智能LED臺燈的設計研究

朱政

摘要：臺燈是家庭生活和學生學習的必需品，現在的臺燈大多功能單一，與現在家電智能化、人性化、低碳設計相違背。隨著科技的進步，人們的生活也因家用電器的智能化和多功能化變得更加方便和舒適，因此一款智能的LED臺燈將會對大家的生活帶來很多便利。本設計方案是以51單片機作為主控芯片，超聲波傳感器、紅外傳感器、溫度傳感器、語音模塊等外圍設備來實現燈光強度隨外界光線變化而自動變化或者熄滅，并在傳統的臺燈上添加了智能護眼、溫度提示、鬧鐘提醒、時間顯示、預防近視等功能，彌補了傳統臺燈的不足。本設計具有較強的實用性，具有節能省電、使用方便、保護眼睛等諸多優點，可直接做出產品供大家使用，同時也是未來臺燈必然的發展趨勢。

關鍵詞：智能臺燈；傳感器；多功能；防近視

中圖分類號：TH122 文獻標志碼：B 文章編號：1674-9324（2017）47-0076-02

一、前言

目前，家具市場上出售的燈具種類繁多，但一般均采用交流電源供電，節能燈管、白熾燈泡為光源[1]，手動或觸摸感應開關來控制。這類臺燈有很多不足，一是電壓不安全，存在安全隱患；二是節能日光燈具有頻閃效應，長時間使用會對眼睛產生一定的傷害；三是白熾燈耗電量大，不節能；四是低智能化，由于人們偶爾會忘記關燈，導致臺燈長時間工作，造成資源的浪費。

根據調查研究表明，中國學生的眼睛近視率在全世界的排名，已從年的第位，上升為第位，僅次于第一近視大國——日本[2]。現如今，不管成人還是青少年，大都沉迷于手機、電腦、電視、游戲等活動，長期這樣高強度、不健康地用眼，容易造成眼睛疲勞、視力下降，最終不得不戴上眼鏡[3]。電視可以不看，電腦可以不開，但是青少年每天的學習卻離不開桌面的臺燈！市場上的臺燈大多是白熾燈、節能燈，擁有單一的開關，毫無智能化、人性化，完全不能滿足廣大消費者的需求。

二、設計的創新點

智能多功能臺燈是由以單片機為核心，具有（自動/手動）控制臺燈、智能護眼、糾正坐姿、溫度提示、鬧鐘提醒、時間顯示等創新點。

1.（自動/手動）控制臺燈。智能LED臺燈有兩種工作模式：手動模式有利于人們在使用臺燈照明時，操作更為方便。自動模式有利于人們在工作學習時智能化使用臺燈，實現燈光強度隨外界光線變化而自動變化或者熄滅，（自動/手動）控制臺燈體現了智能LED臺燈的人性化。

2.智能護眼。目前，人們大多使用臺燈不當，對眼睛的傷害比較嚴重。智能LED臺燈可根據當前環境亮度和人體到臺燈的距離自動調節臺燈亮度，從而達到節能和護眼的作用。

3.糾正坐姿。學生在刻苦學習時，經常忽略了眼睛與書本的距離，長時間的錯誤坐姿導致青少年更容易近視。智能LED臺燈通過超聲波傳感器實時檢測人體與書本的距離，來預防人體坐姿不正確，并且伴有語音提示，能達到更好的效果。

4.溫度、時鐘顯示。在日常生活中，在人們需要知道當前時間、當前溫度等一些信息時，智能LED臺燈將實時顯示當前室內溫度、當前時間和鬧鐘時間。

三、設計的主要內容

1.系統設計。（1）控制系統：采用STC89C51單片機及其外圍電路作為智能LED臺燈的控制系統。（2）檢測系統：采用溫度傳感器檢測室內溫度，采用紅外熱釋傳感器檢測人體，采用超聲波傳感器檢測人體與桌面的距離。（3）顯示模塊：通過液晶顯示當前溫度、時鐘、用戶與臺燈的距離等內容。（4）控制系統電源：USB接口，5v電源。

2.系統模塊組成。系統整體框架如圖1所示。

（1）智能護眼模塊設計。為了避免因光線強度不適而造成用眼疲勞，我們通過超聲波傳感器測距智能控制臺燈來實現。當用戶與臺燈的距離發生變化時，同時通過光敏電阻檢測當前環境亮度，自動調整LED臺燈的亮度，簡單快捷地達到智能護眼的功能。超聲波傳感器如圖2所示。

（2）紅外傳感模塊設計。選用紅外熱釋電傳感器來檢測臺燈前是否有人，該傳感器靈敏度高，便于控制。傳感器輸出引腳通過一個型三極管接至單片機的口，口為低電平時觸發有效[4]。檢測有效靈敏距離大小可通過硬件滑動變阻器調節。實現“人來燈亮，人走燈滅”的功能。紅外熱釋電傳感器如圖3所示。

（3）坐姿糾正模塊設計。通過超聲波傳感器實時地檢測用戶與臺燈的距離，防止與臺燈距離過近。如果用戶坐姿不當，則啟動語音系統提醒用戶糾正坐姿。超聲波傳感器有發射端和接收端，發射端產生超聲波，接收端接收超聲波。根據超聲波的傳播和反射特性，從發射端發射到物體表面，然后反射回來，再到接收端接收，通過單片機測量傳播時間即可算出距離[5]。

（4）溫度、時鐘模塊設計。溫度模塊通過溫度傳感器實時檢測當前室溫，該芯片集成度高，性價比高。時鐘模塊采用時鐘芯片，該芯片集成度高，內部帶有晶振，精準計時，可讀寫操作，可獨立工作。

溫度傳感器和時鐘芯片如圖4所示。

3.軟件設計。系統軟件流程圖如圖5所示。

四、結束語

本智能臺燈使用起來方便快捷，操作簡單，實用性強，有普遍的使用價值。具有小型化、低功耗、節能、智能化程度高的優點，在使用上和操作上具有人性化的特點，充分體現了多功能、智能化的特點。本設計方案一旦投入市場，相信定可以掀起一場智能臺燈領域的革命！

參考文獻：

[1]趙國強.智能臺燈[J].科學啟蒙，2007，（Z1）.

[2]位永輝.楊威.基于BISS001的智能臺燈設計[J].電子元器件應用，2010，12（7）.

[3]徐廣第.青少年近視防治[M].北京：軍事醫學科學出版社，2006.

[4]紅外熱釋電傳感器[DB/OL].百度百科.

[5]超聲波傳感器[DB/OL].百度百科.