多功能台灯设计

叶子馨 申宇豪 杨宜澄 李东青

摘要：越来越多的人们喜欢夜读，厶灯也成为家居生活中不可或缺的照明设备。传统的台灯都是通过人工手动进行开启和关闭，存在极大的不便。台灯的智能化要求越来越高。本设计选择单片机作为控制核心，通过人体感应传感器实现人体接近的智能检测。在感应有人体接近时，台灯自动开启。同时对人与台灯之间的距离进行检测距离太近时进行语音提示为了节能减排多功能台灯还包括光照强度检测功能根据光照强度自动调节灯的亮度。本设计成果对保护使用者视力、养成良好的阅读习惯有着重大的实际应用价值。

引言

随着物质生活水平的快速提高人们生活质量的要求也越来越高。现在几乎每个家庭都有夜读的习惯，在睡觉休息之前，阅读下比较喜欢的书籍或其他杂志。此时开灯不但会影响其他人的休息，还会造成资源的浪费。此时都会打开台灯来照明。传统台灯的功能比较单一，仅仅是照明。实现台灯的多功能化、智能化不但能起到节能减排，而且可以使人们的生活更加便利。

1 整体设计

多功能台灯具有人体靠近检测、人体距離检测、光照强度检测功能、数据显示功能。人体靠近检测选择热释电红外传感器;人体距离检测选择红外光电传感器;光照强度检测选择光敏电阻;数据显示选择LCD液晶显示单元。核心控制单元采用单片机，通过对传感器信号的采集，实现台灯的智能化控制。

2核心器件选型与设计

2.1人体感应单元

人体向外辐射的红外线波长大约是lOμm左右，热释电红外传感器对此波长的红外线具有非常好的识别能力。只有人体发射出来的红外线可以触发传感器探头，其他物体都无法使传感器动作，有效避免宠物等经过误开灯现象。该传感器实现原理是在探头里面嵌入两个热释电元，其他红外辐射不会影响单元之间的平衡[3]。只有当人体经过时，两个热释电元失去平衡，就会有信号输出。通过这个原理实现对人体接近进行检测。设计如图l所示。

2.2距离检测单元

通过对多功能台灯需求和实际使用情况的分析，本设计采用光电传感器，光电传感器具有高集成特点，发射与接收单元在同一个模块内。主要包括发送单元、接收单元和检测单元。其中发送单元对外发射光束，接收单元接到后通过检测单元进行识别，最后输出相应的信号。电路如图2。

从图2中可知，在设定好距离后，传感器输出端信号HW通过电阻R3上拉接到了电源正上。在人距离台灯在设定距离以外时，传感器输出低电平。当人距离近时，输出端信号就会变成高电平，利用这个原理判定距离是否过近。

2.3语音提示单元

语音提示是在距离台灯过近时，发出语音进行提示，防止时间长对眼睛产生不良影响。在家庭生活中，语音提示不适合用声音过大的，避免突然间发出太大声音对生活带来不良影响。因此本设计选择蜂鸣器作为语音提示器件，具体电路设计如图3所示。

语音提示单元如图3所示，其中蜂鸣器通过三极管来完成驱动。由三极管进行控制蜂鸣器电源的开启和关断。单片机只要驱动三极管，就可以让蜂鸣器响起或者停止。三极管Q2选择的PNP型三极管。当单片的P2.0口输出个低电平时，三极管处于放大或者饱和状态时，此时蜂鸣器就响起。单片机P2.0端口输出高电平时，此时三极管处于截止状态时，蜂鸣器停止响起。这样就可以很好的完成了语音提示功能。

2.4软件流程设计

软件流程设计如下图3所示，台灯上电后，首先进行复位及初始化操作，然后判断是否参数设置操作，有的话进入按键设置程序。设置成功后进入主程序的下一操作。分别对光照强度，人体是否靠近、人体到台灯的距离进行分检测，然后对台灯进行控制并显示当前数据。

3 结语

本设计通过对家居生活中，人们夜读或者照明习惯的分析，设计了一款多功能台灯。借助单片机技术和传感器技术，可以对人体是否靠近，人体到台灯的距离是否过近、当前光照强度等信息进行检测，并根据检测结果自动控制台灯开启和关闭以及台灯亮度的调节。其中人体靠近功能解决了手动开灯的弊端，人体到台灯的距离解决了看书距离近造成对眼睛的不良影响台灯能根据光线强度对亮度进行调节，可以有效的解决资源浪费问题。本多功能台灯，适合家居使用，具有非常好的使用价值。

参考文献

[1]时阳.LE节能台灯系统设计研究[D].南京工业大学，2013.

[2]何冰，王菊霞，苏变玲.基于单片机的视力保护器设计[J]，电子设计工程，2015，23 （03）：89-92.

[3]周功明，周陈琛，基于单片机AT89S51的智能台灯设计[J].绵阳师范学院学报，2010，29（8）：14-19.

[4]徐安安，任乘乘，吴珊珊，夏腾飞，何舒平，基于STC系列单片机对智能LED台灯调光系统设计[J].照明工程学报，2016，27（06）：88-93+116.