基于51單片機(jī)的智能臺(tái)燈的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

王 聰，常新峰

（平頂山學(xué)院 信息工程學(xué)院，河南 平頂山 467000）

0 引 言

隨著社會(huì)的發(fā)展，人們使用的家電產(chǎn)品越來越趨向于智能化。臺(tái)燈作為一種常見的家用照明設(shè)備，具有功率小、亮度高、使用方便等特點(diǎn)，是人們夜晚學(xué)習(xí)工作的好助手。傳統(tǒng)臺(tái)燈功能單一，且在人員離開時(shí)不能自動(dòng)關(guān)閉，浪費(fèi)能源。智能臺(tái)燈因其安全、便捷、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，越來越受到人們的青睞。青少年學(xué)習(xí)任務(wù)重，夜晚用眼時(shí)間長(zhǎng)，且不注意坐姿易導(dǎo)致近視。為預(yù)防近視，本文基于51單片機(jī)，采用紅外檢測(cè)、藍(lán)牙通信等模塊，設(shè)計(jì)了一款智能臺(tái)燈。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

智能臺(tái)燈系統(tǒng)框架如圖1所示。系統(tǒng)利用STC89C52RC作為主控板，使用紅外檢測(cè)模塊、光敏檢測(cè)模塊進(jìn)行人員和光信息的采集，并通過ADC模塊轉(zhuǎn)換后傳送給單片機(jī)進(jìn)行處理，當(dāng)人員距離臺(tái)燈過近時(shí)，聲光電路報(bào)警提醒，也可使用藍(lán)牙模塊遠(yuǎn)程控制燈光亮度。

圖1 系統(tǒng)框架

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)

單片機(jī)最小系統(tǒng)以STC89C52RC單片機(jī)為核心，再與信息采集模塊和信息控制模塊等配合，完成對(duì)臺(tái)燈的智能控制。STC89C52RC通過引腳RST與相連接至VCC，在U處接排針，分別與單片機(jī)P3.0、P3.1相連；電阻接在與間，具有限流作用；電容為耦合電容，電容、分別與單片機(jī)引腳XTAL2、XTAL1相連，具有防止電路被擊穿的作用；J接在與間，為單片機(jī)提供所需頻率。

2.2 信息采集電路

信息采集電路包括紅外檢測(cè)電路、光敏電路和ADC電路三部分。紅外檢測(cè)電路由人體紅外傳感器U、1 kΩ電阻和一個(gè)三極管Q組成。紅外傳感器與單片機(jī)的P1.4引腳相連，當(dāng)人體紅外傳感器開啟并檢測(cè)周圍有人時(shí)，發(fā)送高電平給單片機(jī)，由單片機(jī)進(jìn)行處理。光敏電路由一個(gè)光電開關(guān)和若干導(dǎo)線組成。光電開關(guān)有3個(gè)引腳，一個(gè)接VCC，一個(gè)接GND，剩下一個(gè)與單片機(jī)的P3.6引腳相連，用于輸出電平特性，有光時(shí)輸出低電平，無光時(shí)輸出高電平。電路采用防干擾和防短路設(shè)計(jì)，方便光電開關(guān)正常工作。ADC電路由ADC0832芯片及導(dǎo)線組成，主要作用是將光敏電阻、紅外傳感器采集的模擬信息轉(zhuǎn)換為可供單片機(jī)識(shí)別的數(shù)字信息，并發(fā)送至單片機(jī)進(jìn)行處理。引腳CS接單片機(jī)引腳A8，用于芯片使能；引腳CLK接單片機(jī)引腳A9，可提供時(shí)鐘信號(hào)；引腳DI接單片機(jī)引腳A10，用于輸出轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信息。

2.3 聲光報(bào)警電路

聲光報(bào)警電路包括語音提示電路和蜂鳴器電路。

語音提示電路輸入引腳與單片機(jī)的P3.1引腳相連，輸出引腳與單片機(jī)的P3.0引腳相連，具有語音提示作用。

蜂鳴器電路由蜂鳴器、三極管、1 kΩ的電阻組成。蜂鳴器一端連接三極管的引腳，另一端接地，三極管具有放大電流的作用，電阻可防止三極管導(dǎo)通。

2.4 按鍵電路

按鍵電路的K、K、K分別與單片機(jī)的P1.0、P2.0、P3.0引腳相連。K接通時(shí)，可將自動(dòng)模式切換到手動(dòng)模式；K接通時(shí)，可增強(qiáng)臺(tái)燈亮度；K接通時(shí)，可減弱臺(tái)燈亮度。

2.5 藍(lán)牙通信電路

本設(shè)計(jì)選用HC-05藍(lán)牙通信模塊。藍(lán)牙引腳2接VCC，引腳3接地，引腳4、5分別與單片機(jī)的P3.0、P3.1相連。

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 主程序設(shè)計(jì)

主程序流程如圖2所示。首先進(jìn)行系統(tǒng)初始化，接著人體紅外檢測(cè)開啟，當(dāng)檢測(cè)到人體紅外信號(hào)時(shí)開啟臺(tái)燈；隨后進(jìn)入按鍵設(shè)置并選擇模式，在自動(dòng)模式下，光敏檢測(cè)模塊工作并根據(jù)周圍環(huán)境光照值調(diào)節(jié)燈光亮度，在手動(dòng)模式下，按下按鍵可調(diào)節(jié)燈光亮度；當(dāng)人體距離臺(tái)燈過近時(shí)蜂鳴器報(bào)警；檢測(cè)不到人體紅外信號(hào)時(shí)關(guān)閉臺(tái)燈。

圖2 主程序流程

3.2 紅外檢測(cè)程序設(shè)計(jì)

紅外檢測(cè)程序的設(shè)計(jì)思路：打開電源，紅外檢測(cè)器檢測(cè)周圍是否有人，如果有人，將單片機(jī)紅外引腳RTHW拉低，如果沒人則繼續(xù)檢測(cè)。當(dāng)檢測(cè)到有人時(shí)，判斷是否需要開啟臺(tái)燈，將參數(shù)值返回主程序，流程如圖3所示。

圖3 紅外檢測(cè)流程

3.3 光敏檢測(cè)程序設(shè)計(jì)

光敏檢測(cè)與臺(tái)燈自動(dòng)工作模式關(guān)系密切。首先使用函數(shù)AutoHandle計(jì)算周圍光照強(qiáng)度是否發(fā)生變化，如果光照強(qiáng)度發(fā)生變化且處于事先定義的光照范圍內(nèi)，則進(jìn)行ADC轉(zhuǎn)換，主程序調(diào)用函數(shù)值并調(diào)節(jié)燈光亮度；如果光照強(qiáng)度未發(fā)生變化，則繼續(xù)檢測(cè)并重復(fù)上述步驟，流程如圖4所示。

圖4 光敏檢測(cè)流程

3.4 藍(lán)牙通信程序設(shè)計(jì)

藍(lán)牙通信模塊的程序設(shè)計(jì)主要用到的是串口與中斷，通過使用串口與中斷實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的及時(shí)接收與發(fā)送。具體過程是通過函數(shù)uart_init使用參數(shù)SCON，將其賦值為0x50，可允許單片機(jī)接收指令；使用參數(shù)PCON，該通信將使用16分頻，令ES和EA為1可打開相應(yīng)的中斷，打開中斷意味著通信過程完成，結(jié)束程序。程序接口見表1所列。

表1 藍(lán)牙通信程序接口

3.5 按鍵程序設(shè)計(jì)

按鍵部分的程序設(shè)計(jì)思路：開啟電源后，按鍵部分初始化為自動(dòng)模式，將按鍵KEY1賦值為0，可切換到手動(dòng)模式；當(dāng)系統(tǒng)為手動(dòng)模式時(shí)，將按鍵KEY2賦值為0，可增加燈光亮度；將按鍵KEY3賦值為0，可降低燈光亮度。

4 系統(tǒng)測(cè)試

4.1 測(cè)試

系統(tǒng)實(shí)物如圖5所示。實(shí)驗(yàn)人員從遠(yuǎn)處走向臺(tái)燈，當(dāng)人體進(jìn)入檢測(cè)范圍后，觀察臺(tái)燈能否正常開啟；將臺(tái)燈調(diào)到自動(dòng)模式，觀察臺(tái)燈亮度變化情況，再將臺(tái)燈調(diào)到手動(dòng)模式，按下按鍵并觀察臺(tái)燈亮度變化情況；使用藍(lán)牙串口APP連接藍(lán)牙，通過使用定義好的按鍵，測(cè)試能否調(diào)節(jié)燈光亮度。

圖5 系統(tǒng)實(shí)物

4.2 測(cè)試結(jié)果與分析

上述測(cè)試證明，該智能臺(tái)燈的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了紅外檢測(cè)、光敏檢測(cè)、藍(lán)牙通信等功能。系統(tǒng)設(shè)計(jì)能夠滿足用戶對(duì)穩(wěn)定性和可靠性的要求，并且智能臺(tái)燈價(jià)格適中，有利于推廣應(yīng)用。

5 結(jié) 語

智能臺(tái)燈采用單片機(jī)技術(shù)，結(jié)合藍(lán)牙通信、紅外檢測(cè)、光敏檢測(cè)等模塊，可滿足青少年用燈需要。該智能臺(tái)燈在用戶長(zhǎng)時(shí)間遠(yuǎn)離課桌時(shí)可自動(dòng)關(guān)燈節(jié)電，提醒用戶注意坐姿，當(dāng)用戶長(zhǎng)時(shí)間用燈學(xué)習(xí)時(shí)會(huì)給出“休息”提醒。該智能臺(tái)燈可在一定程度上保護(hù)青少年的視力，具有一定的社會(huì)價(jià)值。