

本文創(chuàng)新點(diǎn)：通過ESP-8266WiFi模塊聯(lián)網(wǎng)到云平臺(tái)，接入智能家居系統(tǒng)，連接多項(xiàng)負(fù)載，實(shí)現(xiàn)手機(jī)軟件控制，語音控制，紅外開關(guān)控制三種方式，智能處理傳感器數(shù)據(jù)，自動(dòng)控制外接負(fù)載狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)功能。采用光敏電阻和RGB-LED的功能結(jié)合，實(shí)現(xiàn)色溫色差變化和氛圍燈效果，通過內(nèi)置編程程序，自動(dòng)調(diào)節(jié)光照強(qiáng)弱。