基于51单片机的智能台灯的设计与实现

2022-06-21常新峰

物联网技术 2022年6期

王聪，常新峰

（平顶山学院信息工程学院，河南平顶山 467000）

0 引言

随着社会的发展，人们使用的家电产品越来越趋向于智能化。台灯作为一种常见的家用照明设备，具有功率小、亮度高、使用方便等特点，是人们夜晚学习工作的好助手。传统台灯功能单一，且在人员离开时不能自动关闭，浪费能源。智能台灯因其安全、便捷、节能等优点，越来越受到人们的青睐。青少年学习任务重，夜晚用眼时间长，且不注意坐姿易导致近视。为预防近视，本文基于51单片机，采用红外检测、蓝牙通信等模块，设计了一款智能台灯。

1 系统总体设计

智能台灯系统框架如图1所示。系统利用STC89C52RC作为主控板，使用红外检测模块、光敏检测模块进行人员和光信息的采集，并通过ADC模块转换后传送给单片机进行处理，当人员距离台灯过近时，声光电路报警提醒，也可使用蓝牙模块远程控制灯光亮度。

图1 系统框架

2 硬件设计

2.1 单片机最小系统

单片机最小系统以STC89C52RC单片机为核心，再与信息采集模块和信息控制模块等配合，完成对台灯的智能控制。STC89C52RC通过引脚RST与相连接至VCC，在U处接排针，分别与单片机P3.0、P3.1相连；电阻接在与间，具有限流作用；电容为耦合电容，电容、分别与单片机引脚XTAL2、XTAL1相连，具有防止电路被击穿的作用；J接在与间，为单片机提供所需频率。

2.2 信息采集电路

信息采集电路包括红外检测电路、光敏电路和ADC电路三部分。红外检测电路由人体红外传感器U、1 kΩ电阻和一个三极管Q组成。红外传感器与单片机的P1.4引脚相连，当人体红外传感器开启并检测周围有人时，发送高电平给单片机，由单片机进行处理。光敏电路由一个光电开关和若干导线组成。光电开关有3个引脚，一个接VCC，一个接GND，剩下一个与单片机的P3.6引脚相连，用于输出电平特性，有光时输出低电平，无光时输出高电平。电路采用防干扰和防短路设计，方便光电开关正常工作。ADC电路由ADC0832芯片及导线组成，主要作用是将光敏电阻、红外传感器采集的模拟信息转换为可供单片机识别的数字信息，并发送至单片机进行处理。引脚CS接单片机引脚A8，用于芯片使能；引脚CLK接单片机引脚A9，可提供时钟信号；引脚DI接单片机引脚A10，用于输出转换后的数字信息。

2.3 声光报警电路

声光报警电路包括语音提示电路和蜂鸣器电路。

语音提示电路输入引脚与单片机的P3.1引脚相连，输出引脚与单片机的P3.0引脚相连，具有语音提示作用。

蜂鸣器电路由蜂鸣器、三极管、1 kΩ的电阻组成。蜂鸣器一端连接三极管的引脚，另一端接地，三极管具有放大电流的作用，电阻可防止三极管导通。

2.4 按键电路

按键电路的K、K、K分别与单片机的P1.0、P2.0、P3.0引脚相连。K接通时，可将自动模式切换到手动模式；K接通时，可增强台灯亮度；K接通时，可减弱台灯亮度。

2.5 蓝牙通信电路

本设计选用HC-05蓝牙通信模块。蓝牙引脚2接VCC，引脚3接地，引脚4、5分别与单片机的P3.0、P3.1相连。

3 软件设计

3.1 主程序设计

主程序流程如图2所示。首先进行系统初始化，接着人体红外检测开启，当检测到人体红外信号时开启台灯；随后进入按键设置并选择模式，在自动模式下，光敏检测模块工作并根据周围环境光照值调节灯光亮度，在手动模式下，按下按键可调节灯光亮度；当人体距离台灯过近时蜂鸣器报警；检测不到人体红外信号时关闭台灯。

图2 主程序流程

3.2 红外检测程序设计

红外检测程序的设计思路：打开电源，红外检测器检测周围是否有人，如果有人，将单片机红外引脚RTHW拉低，如果没人则继续检测。当检测到有人时，判断是否需要开启台灯，将参数值返回主程序，流程如图3所示。

图3 红外检测流程

3.3 光敏检测程序设计

光敏检测与台灯自动工作模式关系密切。首先使用函数AutoHandle计算周围光照强度是否发生变化，如果光照强度发生变化且处于事先定义的光照范围内，则进行ADC转换，主程序调用函数值并调节灯光亮度；如果光照强度未发生变化，则继续检测并重复上述步骤，流程如图4所示。

图4 光敏检测流程

3.4 蓝牙通信程序设计

蓝牙通信模块的程序设计主要用到的是串口与中断，通过使用串口与中断实现对数据的及时接收与发送。具体过程是通过函数uart_init使用参数SCON，将其赋值为0x50，可允许单片机接收指令；使用参数PCON，该通信将使用16分频，令ES和EA为1可打开相应的中断，打开中断意味着通信过程完成，结束程序。程序接口见表1所列。