智能開關護眼臺燈的設計

陳雪璐，徐俊杰，周 佩，姚 敏

（武漢東湖學院 電子信息工程學院，湖北 武漢 430212）

智能開關護眼臺燈的設計

陳雪璐，徐俊杰，周 佩，姚 敏

（武漢東湖學院 電子信息工程學院，湖北 武漢 430212）

本項目擬利用單片機技術設計并實現一種新型可自適應人體溫度變化、能自動適應周圍的環境調節亮度，且可通過手勢傳感開啟的新型智能臺燈。通過與手機藍牙相互連接，可實現手機控制臺燈的功能。通過手機APP切換不同的模式，可實現不同的亮度，以適應不同的使用環境下使用者的需求。

智能臺燈；手勢傳感；手機控制；光補償；藍牙

市面上的傳統臺燈大多是人為控制臺燈的開關。在快節奏的生活方式下，人們經常會因工作、學習的忙碌而忘記關閉臺燈，使臺燈長期處于工作狀態，導致了能源的浪費，使臺燈元件經常處于高負荷工作狀態，減短了臺燈的使用壽命。

傳統的觸摸調光、觸摸開關已很成熟。一般觸摸時要求手指接觸裸露的金屬片，這一類電路內部大多使用不隔離的電源供電，直接觸摸上去總給人們一種不安全的感覺，而且有可能會發生短路的危險。因此，人們嘗試在觸摸片上涂上一層薄薄的絕緣漆，不過這樣做的效果也不是很好。另外，還有一個老問題，就是帶手套時觸摸不夠靈敏或干脆不起作用。基于上述原因，本項目擬利用IAP15F2K61S2單片機設計并實現一種新型智能臺燈。

1 硬件設計方案

該項目利用BISS0001紅外傳感器和MPU9250姿態傳感器控制臺燈的開關，同時利用手機中的藍牙功能與單片機中的藍牙串口進行通訊，通過手機APP來控制臺燈的亮度。

控制臺內部含有IAP15F2K61S2單片機主板，分別分布著所需要的熱電堆紅外測溫傳感器BISS0001、MPU9250姿態傳感器和BF10藍牙模塊。姿態傳感器上會有一個顯示屏用作為手勢開關，測溫傳感器和姿態傳感器上分別分布著檢測探頭以便能檢測到人體的變化，使系統能夠根據變化自動調節，從而讓使用者享受到最舒適的使用環境，保護眼睛。本項目主要由4個方面的硬件電路構成，具體如下描述。

（1）測溫開關設計。通過使用熱電堆紅外測溫傳感器BISS0001來實現“人來燈亮，人走燈滅”的功能。當使用者坐在臺燈前面時，智能臺燈的紅外測溫傳感器就會工作，臺燈就會自動打開；當使用者離開時，智能臺燈的紅外測溫傳感器檢測不到溫度就會切斷電源，臺燈就會自動關閉。

熱電堆紅外測溫傳感器BISS0001是一款具有較高性能的傳感信號處理集成電路，它配以熱釋電紅外傳感器和少量外接元器件構成被動式的熱釋電紅外開關。它具有非常好的穩定性，感應的范圍在0~6m之間，能夠非常精確的感知到周圍溫度的變化。通過對比單片機設計的額定溫度，使臺燈能夠根據溫度準確的開關。

（2）手勢開關設計。本項目使用MPU9250姿態傳感器來實現用手在姿態傳感器上方移動來開啟或者關閉智能臺燈，來避免臺燈的傳統開關在開關燈時產生的電弧有觸電危險的弊端。MPU9250是一個QFN封裝的復合芯片（MCM），它由2部分組成。一組是3軸加速度還有3軸陀螺儀，另一組則是AKM公司的AK8963 3軸磁力計。所以，MPU9250是一款9軸運動跟蹤裝置。MPU9250傳感器較上一代產品相比，面積縮小40%，靈敏度提高，成本減小。MPU9250傳感器可應用于無觸碰操作技術，體感游戲控制技術，可穿戴智能設備技術中。本項目采用MPU9250傳感器的手勢控制技術，將9軸運動跟蹤裝置接入單片機，控制開關的斷開和連接，從而來實現臺燈的開關功能。

（3）藍牙控制電路設計。本項目采用BF10藍牙模塊，通過單片機對該模塊進行控制，建立該模塊與手機藍牙之間的聯系，再通過手機APP來實現對臺燈的亮度控制。藍牙模塊采用雙微控制器模式，即藍牙低層協議與用戶應用程序分別由主機控制器和主機來實現。單片機通過主機控制器接口對藍牙模塊進行開發，并加以光敏電阻，從而調節PWM輸出，以實現對臺燈的亮度控制。

（4）單片機模塊設計。本項目擬使用IAP15F2K61S2單片機來控制整個電路的工作和運行。相較于傳統常見的STC89C51RC單片機，這款單片機的速度是傳統51的10倍，體積是傳統51的五分之一，這款單片機沒有最小系統，可以直接當作仿真器使用。此單片機不僅可以節省電路板空間，減小臺燈的體積；而且可以使臺燈在工作時不會出現卡頓、發熱等問題。

本項目通過手機APP來控制單片機的占空比，調節通過LED的電流和不通過電流的時間比，從而控制LED燈的亮度。由于人眼有視覺暫留特性，所以只要頻率比較高是看不出來頻閃的。通過電流比不通過電流的時間比例越大，LED做的功就越多，這樣也就越亮。

2 程序設計方案

本項目的軟件主要由單片機控制軟件和手機APP控制軟件組成。由單片機控制臺燈的開關以及與手機通訊；由手機APP控制臺燈的亮度。

（1）單片機程序設計。本項目擬使用C語言在Keil軟件中進行編程。主要是通過紅外傳感器和手勢開關控制臺燈的開關燈，以及運用單片機的藍牙串口與手機藍牙進行通訊，來改變臺燈的亮度。

（2）手機APP軟件設計。本項目主要是通過手機APP來實現調節臺燈的亮度，以適應周圍環境的亮度，從而達到舒適使用并且節能環保的目的。手機APP與單片機藍牙串口進行通訊，以達到通過手機APP控制臺燈亮度的目的。具體流程圖如圖1所示。

圖1 軟件整體設計流程圖

3 結語

利用非接觸式開關姿態傳感器，解決了因臺燈的傳統開關在開關燈時產生的電弧，有觸電危險的問題，在測溫傳感器失效或者使用者希望盡快關閉臺燈的情況下，達到雙重保險，節能環保的目的。

通過藍牙模塊與手機藍牙建立聯系，利用手機APP調節臺燈的亮度，給予使用者最舒適的使用體驗，達到保護眼睛，減輕視覺疲勞的目的。

［1］李鑫.基于ARM、藍牙通信的心電采集系統的設計［D］．西安：西北工業大學，2007.

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［3］魏星，張銳，陳云翰，等.基于單片機設計的智能LED臺燈設計［J］.中國新技術新產品，2015，（20）.

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［5］毛學軍.LED應用技術［M］.北京：電子工業出版社，2012.

［6］蔣雪琴.可調光智能LED臺燈設計［J］.電腦迷，2016，（3）.

Design of Intelligent Switch Eye Protection Lamp

CHEN Xue-lu，XU Jun-jie，ZHOU Pei，TAO Min
（School of Electronics and Information Engineering，Wuhan Donghu University，Wuhan，Hubei 430212，China）

The project aims to use the single-chip microcomputer technology that can design and realize new adaptive body temperature changes.It can automatically adapt to the surrounding environment to adjust the brightness and can be opened by gestures to open a new smart table lamp.Compared to the pyroelectric infrared sensor technology，that can achieve smart table lamp，through mobile phone Bluetooth，this device can be connected to achieve the function of mobile phone controlling the table lamp.Through the mobile phone software，it can switch the different modes and can have different brightness to meet the needs of different users under different operational environment.

smart table lamp；gesture sensor；mobile phone control；light compensation；bluetooth

TP273.5

A

2095-980X（2017）04-0085-01

2017-03-07

2016年度武漢東湖學院大學生創新創業訓練計劃項目，項目編號：xc2016011。

陳雪璐（1996-），女，湖北武漢人，大學本科。