摘要：本文主要介紹了基于單片機(jī)AT89C51和Wifi技術(shù)的智能臺(tái)燈的硬件和軟件設(shè)計(jì)。該智能臺(tái)燈具有根據(jù)當(dāng)前光線自動(dòng)調(diào)節(jié)燈光亮度的功能，還可對(duì)用戶使用臺(tái)燈時(shí)處于非正常的距離和姿態(tài)時(shí)給予報(bào)警提示，用戶可以隨時(shí)通過手機(jī)app查詢智能臺(tái)燈的報(bào)警記錄數(shù)據(jù)，從而督促用戶保護(hù)視力。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；Wifi技術(shù)；智能臺(tái)燈；護(hù)眼燈

引言

近視眼疾嚴(yán)重?fù)p害了個(gè)人健康成長(zhǎng)，尤其困擾著學(xué)生群體。近視的主要原因是不健康的用眼習(xí)慣，比如閱讀時(shí)燈在不正常范圍，不正確的學(xué)習(xí)姿勢(shì)或疲勞用眼。

目前市場(chǎng)上可用的燈調(diào)光器主要根據(jù)用戶的需求，選擇光強(qiáng)度，改變燈的亮度，雖然節(jié)省電力，但沒有預(yù)防近視的功能。保護(hù)視力、矯正坐姿已經(jīng)成為了一個(gè)臺(tái)燈重要的功能，也是造福于大眾的功能。智能臺(tái)燈可以根據(jù)光線情況調(diào)節(jié)臺(tái)燈的亮度，也可以在用戶學(xué)習(xí)時(shí)檢測(cè)用戶的距離和位置，并及時(shí)提醒用戶保持正常距離、糾正坐姿。隨著智能手機(jī)和app的普及，為了給用戶有更好的使用體驗(yàn)和數(shù)據(jù)查詢分析，智能臺(tái)燈還提供通過手機(jī)app查詢報(bào)警記錄數(shù)據(jù)的功能。

1、整體系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

智能臺(tái)燈主要由AT89C51單片機(jī)和外圍電路構(gòu)成，如圖1所示。

本系統(tǒng)方案主要由以下部分組成：

（1）傳感器和信號(hào)處理部分：包括熱釋電紅外傳感器、光敏電阻和信號(hào)處理電路。

（2）89C51單片機(jī)構(gòu)成的微控制部分：負(fù)責(zé)處理信號(hào)和控制蜂鳴器和燈光電路、與Wifi模塊的通信。

（3）蜂鳴器提醒電路和照明控制電路。

（4）Wifi模塊：89C51單片機(jī)可通過Wifi模塊與手機(jī)app連接通信，將保存的報(bào)警記錄數(shù)據(jù)發(fā)送給手機(jī)app。

2、硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

硬件系統(tǒng)主要包括AT89C51單片機(jī)、熱釋電紅外傳感器、Wifi模塊以及光敏電阻、信號(hào)處理電路和控制電路。

2.1 AT89C51單片機(jī)

AT89C51的閃爍4k字節(jié)可擦可編程只讀存儲(chǔ)器（FPEROM-Falsh可編程和可擦只讀存儲(chǔ)器），低壓，高性能CMOS8微處理器，通常被稱為微控制器。該設(shè)備使用ATMEL高密度非易失性內(nèi)存制造技術(shù)制造，兼容行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)通過mcs-51匯編語(yǔ)言指令集和輸出插腳。自從多用8位CPU和閃存結(jié)合在一個(gè)單一的芯片，ATMEL單片機(jī)AT89C51高效，AT89C2051刪減版。

2.2 HC-SR501熱釋電紅外傳感器

熱釋電紅外傳感器主要是由一種高熱電系數(shù)的材料制成探測(cè)元件。在每個(gè)探測(cè)器內(nèi)裝入一個(gè)或兩個(gè)探測(cè)元件，并將兩個(gè)探測(cè)元件以反極性串聯(lián)，以抑制由于自身溫度升高而產(chǎn)生的干擾。由探測(cè)元件將探測(cè)并接收到的紅外輻射轉(zhuǎn)變成微弱的電壓信號(hào)，經(jīng)裝在探頭內(nèi)的場(chǎng)效應(yīng)管放大后向外輸出。HC-SR501傳感器是基于紅外線技術(shù)的自動(dòng)控制產(chǎn)品，靈敏度高、可靠性強(qiáng)、超低功耗，超低電壓工作模式，廣泛應(yīng)用于各類自動(dòng)感應(yīng)電器設(shè)備。

2.3 ESP8266無(wú)線Wifi模塊

Wifi是一種短程無(wú)線傳輸技術(shù)，能夠在數(shù)百英尺范圍內(nèi)支持互聯(lián)網(wǎng)接入的無(wú)線電信號(hào)。Wifi技術(shù)的覆蓋范圍廣、輸速度非?？欤梢赃_(dá)到54mb/s（802.11N可以達(dá)到600Mb/s），符合個(gè)人和社會(huì)信息化的需求。ESP8266是一款性價(jià)比較高的Wifi模塊，支持無(wú)線802.11 b/g/n 標(biāo)準(zhǔn)；支持STA/AP/STA+AP三種工作模式；內(nèi)置TCP/IP協(xié)議棧，支持多路TCPClient連接；支持UART/GPIO數(shù)據(jù)通信接口。

2.4 其他

光敏電阻，也被稱為光管道常用的材料硫化鎘的生產(chǎn)，除了硒硫化、硫化鋁、鉛和硫化鉍等材料。生產(chǎn)材料輻照光有一個(gè)特定的波長(zhǎng)，電阻迅速降低的特點(diǎn)。信號(hào)處理電路，將傳感器探測(cè)到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并發(fā)送給單片機(jī)?？刂齐娐钒ǚ澍Q器報(bào)警電路和燈光亮度控制電路。

3、軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

軟件系統(tǒng)主要包括智能臺(tái)燈自動(dòng)調(diào)節(jié)亮度、自動(dòng)發(fā)出坐姿報(bào)警以及通過手機(jī)查詢報(bào)警數(shù)據(jù)的軟件流程設(shè)計(jì)。

3.1 根據(jù)光線情況自動(dòng)調(diào)節(jié)臺(tái)燈亮度

利用光敏電阻的特性，單片機(jī)可以檢測(cè)當(dāng)前的光線亮度情況，從而調(diào)整臺(tái)燈燈光的亮度，達(dá)到保護(hù)眼睛的效果，處理流程如圖2所示。

3.2 自動(dòng)檢測(cè)坐姿并發(fā)出警報(bào)

智能臺(tái)燈可以在用戶學(xué)習(xí)時(shí)檢測(cè)用戶的距離和位置，并及時(shí)提醒用戶離燈光不要太近、糾正坐姿，直到用戶糾正到完全正確。利用熱釋電紅外傳感器，單片機(jī)檢測(cè)用戶是否處于正常距離和位置，若正常，則繼續(xù)檢測(cè)；若非正常，則通過蜂鳴器報(bào)警，并將報(bào)警原因和時(shí)間記錄下來，統(tǒng)計(jì)報(bào)警數(shù)據(jù)。單片機(jī)檢測(cè)及報(bào)警流程如圖3所示。

3.3 手機(jī)app查詢近期報(bào)警記錄數(shù)據(jù)

隨著手機(jī)的普及，基于手機(jī)系統(tǒng)開發(fā)了app，實(shí)現(xiàn)與智能臺(tái)燈的交互。用戶可將手機(jī)wifi連接到智能臺(tái)燈，并打開相應(yīng)app，可查詢近期警報(bào)統(tǒng)計(jì)情況，從而提醒自己更好地糾正坐姿，減少警報(bào)。查詢流程如圖4所示。

4、結(jié)語(yǔ)

臺(tái)燈是一般家庭的生活必需品，目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)臺(tái)燈的設(shè)計(jì)大多只采用簡(jiǎn)單的調(diào)光電路。本智能臺(tái)燈，能自動(dòng)調(diào)整臺(tái)燈亮度，能及時(shí)提醒用戶糾正坐姿，防止近視。還可以保存警報(bào)記錄數(shù)據(jù)，用戶可通過手機(jī)app查詢近期警報(bào)統(tǒng)計(jì)情況，從而提醒自己更好地糾正坐姿，減少警報(bào)。本智能臺(tái)燈經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證具有軟硬件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、成本較低、操作方便等特點(diǎn)，具有較大的應(yīng)用推廣價(jià)值。

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作者簡(jiǎn)介：沙灝，福州大學(xué)至誠(chéng)學(xué)院，研究方向：系統(tǒng)設(shè)計(jì)。