STC89C52单片机的智能人体感应台灯

塔里木大学信息工程学院 赵德福 张楠楠 张 晓

智能护眼台灯的设计是基于STC89C52单片机，该设计的软件部分采用的是C语言编程。通过中央控制单元处理热释电红外传感器、红外线光电开关以及光敏电阻检测到的信号和光强信号，并控制提醒电路和照明控制电路做出相应的动作，以保证整个系统的正常运行。此次设计具备低成本、较高性价比、护眼等优点。

随着科学技术的高速发展，各种各样的智能台灯已经普及了人们的生活，这些智能台灯也极大地给与了人们的需求。人们对智能化领域的研究越来越深入，而单片机与智能控制理论的结合会更大程度上改善智能台灯产品的功能。由于在传统的家用电器中增加了单片机，所以家用电器也越来越智能化。本次设计的一种基于单片机的智能人体感应台灯，可以根据其周围环境的变化自动开启或者关闭，有利于节约能源；可以设置学习时间以此来代替闹钟；当使用者离桌面太近时会发出警告提醒你调整坐姿以预防近视。

1 市场发展现状

到目前为止，在市场上，使用人性化智能台灯的+5V直流电源并不多见。本文所设计的智能护眼台灯具有无触电现象，使用寿命比传统台灯长，无辐射，且节约能源等优点。智能护眼台灯还有许多优点，一方面，智能护眼台灯可以根据外界光线强度和探测台灯周围有无人来自动开启或关闭台灯，以及自动调节台灯亮度；另一方面，智能护眼台灯也可以纠正使用者的不良坐姿，达到能够防止使用者驼背预防眼睛离书本太近而造成的近视的目的。

根据在市场上调研有关智能台灯的数据，随着LED集成电路工艺的芯片级光源技术获得持续关注和跟进，标准化、模块化、低成本、高效率是应用产品及系统的主要发展方向，护眼技术将与新一代信息技术深度融合，LED护眼灯未来将成为主流。LED属于一种半导体冷光源，它的眩光小，没有辐射；非常适用于当代人，尤其是经常晚上学习看书的人士。

研究报告对护眼灯市场的分析由大入小，从宏观到微观，以数据为基础，深入的分析了护眼灯的技术及特点：LED光源是低压微电子产品，它融合了计算机技术、网络通信技术、图像处理技术和嵌入式控制技术等。LED裸片所采用的倒金字塔结构和倒装芯片设计极大程度的提高了发光效率，其光的単色性好，光谱窄，不需要任何复杂流程便可直接发出有色可见光。相信此设计在未来的市场会有很大的前景。

2 总体方案设计

2.1 设计原理

本文设计的智能护眼台灯可分为自动模式和手动模式。在自动模式下，智能护眼台灯可以根据外界光线强度和探测台灯周围有无人来自动开启或关闭台灯，以及自动调节台灯亮度。在设计中使用了能够探测人体红外辐射（9～10μm）的传感器来探测和控制电路。当在台灯的探测范围内探测到人的时候，台灯将会自动开启；当使用者在台灯的范围内时，台灯会感应周围环境光线强度，从而自动调节发光亮度；当使用者靠近桌面并且达到了红外线光电开关的设定距离时，台灯将会自动探测，并及时发出警告以提醒使用者及时纠正自己的坐姿，当人们离开一定时间时，台灯会自动熄灭以节约电量。手动模式是指灯的亮度不随环境光线强度的变化而改变，但是可以通过台灯按键来调整自己所需的灯光的亮度。本设计还具有设置学习时间的功能，可以手动设置学习时间，设定完成后将会进行倒计时，当倒计时结束，这个时候台灯将会发出警报，来提醒使用者注意用眼时间，并且学习时间将被重新设定。在报警响起时，手或其他障碍物可以在热释电红外距离传感器前摆动，或按任意键停止报警。

2.2 设计内容

本文设计的智能护眼台灯，主要是以STC89C52单片机、ADC0809、热释电红外传感器、红外线光电开关、蜂鸣器、LED灯、按键、数码管以及光敏电阻组成的。它的特点是可以根据有无人开灯或是关灯，根据外界光度调节台灯的亮度，节约能源；且能通过检测判断人与传感器距离是否小于设置的距离，来判断是否发出报警，提醒使用者及时纠正坐姿。

具体要求如下：

（1）通过热释电红外传感器探测台灯周围是否有人，并经过ADC0809处理检测到的模拟信号，再由单片机进行处理以及控制。

（2）在自动模式下，当使用者进入台灯热释电红外传感器的探测范围内并且台灯周围光线条件不佳的时候，台灯便会自动开启，并且根据周围光线强度，台灯将会自动调节至适合工作和学习的亮度，以便于不用在黑暗中摸索灯开关的位置。

（3）在学习的时候，人体离桌面太近，达到红外线光电开关的设定距离(50cm)以内时，蜂鸣报警器将会发出报警，提醒使用者应该纠正其坐姿，以达到防止近视的目的。按下台灯中的按键，蜂鸣器将会停止报警。

（4）当使用者离开台灯一定时间以后，并且热释电红外传感器并没有检测到人的时候，台灯就会自动熄灭，以此来节约电量。

（5）本文台灯的设计还可以设置学习时间，当到达你设置的时间时，蜂鸣器将会发出报警，以提醒使用者应注意休息。

2.3 系统组成框图及模块分析

智能护眼台灯主要是由电源供电模块、测距模块、人体感应模块、A/D转换模块、单片机最小系统、按键控制模块、蜂鸣器报警模块、LED灯光驱动模块以及数码管显示模块这九个模块组成。电源供电模块、测距模块、人体感应模块以及按键控制模块的模拟信号通过A/D转换模块，转换成数字信号，并通过单片机最小系统根据相应的信号来控制蜂鸣器报警模块、LED灯光驱动模块以及数码管显示模块，使它们能够做出相应的动作，已确保整个设计的可行性。图1所示为系统的组成框图。

图1 系统组成框图

第一个模块是电源供电模块，通过电源供电模块来给整个设计供电。设计主要是由一个DC接口和自锁开关组成。供电模式分为两种一种是电源线供电，另外一种是电池供电。电源线使用的是USB电源线，在一般情况下可以使用USB电源线直接和插头连接插座就行；当家里停电的时候可以使用USB电源线接在充电宝上，也可以直接换上电池来使台灯正常使用。

图2 原理图设计

第二个模块是数码管显示模块，数码管显示模块使用的是四位一体共阳数码管，在本设计中是作计时显示用，可以通过按键来设置时间，并通过数码管来显示，在本设计中最多可显示一个小时。

第三个模块是按键控制模块，主要是由四个按键构成。可以通过按键设置时间，关闭蜂鸣器以及调节台灯的亮度。当整个设计开始工作的时候是处于自动模式，按下第一个按键，台灯就变为手动模式，这时可以通过按第三个键、第四个按键来调节自己想要的台灯亮度；当蜂鸣器报警的时候随意按下任意一个键，蜂鸣器报警停止；在手动模式和自动模式下都可以对台灯设置自己的学习时间，按一下按键中的第二个键，可以设置分，按两下可以设置秒，加键和减键可以调整时间。

第四个模块是蜂鸣器报警模块，主要是由单片机来控制蜂鸣器，当使用者的距离靠近红外线光电开关的设定距离(50cm)，蜂鸣器会报警，提醒使用者及时改正坐姿；当使用者设置的学习时间到时，蜂鸣器也会报警，提醒使用者要注意休息。

第五个模块是测距模块，红外线光电开关主要是为了来探测使用者和台灯之间的距离，在本设计中为红外线光电开关设定的距离为50cm，当使用者的身体与红外线光电开关的距离小于50cm，蜂鸣器就会报警，提醒使用者注意坐姿和眼睛离桌面的距离。

第六个模块是人体感应模块。主要是用来感应人体的，因为热释电红外传感器能探测到9～10μm的红外辐射(相当于人体发出的红外辐射)，热释电红外传感器的设置距离本设计中用的距离为5m，这个距离是可以根据需求调整的。在自动模式下，只要人体感应模块探测到人并且台灯周围光线较暗，台灯则会自动亮起。

第七模块是LED灯驱动模块，本设计中LED灯驱动模块有12个LED灯和一个光敏电阻，LED灯主要就是提供光源，在手动模式下，可以由按键来调节光线强度；在自动模式下，是通过光敏电阻来感应外界光线强度，光敏电阻会因外界光线强度来改变自身的阻值，再通过单片机控制，调节至合适的亮度。

第八个模块是A/D转换模块，是由ADC0809构成，主要是将模拟信号与数字信号进行转换，通过单片机进行控制处理后再由ADC0809转换后传送给其他电路使用。

第九个模块是单片机的最小系统，主要是由单片机、晶振电路和复位电路组成。目的是对设计中的其他模块进行控制处理，以保证整个设计的可行性。

3 硬件设计

原理图设计：

图2所示为原理图设计，设计中包括了对单片机最小系统的设计，电源供电模块设计，数码管显示模块设计，蜂鸣器报警模块设计，热释电红外传感模块设计，红外传感设计，按键控制模块设计，LED驱动模块设计以及数模转换模块的设计。

4 总结

智能人体感应台灯的设计思想来自于平时的生活和学习，所以它的功能也是为了生活的方便而设计的。主要的功能除了能够照明以外，可以根据外界光线强度以及台灯周围有无人来自动进行亮度调节以及开关灯，从而达到节约能源的目的。除此之外，还可以通过热释电红外传感器，红外线光电开关来提醒使用者纠正坐姿，预防因坐姿不正确而导致的近视，还可以设置学习时间，并提醒使用者注意用眼及时休息。

在实验过程中对电路原理图进行严格的确认之后，利用Proteus软件对整个电路图进行仿真，并且依据所设计的硬件部分来编写相关的程序，并不断调试，确定整个系统能够运行，就开始了焊接电路板的工作。由于该台灯主要的探测目标是人体，因此使用热释电红外传感器，用于接收人体产生的9～10μm信号，并使用ADC0809处理传感器产生的信号并将其转换为数字信号进行处理。当完成对信号的检测和处理部分的时候，就需要开始不断测试来确定电路是否焊接正确。在调试电路的过程中，我们必须排除其他的外部干扰，尤其是传感器周围热源的红外干扰，以确保实验的顺利完成。