物聯網智能家居護眼臺燈設計

王成旭，陳燕慧（通訊作者），許崇陽

（山東省臨沂大學機械與車輛工程學院，山東臨沂，276005）

0 引言

隨著科技發展，人們需要用到手機、電腦等電子產品的地方越來越多，但視力變得越來越差。社會發展速度越來越快，學業任務，工作任務越來越多。長時間辦公也越來越而頻繁。為了保護眼睛，緩解視疲勞，設計一款通過調節亮度，調節色溫色差的臺燈來幫助實現多種辦公場合下的應用。現在市面上都是手動調節亮度的臺燈，缺少一種可以隨外界光照、個人喜好等因素進行全自動調節的智慧護眼臺燈。

國家正在逐步推動智能化、數字化城市的發展，加強信息化建設，逐步為中國的物聯網行業，智能家居行業發展過程中提供一定的幫助，在國家大力扶持的條件下，智能家居會逐步迎來下一個發展的重要階段。智能家居照明系統主要應用于家居、安防、娛樂系統、燈光等住宅情景模式。通過為家居終端產品配套智能控制系統，家居終端產品的高度、延伸性可以調節滿足不同家庭成員的需求。智能照明可達到安全、節能、舒適、高效的目的，因此智能照明在智能家居領域有較好發展前景。

本文設計的護眼臺燈，可以隨著外界環境變化而自動調節亮度，色溫色差的臺燈，可以選擇喜好的亮度和顏色，同時做到手機端智能操控，智能交互，實現遠程控制外接負載，便于滿足多種辦公場所的需求；采集環境溫濕度數據，實現物聯網功能，讓科技點亮生活。

1 智能護眼臺燈的特點

本作品通過調節色溫色差，調節光照強度達到護眼效果，并且可以連接手機APP智能無線遠程控制，具有時鐘顯示、設定鬧鐘，滾動顯示文字，設制番茄鐘輔助效率管理等功能，是一款全自動隨外界亮度、時間等要素調節色溫色差的多功能智慧護眼臺燈。可應用于大多數學習辦公場所。

2 系統硬件電路的設計

系統硬件電路框圖如圖1所示。該智能護眼臺燈控制模塊以單片機STC89C52為主控芯片，以ESP-8266WiFi模塊為輔助元件，外圍模塊主要由時鐘顯示模塊、計時器顯示模塊、漢子滾動模塊、燈光控制模塊等組成，ESP-8266WiFi模塊進行溫濕度數據采集，并驅動外接負載模塊。聯網后，將傳感器的數據發送到云平臺，并傳輸到手機軟件實時顯示，實現了臺燈的智能化控制。控制系統的電路原理圖如圖2所示。

圖1 系統硬件電路組成框圖

圖2 系統電路原理圖

■2.1 護眼臺燈控制器（CPU）

控制器（CPU）采用的是STC公司的STC89C52單片機，是一種高效微控制器，作為臺燈的主控制器，是核心部分，通過編制相應的控制程序，驅動外界負載。ESP-8266是Wi-Fi串口模塊,可通過Arduino編程開發，接入云平臺，連接到手機軟件做輔助控制器。

■2.2 數據采集電路

臺燈的數據采集電路由溫濕度傳感器模塊、光敏電阻模塊、超聲測距模塊、手機應用模塊組成。傳感器將所測出數據通過ESP-8266WiFi發送云端，手機應用通過互聯網可以實時顯示溫濕度數據；光明電阻實時檢測環境光線變化，并控制電流變化，實現控制光照強度的效果。超聲測距模塊實時檢測用戶位置信息，并返回主控器進行判斷，提醒用戶注意矯正坐姿。

■2.3 數據輸出電路

臺燈的數據輸出電路由時鐘顯示模塊、計時器模塊、蜂鳴器模塊、漢字滾動提醒模塊、燈光控制、溫濕度顯示模塊構成，時鐘顯示模塊使用LED點陣顯示屏，顯示時間（時-分-秒），也可以循環顯示星期和日期，時鐘顯示部分由ESP-8266芯片控制，聯網自動校準；計時器模塊，可設定任意時間的鬧鐘和番茄鐘，計時結束時蜂鳴器發出警報，可以設置久坐提醒，提示用戶要注意勞逸結合，漢字顯示器將滾動顯示提示漢字，達到提示用戶的作用。燈光控制模塊，使用RGB-LED燈，手機應用控制彩燈的顏色，控制色溫、色差和亮度強弱，用戶選擇喜歡的亮度和顏色。溫濕度顯示模塊利用OLED顯示屏，接通溫濕度傳感器，每各0.5更新數據，實時顯示。

3 智能護眼臺燈的軟件設計

■3.1 系統輔助程序設計

輔助程序流程圖如圖3所示。接通電源，物聯網模塊自動WIFI聯網，連接手機，進行遠程無線控制，智慧開關，可以通過智能家居的語音控制，也可以利用手機語音助手控制、手機應用控制，實現語音開關控制、手動開關控制、紅外開關控制三種方式控制。時鐘顯示模塊接通，時鐘顯示部分由ESP-8266芯片控制，聯網后自動校準，顯示時間（時-分-秒），循環顯示日期，星期。使用RGB-LED燈，手機應用控制彩燈的顏色，控制色溫色差、和臺燈的亮度強弱，用戶選擇喜歡的亮度和顏色。溫濕度傳感器將數據通過ESP-8266WiFi模塊上傳云平臺，發送到手機APP上，實時顯示室內溫度和空氣濕度。通過內置程序，室溫過高時，自動開啟外接負載小風扇，智能降溫；在室溫正常時，風扇自動關閉。采集并判斷濕度數據，自動控制加濕器等，實現以智慧護眼臺燈為中心的智能家居功能。

圖3 ESP-8266主程序流程圖

■3.2 系統主程序設計

主程序流程圖如圖4所示。電源啟動STC89C52單片機，控制臺燈點亮光敏電阻檢測到環境光線變化，自動調節電流大小，控制燈光亮度強弱，達到護眼效果；計時器計時模塊，可設定任意時間的鬧鐘和番茄鐘，計時結束時蜂鳴器發出警報，可以設置久坐提醒，提示用戶要注意勞逸結合，漢字顯示器將滾動顯示提示漢字，達到提示用戶的作用。超聲測距模塊，檢測用戶位置信息，并返回主控器進行判斷，提醒用戶注意矯正坐姿，達到保護視力矯正坐姿效果。

圖4 STC89C52主程序流程圖

4 結論

本文研究的護眼臺燈，通過STC89C52單片機和ESP-8266WiFi模塊相結合的方式，實現智能聯網，控制外部負載，通過算法自動控制RGB-LED燈的亮度和顏色，實現了隨時間自動調節色溫色差功能，達到護眼效果。通過傳感器的數據采集，數據分析后自動控制負載狀態。通過超聲測距模塊，分析處理用戶位置信息，提醒用戶矯正坐姿。實現了護眼臺燈的多功能使用，具有很強的通用性和功能擴展能力，適合多種辦公場合下的應用。

本文創新點：通過ESP-8266WiFi模塊聯網到云平臺，接入智能家居系統，連接多項負載，實現手機軟件控制，語音控制，紅外開關控制三種方式，智能處理傳感器數據，自動控制外接負載狀態，實現物聯網功能。采用光敏電阻和RGB-LED的功能結合，實現色溫色差變化和氛圍燈效果，通過內置編程程序，自動調節光照強弱。