物聯(lián)網(wǎng)云端智能護(hù)眼節(jié)能燈監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計

吳錦濤 賈婷 侯欣宇 張祿源 沈陽工學(xué)院信息與控制學(xué)院

隨著電子技術(shù)的高速進(jìn)步，社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，人們的生活質(zhì)量也不斷的提高，生活節(jié)奏的不斷加快。信息化社會在改變?nèi)藗兩罘绞脚c工作習(xí)慣的同時，也對傳統(tǒng)的燈光提出了挑戰(zhàn)。近年來，青少年近視率不斷攀升，究其原因，是科技日新月異地發(fā)展卻并沒有注意到燈光的不適對眼部的傷害，此時若不適的燈光越來越多，人們的眼睛將會不堪重負(fù)。通過研究分析，結(jié)果表明：在學(xué)習(xí)過程中，對光的要求很嚴(yán)格，理想的光是變化極慢的自然光。對于穩(wěn)定的光照，不易引起眼睛光學(xué)系統(tǒng)的損傷和視覺疲勞。

本設(shè)計通過光敏傳感器對光強信號采集，單片機對光強進(jìn)行調(diào)節(jié)，熱釋電傳感器采集周圍是否有人，單片機實現(xiàn)無人滅燈有人點燈，超聲波測距傳感器可測量人眼與書本的距離，距離過近可提示調(diào)整坐姿；單片機還可將超聲波測距傳感器采集到的距離及用電量信息用作信號發(fā)射，另一端采用無線通信方式接入單片機組網(wǎng)并上傳至云端實現(xiàn)實時監(jiān)控。在這種控制方式下，只有室內(nèi)有人，且光線不足時才點亮所需燈光，而在室內(nèi)無人，光線不足的情況下，燈不亮，采用這樣的控制方式能很好的解決誤開斷和能源浪費的問題，同時還可以實時對使用者的坐姿進(jìn)行監(jiān)控，坐姿不好可及時提醒，達(dá)到保護(hù)視力的作用。

系統(tǒng)采用單片機作為處理器,使用液晶作為顯示方式。智能模式時增加了具有自動調(diào)光的功能(即有光敏電阻和AD芯片)。在手動控制時，分為多個檔，通過按鍵調(diào)節(jié)PWM占空比控制LED的亮度。從而實現(xiàn)對光度的手動調(diào)節(jié)。在自動控制時，通過熱釋電紅外探測器檢測附近是否有人，如果有人，再檢測環(huán)境亮度，自動調(diào)節(jié)LED的PWM占空比，從而實現(xiàn)了對光度的自動調(diào)節(jié)。如果沒有人，則燈會自動熄滅以節(jié)能。還具有可調(diào)節(jié)鬧鐘提醒，提示使用者要注意休息。還有矯正坐姿和防近視的功能，通過超聲波傳感器檢測人離桌面的距離，距離過近，蜂鳴器會報警，提示使用者注意坐姿，防止近視。先按加減鍵調(diào)節(jié)距離范圍,第一次按下確定鍵之前調(diào)節(jié)的是健康學(xué)習(xí)距離(即使用時當(dāng)檢測到人體離臺燈小于這個距離時就會報警)；第二次按下確定鍵之前調(diào)節(jié)的是學(xué)習(xí)時間段提醒，單位為分鐘（即每隔多少分鐘提醒一次）。第二次按下確定鍵后調(diào)節(jié)完成，臺燈開始工作。調(diào)節(jié)好之后，液晶第一行分別顯示：人與臺燈的距離，當(dāng)前亮度等級(0--10)，當(dāng)前工作模式標(biāo)志提醒(zd或sd)（手動與自動的縮寫）。液晶第二行顯示：臺燈已使用的時間。在臺燈開始工作后可按模式切換鍵進(jìn)行模式切換，當(dāng)為手動模式時可按加減鍵進(jìn)行亮度的調(diào)節(jié)，亮度分為10個等級，最大到10，手動模式時自動調(diào)光將不會開啟。當(dāng)為自動模式時如果判斷當(dāng)前有人就會點亮臺燈，至于亮度會通過光敏電阻采集環(huán)境的亮暗程度來自動調(diào)節(jié)臺燈的亮度；如果沒人就關(guān)閉臺燈，同時學(xué)習(xí)時間計時暫停，直到再次有人時才會點亮臺燈，計時繼續(xù)。 物聯(lián)網(wǎng)云端智能護(hù)眼節(jié)能燈監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計方法，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

傳統(tǒng)的臺燈照明方式落后，甚至很大程度對使用者的視力造成影響，安全系數(shù)低，舒適性差等不足。針對以上缺點，將先進(jìn)zigbee技術(shù)與單片機相結(jié)合，由單片機獲取傳感器所采集的數(shù)據(jù)，根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)實現(xiàn)無線局域網(wǎng)內(nèi)各個節(jié)點的自動控制，不但解決了資源浪費問題,而且當(dāng)通信網(wǎng)絡(luò)某一節(jié)點故障時，其他節(jié)點不會受到影響，而故障節(jié)點還可以手動進(jìn)行開關(guān)操作；系統(tǒng)成本低，只安裝光照感傳感器和超聲波，用于采集實時外界光照度和眼睛與書本之間的距離，全程采用無線通信，無需布線、易安裝且運行后無通信費用。本系統(tǒng)可以有效地實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)云端監(jiān)控智能護(hù)眼節(jié)能燈系統(tǒng)科學(xué)高效的控制和資源整合，最終實現(xiàn)護(hù)眼的目的，有著廣闊的應(yīng)用前景。