苗紫民 程澤華 高巧楠 姜銘 董一波 周慧

摘要：臺燈作為我們日常生活的照明工具，不但給我們的生活提供了很大的便利，而且也豐富了我們的世界。隨著電子產品的快速發(fā)展，家用電器逐漸趨向智能化，臺燈也更加智能。智能臺燈以專門感應人體紅外信號的紅外傳感器為基礎，利用單片機進行處理，從而控制臺燈。當房間光線較昏暗，且周圍有人時，臺燈就會檢測出來進而自動發(fā)光，避免了人們在夜里尋找開關的不便;當一定范圍內無人時，臺燈就會自動熄滅，以實現(xiàn)節(jié)約能源的功能。本設計還增加了WIFI遠程控制的功能，可以在手機App上遠程控制手動自動模式和發(fā)光亮度，且可以遠程查看燈光和環(huán)境亮度等信息。

關鍵詞：智能臺燈;單片機;WIFI控制;自動模式;手動模式

中圖分類號：TP311? ? ?文獻標識碼： A

文章編號：1009-3044（2021）14-0217-03

Abstract： As a lighting tool in our daily life， desk lamp not only provides great convenience for our life， but also enriches our world. As the electronic products develops， household appliances are becoming more and more intelligent， even to the lamps. Single chip microcomputer is used to control the desk lamp based on infrared sensor. When the room light is dim and there are people around， the desk lamp will detect and then automatically light up， avoiding the inconvenience of people looking for the switch at night; when there is no one within a certain range， the lamp will automatically go out to realize the function of energy saving. The design also adds WIFI remote control function， which can remotely control the manual automatic mode and brightness on the mobile app， and remotely view the information such as lighting and ambient brightness.

Key words： intelligent desk lamp; MCU; WIFI control; automatic mode; manual mode

隨著科學技術水平的不斷提高，多種多樣的智能電器漸漸走進了人們的視野。智能家居是互聯(lián)網(wǎng)融合發(fā)展背景下的代表產物，同時也是社會科技水平進步的重要標志[1]。電子時代的到來不僅方便了人們的生活，而且在很大程度上改變了我們的思維方式，使得人們自主去追求更高品質的生活。臺燈作為我們每家每戶基本都有的一個電器，常常方便我們的生活。但是由于人們的粗心大意，不及時的關閉臺燈，很可能造成能源浪費。并且，人們在半夜摸黑找臺燈也非常不方便。 現(xiàn)如今人們生產的臺燈較普通，大多數(shù)以手動式為主，此類型臺燈低功耗，對眼睛傷害很大[2]。于是，我們分別從紅外控制、WIFI遠程控制等方面設計了一款智能臺燈，從而更加方便人們的生活。

1系統(tǒng)主要功能及電路總體構成

1.1系統(tǒng)的主要功能

本次設計的臺燈一共有兩種模式，一是自動式，二是手動式。在自動模式中，臺燈通過紅外感應模塊和光照采集模塊的共同作用能夠做到自動亮滅、自動調節(jié)亮度的功能。在手動模式中，人們可以利用加按鍵、減按鍵來調節(jié)臺燈的亮度。并且在此基礎上，我們設置了WIFI遠程控制模塊。人們可以通過手機App來控制臺燈的模式以及檔位，同時，手機App上會顯示臺燈最后接收時間、當前處于的模式與當前光照亮度等信息。

為了達到預期的設想，我們對熟悉的單片機、光敏電阻、紅外傳感器等一些電子元件進行測試，選出性能更好、價格更便宜的器件來設計臺燈。

1.2系統(tǒng)的總體構成

此臺燈的硬件主要有單片機、紅外傳感器、ESP8266-12、并排LED燈等;電路設計主要由紅外感應電路、光照采集電路、晶振電路、復位電路、燈光控制電路、按鍵電路、WIFI控制電路等電路組成。通過軟硬件設計達到預想結果，最終將其焊接在電路板上。電路總體結構圖如圖1所示。

2系統(tǒng)軟件設計

隨著科技的快速發(fā)展和人們對美好生活的向往需求，生活中人們不僅僅要求臺燈的外觀精致，還希望其能夠更節(jié)能環(huán)保、更智能化和人性化[3]。為了達到預期的功能，我們選用人體紅外傳感器，綜合多種硬件電路，利用核心器件單片機進行工作，以達到控制臺燈的目的。當周圍有人的時候，臺燈便會根據(jù)環(huán)境光線自動調節(jié)燈光的亮度，避免了在夜里找東西的不便，保障了人們的安全;并且臺燈具有WIFI功能，可以在手機App上遠程查看和控制臺燈進行工作;當周圍沒有人的時候，臺燈可以實現(xiàn)自動熄滅的功能，以實現(xiàn)我們預期的功能。程序流程圖如圖2所示。

3系統(tǒng)硬件設計

本臺燈硬件部分主要使用的是STC12C5A60S2單片機、應用廣泛的人體紅外傳感器、ESP-12和LED燈等電子器件組成。

3.1 STC12C5A60S2單片機

與其他型號的單片機相比較，STC12C5A60S2單片機有很多閃光點。其特點表現(xiàn)為：運行速度快;電壓寬;低功耗設計;工作頻率高;可擦寫次數(shù)高達10萬次以上;有多個通用I/O口，且驅動能力較強，其模式可以設置多種，便于在多種電路中使用，主要在儀表和簡單的控制電路上應用。

STC12C5A60S2單片機非常適合初學者使用，因燒錄程序非常容易，只需要買一條USB轉串口線即可，如需要燒錄軟件，使用者可以去STC官網(wǎng)上進行下載。STC12C5A60S2是中國一家企業(yè)制造的一種新型的單片機，與傳統(tǒng)51類型的單片機兼容，但其運行速度更快、抗干擾能力更強，適合于電機控制及其他電磁干擾較強的應用領域 [4]?？傮w而言，在追求超高性價比方面，STC12C5A60S2單片機將是理想選擇之一。單片機最小系統(tǒng)結構圖如圖3所示。

3.2 信號檢測與處理部分

信號檢測與處理部分由熱釋電紅外傳感器、光照采集電路等器件組成。臺燈的作用是根據(jù)環(huán)境光通過傳感器調節(jié)室內燈的照明亮度，為學生提供一個舒適的學習光照環(huán)境[5]。所以我們使用的是人體紅外傳感器，這種傳感器只對波長很短的紅外輻射敏感，而對其他物體不敏感。人體紅外線傳感器是早期出現(xiàn)的一種高靈敏度探測元件，廣泛用于我們的生活中。在一定的距離內，它可以檢測到是否有人的出現(xiàn)，并對其所在電路進行控制。該模塊比較簡單，其3個引腳分別連接VCC、單片機的輸入輸出口、GND。在設置的范圍內，如果周圍有人出現(xiàn)，臺燈可以利用紅外模塊迅速檢測到并自動發(fā)光。人體紅外檢測電路圖如圖4所示。

3.3 按鍵輸入模塊

本臺燈設計了三個按鍵，分別是切換按鍵、亮度加按鍵和亮度減按鍵。切換按鍵用來切換自動模式和手動模式。在手動模式的時候，人們可以通過長時間按加減按鍵或點按加減按鍵來調節(jié)亮度。K1、K2、K3按鍵的1號引腳分別連接單片機的P17、P16、P15口，4號引腳都接到GND。本設計一共設置了7個檔位，可以用在周圍環(huán)境光線不同程度的情況下，更加方便人們的生活。在自動模式的時候，光照采集部分可以根據(jù)周圍環(huán)境的亮度來自動調節(jié)臺燈的亮度。另外，在此基礎上，我們還設計了復位按鍵，可以使單片機重新啟動并初始化程序。按鍵模塊電路圖如圖5所示。

3.4 照明模塊

隨著照明燈具的不斷更新?lián)Q代，LED燈以功耗低、價格便宜的特點占據(jù)了我們生活的每一處地方[6]。LED內部利用固態(tài)半導體元件，將電能轉化為光能。LED燈的應用十分廣泛，在很多領域都發(fā)揮著極大的作用[7]。LED燈安裝簡單，不需要整流器，LED光源能夠符合光生物安全檢測，有自動控制節(jié)能裝置，符合我們臺燈設計的要求。我們設計了多個LED燈并聯(lián)來獲得較大的功率，當單片機的I/O口輸出為高電平時，臺燈便發(fā)光，當單片機的I/O口輸出為低電平時，臺燈便熄滅。由于人眼存在視覺暫留，我們便可以通過脈沖寬度調制來改變單片機I/O口輸出高低電平的比例，呈現(xiàn)出來的效果便是臺燈可以有多種亮度檔位的調節(jié)。此臺燈我們設計了7個檔位，給人們更多的選擇空間。其中第1檔亮度最低，第7檔亮度最高。照明模塊電路如圖6所示。

3.5 WIFI控制模塊

隨著4G/5G網(wǎng)絡時代的到來，智能家居系統(tǒng)的功能更為強大，應用范圍更加廣泛[8]。在本臺燈設計中，人們可以根據(jù)手機App利用WIFI遠程控制模塊來控制臺燈的模式及亮度。其中WIFI控制模塊是利用ESP8266模塊來實現(xiàn)的，用戶可以利用手機APP與WIFI控制模塊進行連接，以達到遠程控制臺燈的功能。WIFI控制模塊與用戶手機之間使用ASCII碼進行通信，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。在手機App上，用戶必須先輸入賬號和密碼進行登錄，通過設置按鈕進行測試。登錄完成后，用戶可以在頁面上進行模式和檔位的選擇，以便遠程控制臺燈。WIFI控制電路圖如圖7所示。

4結束語

目前，市面上的臺燈基本上都是手動加減亮度模式類型的，這種類型的臺燈對于我們來說，其功能太簡單，很難符合我們日常生活的需要。并且，使用臺燈的人群大多數(shù)是青少年，由于臺燈亮度過低或者過高，很容易傷害眼睛，所以我們設計的這款臺燈可以根據(jù)周圍環(huán)境的光線強度來自動調節(jié)臺燈的亮度，從而保護人們的眼睛。而且，我們可以利用手機App來控制臺燈。用戶手機打開熱點，打開臺燈開關后，等待幾秒初始化完成，WIFI控制模塊自動連上熱點，用戶就可以在手機上?對臺燈的模式、檔位進行控制。本臺燈不僅可以起到保護人們視力的作用，而且可以方便人們的生活、節(jié)約能源。

參考文獻：

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[6] 房曉艷，樊明光.LED燈具在城市夜景照明中的應用分析[J].時代農機，2017，44（5）：52-53.

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[8] 劉衛(wèi)莊，洪先亮，方蒙，李瑞敏.基于WiFi技術的智能家居控制研究[J].設備管理與維修，2020（15）：25-27.

【通聯(lián)編輯：梁書】