物聯網云端智能護眼節能燈監控系統的設計

吳錦濤 賈婷 侯欣宇 張祿源 沈陽工學院信息與控制學院

隨著電子技術的高速進步，社會經濟的不斷發展，人們的生活質量也不斷的提高，生活節奏的不斷加快。信息化社會在改變人們生活方式與工作習慣的同時，也對傳統的燈光提出了挑戰。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。通過研究分析，結果表明：在學習過程中，對光的要求很嚴格，理想的光是變化極慢的自然光。對于穩定的光照，不易引起眼睛光學系統的損傷和視覺疲勞。

本設計通過光敏傳感器對光強信號采集，單片機對光強進行調節，熱釋電傳感器采集周圍是否有人，單片機實現無人滅燈有人點燈，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射，另一端采用無線通信方式接入單片機組網并上傳至云端實現實時監控。在這種控制方式下，只有室內有人，且光線不足時才點亮所需燈光，而在室內無人，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行監控，坐姿不好可及時提醒，達到保護視力的作用。

系統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，通過按鍵調節PWM占空比控制LED的亮度。從而實現對光度的手動調節。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，再檢測環境亮度，自動調節LED的PWM占空比，從而實現了對光度的自動調節。如果沒有人，則燈會自動熄滅以節能。還具有可調節鬧鐘提醒，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。先按加減鍵調節距離范圍,第一次按下確定鍵之前調節的是健康學習距離(即使用時當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節的是學習時間段提醒，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節完成，臺燈開始工作。調節好之后，液晶第一行分別顯示：人與臺燈的距離，當前亮度等級(0--10)，當前工作模式標志提醒(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行模式切換，當為手動模式時可按加減鍵進行亮度的調節，亮度分為10個等級，最大到10，手動模式時自動調光將不會開啟。當為自動模式時如果判斷當前有人就會點亮臺燈，至于亮度會通過光敏電阻采集環境的亮暗程度來自動調節臺燈的亮度；如果沒人就關閉臺燈，同時學習時間計時暫停，直到再次有人時才會點亮臺燈，計時繼續。 物聯網云端智能護眼節能燈監控系統的設計方法，如圖1所示。

圖1 系統結構圖

傳統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，安全系數低，舒適性差等不足。針對以上缺點，將先進zigbee技術與單片機相結合，由單片機獲取傳感器所采集的數據，根據采集到的數據實現無線局域網內各個節點的自動控制，不但解決了資源浪費問題,而且當通信網絡某一節點故障時，其他節點不會受到影響，而故障節點還可以手動進行開關操作；系統成本低，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。本系統可以有效地實現物聯網云端監控智能護眼節能燈系統科學高效的控制和資源整合，最終實現護眼的目的，有著廣闊的應用前景。