基于单片机的新型智能床头灯设计

临沂大学 李 婷 韩晓翠

基于单片机的新型智能床头灯设计

临沂大学 李 婷 韩晓翠

系统使用C语言编程，运用光照传感器、热释电红外传感器等元件进行相关信息的搜集，并根据返回的信息通过微处理器进行多模式切换控制，智能满足用户对不同场景灯光的需求。系统具有多种模式可供用户选择。白天根据光照强度自动调节灯光亮度，夜间自动感应人体活动开闭灯光。

单片机；新型床头灯；智能家居

0 引言

智能家居的开发应用是未来家用电器的发展趋势。传统台灯不足以满足人们对生活品质的要求，智能床头灯要对其功能进行优化改进，既能保证人们的生活质量，又能实现节省能源。单片机与普通家用床头灯结合，将大幅度提升床头灯的品质，提高人们的生活水平。床头灯作为生活中不可缺少的家用电器应随着人们需求的提高而不断更新换代。基于以上背景，我们提出了基于单片机的新型智能床头灯的设计。

1 硬件部分设计

系统以单片机为控制核心，控制LED灯的亮度。硬件电路由单片机系统、光敏电阻、热释电红外探测模块、键盘模块及LED灯组成。控制分为手动和自动两种模式。手动模式下，通过用户对按键的选择调节灯光的亮暗。自动模式下，通过热释电红外探测模块直接接收人体辐射的微量红外光线，将其转变为相应电信号输出，并作为控制信号对床头灯的灯光调节；通过光环境监测模块，采用动态反馈控制机制，设计床头灯光环境智能调控算法，用C语言完成对床头灯系统主程序的设计。

1.1 单片机芯片的选型

采用STC12C5A60S2单片机。操作简单，具有在系统调试功能（ISD），开发环境容易搭建，内部集成MAX810 专用复位电路，2 路PWM，8 路高速10 位A/D 转换(250K/S)，针对电机控制，强干扰场合。存储容量大，计时精度高，能实现快、准的反映控制，适合设计要求。

1.2 LED显示部分

显示模块采用三款LED显示灯，加上成倍的限流电阻，使其具有不同亮度。保留手动调节，将其分为高、中、低三个档位。日常模式时，无人自动关闭；有人且光照度不够，自动开启高亮度LED；休息模式，根据人体红外特征自动感应关灯，若有人起夜则开启最低亮度。

1.3 热释电红外探测模块设计部分

1.3.1 热释电红外传感器原理

热释电红外传感器（PIR）是一种内部装有一个或两个探测元件的探测器，将探测并接收到的红外辐射转变成微弱的电压信号，经探头内部场效应管与放大电路配合后向外输出信号，可测出20米范围内人的行动。

1.3.2 菲涅尔透镜原理

菲涅尔透镜是一种具有特殊光学系统的透镜，一般安装在探测器前方和放大电路相配合，来提高探测器的探测灵敏度以增大对人体的探测距离。

菲涅尔透镜利用特殊光学原理，在探测器前方产生一个交替变化的“盲区”和“高灵敏区”，适合于人体红外辐射的探测。当有人从透镜前走过时，人体发出的红外线就在“盲区”与“高灵敏区”之间不断地替，形成一种专门用作探测人体辐射的红外线传感器。

1.4 光环境监测模块设计

传感器模块的监测工作可以利用光敏电阻完成。利用各个光敏电阻的位置和接收时间的关联性，提升定位精度。通过使用单片机内部的AD模块进行模数转换，将光照强度的变化通过程序转换为电压值的变化并传送出来。最后，传出的数值用来表示当前室内的光照强度。

1.5 系统整体电路图

系统整体电路如图1所示。按键模块接单片机P1口的P1.1到P1.5；LED灯显示模块接P2口的P2.3到P2.5；光照度模块接P3口的P3.5到P3.7；热释电红外装置接P0.0。

2 软件部分设计

选用C语言编写程序。首先初始化单片机设置，通过键盘扫描判断当前系统处于何种模式。若为手动模式，则根据不同的按键决定不同亮度LED的开断。若为日常模式，则根据红外模块判断是否有人在室内，无人时自动关闭；有人则依据光敏电阻的反馈数值来判断室内光线的强度，控制LED灯选择开闭。休息模式时，监测是否有人处于活动状态，若监测到有人活动将LED以最低亮度开启，然后延时一定时间，继续判断是否有人活动，有则继续开启，无则自动关闭。系统流程图如图2所示。

图1 系统整体电路图

图2 系统整体流程图

3 调试运行

硬件、软件设计完成，单片机板及相关电子元件焊接完毕后，即可进入调试运行阶段。该阶段为测试硬件与软件的切合程度。

将单片机系统与外围硬件结合在一起，然后模拟真实情况进行检测设计。对各种情况进行模拟，通过按键设定不同的工作模式，可选择日常模式、休息模式或手动LED灯光开断。日常模式即根据光照强度和人体红外特征进行判断，决定灯光的开闭。若无人，则LED灯为熄灭状态；若有人，则测定当前室内的光照强度，光照强度弱开启高强度的LED灯，否则不开启LED灯。

休息模式是根据人体红外特征判断用户状态，夜间起床时自动低亮度开启，活动停止则延时关闭。同时，手动亮度调节优先级最高，手动亮度分为三档。用户可根据自身感官实际需求进行合理选择，可选择手动LED灯光开断模式，选择适合自己的光照强度。

4 结语

新型智能床头灯设计，核心控制为STC12C5A60S2单片机，主要运用光照传感器、热释电红外传感器，微控制器等元件实现床头灯在不同场景的功能。能根据不同场景需求满足用户对灯光的不同需求。可自动控制照明、调节光照度，减少电能源的浪费。摆脱传统灯具开关的束缚，将给家居照明系统带来较大的突破。

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[3]罗祥坤.一种用于汽车照明的LED恒流供电电路[J].山西电子技术,2017,1(01):44-45.

李婷（1995—），女，山东潍坊人，学士，研究方向：单片机应用。

指导教师：韩晓翠（1971—），女，山东临沂人，硕士，临沂大学创新创业学院副教授，主要研究方向为智能控制、计算机技术与应用。