王禹軒 李姿 沈陽工學(xué)院

STC51單片機(jī)智能臺燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

王禹軒 李姿 沈陽工學(xué)院

時(shí)鐘和臺燈是我們?nèi)粘Ｉ畈豢扇鄙俚?，在如今的快?jié)奏的生活方式下，人們的時(shí)間觀念更強(qiáng)，時(shí)間是一抽象的東西，我們?yōu)榱吮硎緯r(shí)間的存在，會用時(shí)鐘來進(jìn)行記錄；臺燈，在書房、臥室里面也是很常見的家具，尤其在書房顯得很重要，不僅關(guān)乎人眼的健康，也舒緩了人的心情，更增加了書房的文韻，讓人在其中能集中精力陶醉在知識的海洋，對人的閱讀、寫作、學(xué)習(xí)增添了氣氛。現(xiàn)在市面上的臺燈大多是普通的照明功能，不具有智能、節(jié)能燈功能，針對該方面的欠缺在這次設(shè)計(jì)中，主要結(jié)合了臺燈、時(shí)間、人體感應(yīng)、人與燈的適當(dāng)距離燈和溫度燈各個(gè)功能，解決了臺燈的單一性，同時(shí)也增強(qiáng)我們對知識的綜合運(yùn)用。

1 概述

智能燈不是傳統(tǒng)燈具，而是智能設(shè)備的一種。除了智能燈體，還有一個(gè)手持智能控制設(shè)備。智能燈控制設(shè)備具備計(jì)算能力和網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接能力，通過應(yīng)用程序，功能可以不斷擴(kuò)展。本款智能臺燈的核心功能主要結(jié)合了臺燈、時(shí)間、人體感應(yīng)、人與燈的適當(dāng)距離等各個(gè)功能，解決了臺燈功能單一性的問題。

本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的臺燈控制，不但可以通過電源通斷控制燈的開關(guān)，還可以通過傳感器來感知外界的光暗強(qiáng)度，通過使用者的距離來控制燈的通斷，并且配有超聲波來感應(yīng)人的姿勢，當(dāng)使用者姿勢不端正時(shí)會發(fā)出警報(bào)，提示使用者的坐姿等問題。并且本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的臺燈安裝有顯示屏，顯示屏可顯示當(dāng)前室內(nèi)溫度、時(shí)間等信息，并且有計(jì)時(shí)功能。

2 智能臺燈可實(shí)現(xiàn)功能

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的智能臺燈控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)下列功能：

（1）顯示功能：時(shí)、分、秒和溫度；

（2）設(shè)置功能：設(shè)置時(shí)、分、秒；

（3）調(diào)整功能：能夠用5個(gè)按鍵調(diào)整時(shí)、分、秒和定時(shí)報(bào)警；

（4）報(bào)警功能：人與燈距離過近時(shí)可發(fā)出報(bào)警信號，提示使用者的坐姿；

（5）感知人體功能：光亮度低且人在時(shí)可自動開燈，臺燈常亮且人不在可自動關(guān)燈。

根據(jù)上述功能，實(shí)現(xiàn)智能臺燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖

實(shí)現(xiàn)智能臺燈控制系統(tǒng)的硬件和軟件的設(shè)計(jì)，包括單片機(jī)的相關(guān)內(nèi)容設(shè)計(jì)、時(shí)鐘模塊的設(shè)計(jì)、液晶顯示模塊的設(shè)計(jì)、按鍵模塊的設(shè)計(jì)和控制程序的編寫等。

3 智能臺燈工作原理

本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的智能臺燈控制系統(tǒng)采用89C51作為主控制系統(tǒng)，定時(shí)器提供時(shí)鐘，LCD1602液晶帶漢字庫顯示屏作為顯示部分，DS18b20作為溫度采集部分。

89C51 單片機(jī)作為硬件核心，采用Flash ROM，內(nèi)部具有4KB ROM存儲空間,能于3V的超低壓工作,而且與MCS-51系列單片機(jī)完全兼容。系統(tǒng)中的LCD液晶顯示屏的顯示功能強(qiáng)大,可顯示大量字符且視覺效果較好，外形美觀，并可實(shí)現(xiàn)顯示2行十六個(gè)字符。

本系統(tǒng)直接采用單片機(jī)定時(shí)計(jì)數(shù)器提供秒信號，使用程序?qū)崿F(xiàn)年、月、日、星期、時(shí)、分、秒計(jì)數(shù)。采用此種方案雖然減少芯片的使用，節(jié)約成本，但是，實(shí)現(xiàn)的時(shí)間具有一定的誤差。

4 智能臺燈制作

筆者首先研究電路原理圖，把所有元器件分類好，放入一個(gè)容器內(nèi)，防止一些細(xì)小原件丟失。根據(jù)原件清單，檢查原件數(shù)量并檢查原件質(zhì)量。然后根據(jù)設(shè)計(jì)的電路組裝焊接電路，在焊接過程中要注意元器件的正負(fù)極不要焊接反，防止元器件損壞。焊接時(shí)也要注意芯片類原件焊接時(shí)間過長防止損壞，以及芯片類元件焊接時(shí)的方向需要特別注意。

筆者最后焊接一個(gè)USB接口，作為臺燈的供電電源，并把所有元器件的Vcc和GND合并到一起，并和USB接口相連，方便電源的接入。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的電路原理圖如圖2所示。

圖2 電路原理圖

5 組裝調(diào)試

組裝焊接結(jié)束后需要檢查電路是否有虛焊漏焊之處，再用萬用表檢查是否有短路之處。連接電源檢查超聲波模塊、溫度模塊和光敏模塊靈敏度是否符合要求。設(shè)計(jì)的實(shí)物圖如圖3所示。

圖3 實(shí)物圖

6 結(jié)束語

智能臺燈制作簡單、原理易懂、成本低廉，初學(xué)者可在短時(shí)間內(nèi)研究成功，有很好的鍛煉機(jī)會。此項(xiàng)目制作了USB供電電路、光敏感應(yīng)電路、超聲波電路、C51單片機(jī)最小系統(tǒng)，并且通過編程對光敏感應(yīng)模塊、溫度傳感器模塊、超聲波模塊等實(shí)現(xiàn)了控制。此產(chǎn)品適合學(xué)生日常使用，供電電壓低，可用充電寶供電。

[1]李群芳 . 單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)與接口技術(shù) [M]. 北京 : 電子工業(yè)出版社 ,2001

[2]張波 . 基于 STC89C51 單片機(jī)超聲波測距系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J]. 機(jī)床與液壓 ,2010,18

[3]彭小軍，新余高專學(xué)報(bào)，2006年4月，第9卷第2期《用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)電子時(shí)鐘》

王禹軒（1994-），男，漢族，河北唐山人，沈陽工學(xué)院信息與控制學(xué)院學(xué)生，電氣工程及其自動化專業(yè)，研究方向：智能電器；李姿（通訊作者）（1982-），女，遼寧沈陽人，講師，碩士研究生，現(xiàn)主要從事電氣工程及其自動化方面的相關(guān)教學(xué)工作。