智能護眼臺燈的設計

任澤明 艾信友 胡凱旋 范兵兵 曾研

摘 要：文章針對青少年不當或過度用眼而設計了智能護眼臺燈，使用AT89C51單片機做控制器。該臺燈具有人體感應、距離檢測、光線檢測、智能調光、坐姿矯正、自動開燈、計時和節能等優點。

關鍵詞：智能；護眼；節能

中圖分類號：TP273 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）13-0091-02

Abstract： In this paper， the intelligent eye protection lamp is designed for teenagers' improper or excessive use of the eye， and the AT89C51 single-chip microcomputer is used as the controller. The lamp has the advantages of human sensing， distance detection， light detection， intelligent dimming， sitting position correction， automatic turning on the lamp， timing and energy saving.

Keywords： intelligence； eye care； energy saving

引言

隨著社會發展，全民教育層次提高，青少年由于不當或過度用眼產生的視力問題已逐漸凸顯。臺燈，是大部分青少年都備有的一種照明設備。在科技高速發展的今天，“能用”已經遠遠滿足不了人們的需求，“好用”、“適用”才是人們的首選。因此，設計一款具有節能，護眼功能的適用于廣大青少年的智能臺燈是非常具有實用價值的。

1 智能臺燈主要功能及特點

自動開燈：在待機狀態下，人體紅外傳感器會定時掃描檢測桌前是否有人體，當檢測到桌前有人時，控制單元會自動控制發光模塊發光，實現自動開燈。

智能調光：在臺燈工作時，會周期性地通過傳感器獲得環境光線強度數據，然后根據這些數據強度調解出最適光線強度，通過控制單元控制發光模塊發出最適合的亮度，可避免燈光太強或者太弱對眼睛帶來的傷害。

坐姿矯正：在開始學習后定期通過傳感器判斷使用者是否坐姿良好，會根據實際情況發出對應的提示信息來矯正使用者的坐姿。

計時：根據自身情況可自主設置學習時間，時間到后會發出提示，避免過度用眼。

節能：使用低功耗控制單元AT89C51，使用者長時間離開桌位時會進入待機模式，避免能源浪費。

2 系統概述

該智能臺燈系統主要由電源模塊、傳感器模塊、微控制器模塊、按鍵模塊、顯示模塊、發光模塊等部分組成。以各類傳感器做數據收集端，以微處理器做數據處理端和控制端，總體設計如圖1所示。

3 主要電路設計

3.1 電源模塊

電源采用5V直流輸入，可適配目前市場上的大部分充電器插頭。

3.2 微控制器模塊

臺燈使用STC89C51單片機作為控制芯片，它負責接受傳感器采集和控制端輸入的數據并處理分析后通過指令控制相應的電器設備。

3.3 傳感器模塊

使用到的傳感器包括人體紅外傳感器、光敏電阻感應模塊、超聲測距傳感器。

光敏電阻感應模塊用于感應環境光強，其數據被微控制器采集，進而使得發光模塊發出相應光照亮度。模塊安裝在發光模塊的背面，這樣可以免受臺燈自身發出光的影響。超聲測距模塊和人體紅外傳感器模塊安裝在臺燈正前方，用來感知人的狀態和距離。

4 軟件設計

軟件采用C語言編程。智能臺燈主要有手動模式和智能模式兩種工作模式，一般情況下臺燈處于智能工作模式，用戶需要時可自行打開手動模式，在智能模式下程序會定時獲取傳感器的數據進行分析并執行相應的指令對硬件進行控制。首先，對人體紅外傳感器的數據進行分析判斷。臺燈周圍沒有人時，程序會在延時一段時間后再次檢測，直到檢測到人為止，否則臺燈會一直處在待機狀態。當人體紅外傳感器檢測到人體后臺燈進入開燈狀態，此時程序會定時獲取光敏電阻傳感器數據，調解出最適合的光照亮度。同時超聲傳感器數據也會被定時獲取用來判斷使用者狀態，在使用者坐姿異常時給出提示予以矯正，在檢測到人長期離開桌位時會關燈再次進入待機狀態，直至再次檢測到使用者。系統主程序流程圖如圖2所示。

5 結束語

該系統實現了自動開燈、智能調光、計時和節能等功能，在坐姿異常時能及時發出提示矯正坐姿。在實際調試過程中臺燈系統能穩定運行，能通過傳感器較為準確地獲取被測數據，能對使用者產生提示作用，具有實用價值。

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