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智能LED台灯的设计研究

朱政

摘要：台灯是家庭生活和学生学习的必需品，现在的台灯大多功能单一，与现在家电智能化、人性化、低碳设计相违背。随着科技的进步，人们的生活也因家用电器的智能化和多功能化变得更加方便和舒适，因此一款智能的LED台灯将会对大家的生活带来很多便利。本设计方案是以51单片机作为主控芯片，超声波传感器、红外传感器、温度传感器、语音模块等外围设备来实现灯光强度随外界光线变化而自动变化或者熄灭，并在传统的台灯上添加了智能护眼、温度提示、闹钟提醒、时间显示、预防近视等功能，弥补了传统台灯的不足。本设计具有较强的实用性，具有节能省电、使用方便、保护眼睛等诸多优点，可直接做出产品供大家使用，同时也是未来台灯必然的发展趋势。
关键词：智能台灯；传感器；多功能；防近视
：TH122 文献标志码：B ：1674-9324（2017）47-0076-02
一、前言
目前，家具市场上出售的灯具种类繁多，但一般均采用交流电源供电，节能灯管、白炽灯泡为光源[1]，手动或触摸感应开关来控制。这类台灯有很多不足，一是电压不安全，存在安全隐患；二是节能日光灯具有频闪效应，长时间使用会对眼睛产生一定的伤害；三是白炽灯耗电量大，不节能；四是低智能化，由于人们偶尔会忘记关灯，导致台灯长时间工作，造成资源的浪费。
根据调查研究表明，中国学生的眼睛近视率在全世界的排名，已从年的第位，上升为第位，仅次于第一近视大国——日本[2]。现如今，不管成人还是青少年，大都沉迷于手机、电脑、电视、游戏等活动，长期这样高强度、不健康地用眼，容易造成眼睛疲劳、视力下降，最终不得不戴上眼镜[3]。电视可以不看，电脑可以不开，但是青少年每天的学习却离不开桌面的台灯！市场上的台灯大多是白炽灯、节能灯，拥有单一的开关，毫无智能化、人性化，完全不能满足广大消费者的需求。
二、设计的创新点
智能多功能台灯是由以单片机为核心，具有（自动/手动）控制台灯、智能护眼、纠正坐姿、温度提示、闹钟提醒、时间显示等创新点。
1.（自动/手动）控制台灯。智能LED台灯有两种工作模式：手动模式有利于人们在使用台灯照明时，操作更为方便。自动模式有利于人们在工作学习时智能化使用台灯，实现灯光强度随外界光线变化而自动变化或者熄灭，（自动/手动）控制台灯体现了智能LED台灯的人性化。
2.智能护眼。目前，人们大多使用台灯不当，对眼睛的伤害比较严重。智能LED台灯可根据当前环境亮度和人体到台灯的距离自动调节台灯亮度，从而达到节能和护眼的作用。
3.纠正坐姿。学生在刻苦学习时，经常忽略了眼睛与书本的距离，长时间的错误坐姿导致青少年更容易近视。智能LED台灯通过超声波传感器实时检测人体与书本的距离，来预防人体坐姿不正确，并且伴有语音提示，能达到更好的效果。
4.温度、时钟显示。在日常生活中，在人们需要知道當前时间、当前温度等一些信息时，智能LED台灯将实时显示当前室内温度、当前时间和闹钟时间。
三、设计的主要内容
1.系统设计。（1）控制系统：采用STC89C51单片机及其外围电路作为智能LED台灯的控制系统。（2）检测系统：采用温度传感器检测室内温度，采用红外热释传感器检测人体，采用超声波传感器检测人体与桌面的距离。（3）显示模块：通过液晶显示当前温度、时钟、用户与台灯的距离等内容。（4）控制系统电源：USB接口，5v电源。
2.系统模块组成。系统整体框架如图1所示。
（1）智能护眼模块设计。为了避免因光线强度不适而造成用眼疲劳，我们通过超声波传感器测距智能控制台灯来实现。当用户与台灯的距离发生变化时，同时通过光敏电阻检测当前环境亮度，自动调整LED台灯的亮度，简单快捷地达到智能护眼的功能。超声波传感器如图2所示。
（2）红外传感模块设计。选用红外热释电传感器来检测台灯前是否有人，该传感器灵敏度高，便于控制。传感器输出引脚通过一个型三极管接至单片机的口，口为低电平时触发有效[4]。检测有效灵敏距离大小可通过硬件滑动变阻器调节。实现“人来灯亮，人走灯灭”的功能。红外热释电传感器如图3所示。
（3）坐姿纠正模块设计。通过超声波传感器实时地检测用户与台灯的距离，防止与台灯距离过近。如果用户坐姿不当，则启动语音系统提醒用户纠正坐姿。超声波传感器有发射端和接收端，发射端产生超声波，接收端接收超声波。根据超声波的传播和反射特性，从发射端发射到物体表面，然后反射回来，再到接收端接收，通过单片机测量传播时间即可算出距离[5]。
（4）温度、时钟模块设计。温度模块通过温度传感器实时检测当前室温，该芯片集成度高，性价比高。时钟模块采用时钟芯片，该芯片集成度高，内部带有晶振，精准计时，可读写操作，可独立工作。
温度传感器和时钟芯片如图4所示。
3.软件设计。系统软件流程图如图5所示。
四、结束语
本智能台灯使用起来方便快捷，操作简单，实用性强，有普遍的使用价值。具有小型化、低功耗、节能、智能化程度高的优点，在使用上和操作上具有人性化的特点，充分体现了多功能、智能化的特点。本设计方案一旦投入市场，相信定可以掀起一场智能台灯领域的革命！
参考文献：
[1]赵国强.智能台灯[J].科学启蒙，2007，（Z1）.
[2]位永辉.杨威.基于BISS001的智能台灯设计[J].电子元器件应用，2010，12（7）.
[3]徐广第.青少年近视防治[M].北京：军事医学科学出版社，2006.
[4]红外热释电传感器[DB/OL].百度百科.
[5]超声波传感器[DB/OL].百度百科.

-全文完-