李永偉，白桂峰，李 強(qiáng)

(1.太原工業(yè)學(xué)院自動化系，山西 太原 030008；2.山西省自動化研究所，山西 太原 030006)

基于STC89C52的多功能臺燈設(shè)計(jì)

李永偉1，白桂峰2，李 強(qiáng)1

(1.太原工業(yè)學(xué)院自動化系，山西 太原 030008；2.山西省自動化研究所，山西 太原 030006)

隨著智能化時代的到來，普通的臺燈已不能滿足人們的需求。本文以STC89C52為主控制芯片，選用紅外測距和熱釋電傳感器以及光敏電阻為主要器件，結(jié)合PWM占空技術(shù)，設(shè)計(jì)了一款集智能、環(huán)保、視力保護(hù)等多種功能為一體的智能臺燈。

STC89C52；臺燈；傳感器

臺燈已經(jīng)是人們工作、生活、學(xué)習(xí)的必備電器之一，然而經(jīng)常會在使用后出現(xiàn)忘記關(guān)燈的現(xiàn)象造成不必要的能源浪費(fèi)。而當(dāng)夜晚使用的時候，人們又要摸黑找開關(guān)，使用非常的不方便，與現(xiàn)在人們所要求的家用電器智能化，人性化，低碳化的設(shè)計(jì)理念大相徑庭[1]。另外，大多數(shù)臺燈采用手動調(diào)節(jié)的控制方式，而且光線不可連續(xù)性調(diào)節(jié)，更不能自動調(diào)節(jié)。因此，本設(shè)計(jì)提出了設(shè)計(jì)一款集多功能為一體的智能臺燈的構(gòu)想。

1 設(shè)計(jì)目標(biāo)

本設(shè)計(jì)以STC89C52為主控制芯片，選用合適的傳感器及調(diào)光技術(shù)，并進(jìn)行軟硬件的合理設(shè)計(jì)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)臺燈的智能化功能。臺燈主要包括自動模式和手動模式兩種控制方式。

在自動模式下可以實(shí)現(xiàn)以下功能：

1) 檢測周圍是否有人，若沒人，臺燈自動關(guān)閉，若有人，臺燈自動打開，以實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的；

2) 可以根據(jù)周圍環(huán)境明暗程度，自動調(diào)節(jié)臺燈的亮度，使環(huán)境燈光亮度達(dá)到最適宜人眼的亮度，以達(dá)到保護(hù)視力的目的；

3) 檢測人體距離桌面的距離，若人體距離臺燈過近，臺燈發(fā)出報警聲，提示人及時矯正坐姿。

在手動模式下可以實(shí)現(xiàn)以下功能：

1) 手動控制臺燈的開關(guān)，使用時手動打開，不使用時手動關(guān)閉；

2) 手動調(diào)節(jié)臺燈亮度，可將燈光亮度調(diào)至舒適的亮度；

3) 定時，可以根據(jù)需要，設(shè)定臺燈的照明時間長度，到時自動關(guān)閉。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 方案設(shè)計(jì)

針對以上對功能要求分析，該臺燈以STC89C52單片機(jī)作為主控制芯片，使用單刀雙擲開關(guān)將系統(tǒng)分為手動和自動兩個控制模式。在手動控制模式下，利用PWM占空比技術(shù)將光照強(qiáng)度分出5個檔，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對臺燈光照亮度的手動調(diào)節(jié)。

在自動控制模式下，臺燈通過熱釋電紅外探測器檢測周圍是否有人。通過光敏電阻感應(yīng)外界光照，進(jìn)而改變電阻阻值達(dá)到調(diào)節(jié)臺燈亮度的目的。如果系統(tǒng)檢測到有人，則通過檢測光敏電阻的分布電壓值，間接測量外界光照強(qiáng)度。然后信號經(jīng)模擬-數(shù)字信號轉(zhuǎn)換芯片傳給單片機(jī)，單片機(jī)對LED顯示模塊進(jìn)行控制。單片機(jī)通過將測得的電壓和內(nèi)部預(yù)設(shè)的閾值進(jìn)行對比，然后調(diào)整PWM的占空比，從而對LED燈的內(nèi)部電流強(qiáng)度進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)光照亮度的自動調(diào)節(jié)。與此同時，可通過紅外接近傳感器檢測人體距桌面的距離，同樣與內(nèi)部預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較，當(dāng)檢測值不在預(yù)設(shè)值范圍之內(nèi)時，蜂鳴器發(fā)出報警聲響，提醒使用者注意坐姿，防止近視。如果臺燈周圍沒有人，則臺燈會自動熄滅，減少能源的不必要的浪費(fèi)。

綜上所述，該臺燈包括單片機(jī)控制模塊、熱釋電人體感應(yīng)模塊、紅外測距模塊、光控模塊、LED顯示模塊、報警模塊、數(shù)碼管顯示模塊、按鍵模塊。

2.2 硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件電路由單片機(jī)最小系統(tǒng)及其外圍電路：人體感應(yīng)電路、紅外測距電路、光控電路等構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)臺燈的功能。下面對核心功能模塊：熱釋電人體感應(yīng)模塊，紅外測距模塊和光控模塊進(jìn)行詳細(xì)介紹。

2.2.1 熱釋電人體感應(yīng)模塊設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)通過熱釋電紅外探測器感應(yīng)臺燈周圍是否有人。熱釋電紅外探測器是不需要通過接觸，可以遠(yuǎn)程感應(yīng)物體發(fā)出的紅外輻射信號，再將這些信號轉(zhuǎn)換成電信號，是一款常用的接收紅外線的傳感器[2]。因其具有感應(yīng)迅速、抗干擾能力強(qiáng)、體積小等的特點(diǎn)，所以被作為實(shí)現(xiàn)人體感應(yīng)的首選器件。其電路設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 熱釋電人體感應(yīng)模塊電路圖

由圖1可得，紅外探測器有三個引腳，其中一腳接地，一腳接電源，中間腳為信號接收點(diǎn)。三個引腳通過NPN型三極管連接，信號接收點(diǎn)接至三極管基極，接地點(diǎn)接至發(fā)射極，電源點(diǎn)接至集電極。當(dāng)外界有人體靠近時，紅外探測器模塊檢測到外界信號，信號接收點(diǎn)傳送出一個高電平。此時，三極管導(dǎo)通，將信號放大。三極管發(fā)射極接至單片機(jī)信號接收點(diǎn)，當(dāng)檢測到外界高電平信號時，三極管放大導(dǎo)通，信號被傳送至單片機(jī)所接信號接收口，單片機(jī)內(nèi)部接收信號，控制系統(tǒng)根據(jù)接收到的信號傳達(dá)下一步指令。

2.2.2 紅外測距模塊設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)通過紅外接近探測器感應(yīng)人在正常坐姿的情況下臺燈距離人體胸部的距離。紅外接近探測器能夠探測50 cm的距離，這一特點(diǎn)符合本次設(shè)計(jì)的需要[3]。其電路設(shè)計(jì)如圖2所示。

圖2 紅外測距模塊電路設(shè)計(jì)

由圖2可得，紅外接近傳感器具有三個引腳，其中一腳接地，一腳接電源，一腳作為信號輸出。當(dāng)臺燈起動時，紅外接近傳感器檢測人體距離桌面的距離，內(nèi)部將檢測信號與預(yù)設(shè)的閾值做比較。當(dāng)檢測到的信號不在設(shè)定閾值范圍之內(nèi)時，將檢測信號傳給單片機(jī)，并執(zhí)行下一指令。

2.2.3 光控模塊設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)采用PWM調(diào)制技術(shù)來控制LED燈光亮度。單片機(jī)本身具有PWM控制端口，可實(shí)現(xiàn)對參數(shù)大小的控制。此次設(shè)計(jì)就是利用這一特點(diǎn)，首先保證PWM整體信號周期不發(fā)生改變，通過控制端口調(diào)節(jié)可控部分信號所占空間，實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)電壓的控制，進(jìn)而控制電流。系統(tǒng)中將ADC0809數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片外接光敏電阻及定值電阻。光敏電阻可以感應(yīng)外界光強(qiáng)，光強(qiáng)越強(qiáng)時，光敏電阻值反而越弱。通過光敏電阻與外接電阻串聯(lián)分壓，則可根據(jù)檢測到的光敏電阻所分的電壓表示外界光強(qiáng)。ADC0809芯片將接收到的電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號傳送至單片機(jī)，通過對內(nèi)部電壓的控制，實(shí)現(xiàn)對LED口信號的控制。

LED電流控制部分由一個PNP型三極管和一個基極電阻組成。LED信號接收部分接至NPN型三極管，集電極通過電阻與PNP三極管基極相連。當(dāng)LED接口接收到高電平信號時，NPN三極管導(dǎo)通，將信號放大，集電極接受一個小信號電流，此時，PNP管導(dǎo)通。LED正極并聯(lián)接至PNP集電極，PNP管導(dǎo)通時，集電極接受到高電平，LED實(shí)現(xiàn)正向?qū)?，根?jù)電流大小實(shí)現(xiàn)了自身亮度的調(diào)節(jié)。其電路設(shè)計(jì)如圖3所示。

2.3 軟件設(shè)計(jì)

臺燈系統(tǒng)程序采用C語言實(shí)現(xiàn)。當(dāng)臺燈啟用時，首先對系統(tǒng)進(jìn)行初始化，然后選擇模式開關(guān)。若在手動狀態(tài)下，可通過調(diào)節(jié)旋鈕，調(diào)節(jié)燈光亮度；在自動狀態(tài)下，通過傳感器循環(huán)檢測外界信號，并將檢測到的信號傳回單片機(jī)，單片機(jī)依次做出反應(yīng)：當(dāng)有人體靠近且外界光照強(qiáng)度較弱時，燈亮；當(dāng)外界光照強(qiáng)度變化時，燈光亮度隨之變化；當(dāng)人體距離桌面過近時，報警系統(tǒng)作用。因此整個系統(tǒng)主程序分為兩部分：手動控制時，依次調(diào)節(jié)；自動控制時，循環(huán)檢測調(diào)控。

圖3 光電模塊電路設(shè)計(jì)

3 總結(jié)

本文從節(jié)能、保護(hù)視力的角度出發(fā)，以STC89C52單片機(jī)為控制核心，結(jié)合相應(yīng)的外圍電路，設(shè)計(jì)了一款多功能智能臺燈，實(shí)現(xiàn)自動開關(guān)燈，自動調(diào)節(jié)亮度，提醒使用者坐姿等功能。整個設(shè)計(jì)過程簡單，功能可靠，價格客觀，可用于家庭、辦公等場所，具有一定的實(shí)用價值。

[1] 智能LED臺燈的設(shè)計(jì)[D].廈門：廈門大學(xué),2014.

[2] 吳建平,鄒永祥,唐波.熱釋電紅外測溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].自動化信息,2011(3):30-32.

[3] 黃仲林.基于人體紅外感應(yīng)的空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)研究[D].廣州：華南理工大學(xué),2015.

TheDesignofMultifunctionalTableLampBasedonSTC89C52

Li Yongwei1, Bai Guifeng2, Li Qiang1

(1.DepartmentofAutomation,TaiyuanInstituteofTechnology,TauyuanShanxi030008,China; 2.ShanxiInstituteofAutomation，TaiyuanShanxi030012,China)

With the advent of intelligent era, ordinary table lamp cannot meet the people's needs. This paper, takes STC89C52 as the main control chip and selects infrared ranging, pyroelectric sensors and photosensitive resistors as the main device, and combined with PWM space technology, makes a design of multifunctional table lamp which integrating intelligent, environmental protection and eyesight protection as a whole.

STC89C52；Table Lamp；Sensor

2017-11-01

李永偉(1989- )，男，山西呂梁人，助教，碩士研究生，主要研究領(lǐng)域?yàn)橹悄芸刂坪椭悄芩惴ǖ取?/p>

1674- 4578(2017)06- 0053- 03

TP273

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