苗紫民 程泽华 高巧楠 姜铭 董一波 周慧
摘要：台灯作为我们日常生活的照明工具，不但给我们的生活提供了很大的便利，而且也丰富了我们的世界。随着电子产品的快速发展，家用电器逐渐趋向智能化，台灯也更加智能。智能台灯以专门感应人体红外信号的红外传感器为基础，利用单片机进行处理，从而控制台灯。当房间光线较昏暗，且周围有人时，台灯就会检测出来进而自动发光，避免了人们在夜里寻找开关的不便;当一定范围内无人时，台灯就会自动熄灭，以实现节约能源的功能。本设计还增加了WIFI远程控制的功能，可以在手机App上远程控制手动自动模式和发光亮度，且可以远程查看灯光和环境亮度等信息。
关键词：智能台灯;单片机;WIFI控制;自动模式;手动模式
中图分类号：TP311 文献标识码： A
文章编号：1009-3044（2021）14-0217-03
Abstract： As a lighting tool in our daily life， desk lamp not only provides great convenience for our life， but also enriches our world. As the electronic products develops， household appliances are becoming more and more intelligent， even to the lamps. Single chip microcomputer is used to control the desk lamp based on infrared sensor. When the room light is dim and there are people around， the desk lamp will detect and then automatically light up， avoiding the inconvenience of people looking for the switch at night; when there is no one within a certain range， the lamp will automatically go out to realize the function of energy saving. The design also adds WIFI remote control function， which can remotely control the manual automatic mode and brightness on the mobile app， and remotely view the information such as lighting and ambient brightness.
Key words： intelligent desk lamp; MCU; WIFI control; automatic mode; manual mode
随着科学技术水平的不断提高，多种多样的智能电器渐渐走进了人们的视野。智能家居是互联网融合发展背景下的代表产物，同时也是社会科技水平进步的重要标志[1]。电子时代的到来不仅方便了人们的生活，而且在很大程度上改变了我们的思维方式，使得人们自主去追求更高品质的生活。台灯作为我们每家每户基本都有的一个电器，常常方便我们的生活。但是由于人们的粗心大意，不及时的关闭台灯，很可能造成能源浪费。并且，人们在半夜摸黑找台灯也非常不方便。 现如今人们生产的台灯较普通，大多数以手动式为主，此类型台灯低功耗，对眼睛伤害很大[2]。于是，我们分别从红外控制、WIFI远程控制等方面设计了一款智能台灯，从而更加方便人们的生活。
1系统主要功能及电路总体构成
1.1系统的主要功能
本次设计的台灯一共有两种模式，一是自动式，二是手动式。在自动模式中，台灯通过红外感应模块和光照采集模块的共同作用能够做到自动亮灭、自动调节亮度的功能。在手动模式中，人们可以利用加按键、减按键来调节台灯的亮度。并且在此基础上，我们设置了WIFI远程控制模块。人们可以通过手机App来控制台灯的模式以及档位，同时，手机App上会显示台灯最后接收时间、当前处于的模式与当前光照亮度等信息。
为了达到预期的设想，我们对熟悉的单片机、光敏电阻、红外传感器等一些电子元件进行测试，选出性能更好、价格更便宜的器件来设计台灯。
1.2系统的总体构成
此台灯的硬件主要有单片机、红外传感器、ESP8266-12、并排LED灯等;电路设计主要由红外感应电路、光照采集电路、晶振电路、复位电路、灯光控制电路、按键电路、WIFI控制电路等电路组成。通过软硬件设计达到预想结果，最终将其焊接在电路板上。电路总体结构图如图1所示。
2系统软件设计
随着科技的快速发展和人们对美好生活的向往需求，生活中人们不仅仅要求台灯的外观精致，还希望其能够更节能环保、更智能化和人性化[3]。为了达到预期的功能，我们选用人体红外传感器，综合多种硬件电路，利用核心器件单片机进行工作，以达到控制台灯的目的。当周围有人的时候，台灯便会根据环境光线自动调节灯光的亮度，避免了在夜里找东西的不便，保障了人们的安全;并且台灯具有WIFI功能，可以在手机App上远程查看和控制台灯进行工作;当周围没有人的时候，台灯可以实现自动熄灭的功能，以实现我们预期的功能。程序流程图如图2所示。
3系统硬件设计
本台灯硬件部分主要使用的是STC12C5A60S2单片机、应用广泛的人体红外传感器、ESP-12和LED灯等电子器件组成。
3.1 STC12C5A60S2单片机
与其他型号的单片机相比较，STC12C5A60S2单片机有很多闪光点。其特点表现为：运行速度快;电压宽;低功耗设计;工作频率高;可擦写次数高达10万次以上;有多个通用I/O口，且驱动能力较强，其模式可以设置多种，便于在多种电路中使用，主要在仪表和简单的控制电路上应用。
STC12C5A60S2单片机非常适合初学者使用，因烧录程序非常容易，只需要买一条USB转串口线即可，如需要烧录软件，使用者可以去STC官网上进行下载。STC12C5A60S2是中国一家企业制造的一种新型的单片机，与传统51类型的单片机兼容，但其运行速度更快、抗干扰能力更强，适合于电机控制及其他电磁干扰较强的应用领域 [4]。总体而言，在追求超高性价比方面，STC12C5A60S2单片机将是理想选择之一。单片机最小系统结构图如图3所示。
3.2 信号检测与处理部分
信号检测与处理部分由热释电红外传感器、光照采集电路等器件组成。台灯的作用是根据环境光通过传感器调节室内灯的照明亮度，为学生提供一个舒适的学习光照环境[5]。所以我们使用的是人体红外传感器，这种传感器只对波长很短的红外辐射敏感，而对其他物体不敏感。人体红外线传感器是早期出现的一种高灵敏度探测元件，广泛用于我们的生活中。在一定的距离内，它可以检测到是否有人的出现，并对其所在电路进行控制。该模块比较简单，其3个引脚分别连接VCC、单片机的输入输出口、GND。在设置的范围内，如果周围有人出现，台灯可以利用红外模块迅速检测到并自动发光。人体红外检测电路图如图4所示。
3.3 按键输入模块
本台灯设计了三个按键，分别是切换按键、亮度加按键和亮度减按键。切换按键用来切换自动模式和手动模式。在手动模式的时候，人们可以通过长时间按加减按键或点按加减按键来调节亮度。K1、K2、K3按键的1号引脚分别连接单片机的P17、P16、P15口，4号引脚都接到GND。本设计一共设置了7个档位，可以用在周围环境光线不同程度的情况下，更加方便人们的生活。在自动模式的时候，光照采集部分可以根据周围环境的亮度来自动调节台灯的亮度。另外，在此基础上，我们还设计了复位按键，可以使单片机重新启动并初始化程序。按键模块电路图如图5所示。
3.4 照明模块
随着照明灯具的不断更新换代，LED灯以功耗低、价格便宜的特点占据了我们生活的每一处地方[6]。LED内部利用固态半导体元件，将电能转化为光能。LED灯的应用十分广泛，在很多领域都发挥着极大的作用[7]。LED灯安装简单，不需要整流器，LED光源能够符合光生物安全检测，有自动控制节能装置，符合我们台灯设计的要求。我们设计了多个LED灯并联来获得较大的功率，当单片机的I/O口输出为高电平时，台灯便发光，当单片机的I/O口输出为低电平时，台灯便熄灭。由于人眼存在视觉暂留，我们便可以通过脉冲宽度调制来改变单片机I/O口输出高低电平的比例，呈现出来的效果便是台灯可以有多种亮度档位的调节。此台灯我们设计了7个档位，给人们更多的选择空间。其中第1档亮度最低，第7档亮度最高。照明模块电路如图6所示。
3.5 WIFI控制模块
随着4G/5G网络时代的到来，智能家居系统的功能更为强大，应用范围更加广泛[8]。在本台灯设计中，人们可以根据手机App利用WIFI远程控制模块来控制台灯的模式及亮度。其中WIFI控制模块是利用ESP8266模块来实现的，用户可以利用手机APP与WIFI控制模块进行连接，以达到远程控制台灯的功能。WIFI控制模块与用户手机之间使用ASCII码进行通信，从而实现数据的传输。在手机App上，用户必须先输入账号和密码进行登录，通过设置按钮进行测试。登录完成后，用户可以在页面上进行模式和档位的选择，以便远程控制台灯。WIFI控制电路图如图7所示。
4结束语
目前，市面上的台灯基本上都是手动加减亮度模式类型的，这种类型的台灯对于我们来说，其功能太简单，很难符合我们日常生活的需要。并且，使用台灯的人群大多数是青少年，由于台灯亮度过低或者过高，很容易伤害眼睛，所以我们设计的这款台灯可以根据周围环境的光线强度来自动调节台灯的亮度，从而保护人们的眼睛。而且，我们可以利用手机App来控制台灯。用户手机打开热点，打开台灯开关后，等待几秒初始化完成，WIFI控制模块自动连上热点，用户就可以在手机上 对台灯的模式、档位进行控制。本台灯不仅可以起到保护人们视力的作用，而且可以方便人们的生活、节约能源。
参考文献：
[1] 余彦琼.以STC12C5A60S2单片机为基础的智能家居环境监控系统的设计探讨[J].科学技术创新，2020（30）：82-83.
[2] 魏炽旭，林泉康. 基于51单片机的智能台灯设计[J]. 电子制作，2017（1）：40-41.
[3] 郑婷，彭龑，杨洋.一种基于单片机的多功能智能台灯的设计[J].电子世界，2020（17）：93-94，98.
[4] 梁明亮，孙逸洁.基于STC12C5A60S2单片机的智能机器人设计[J].鸡西大学学报，2012，12（5）：41-42，48.
[5] 武洁雅，沈静静，阚港辉，等.基于单片机的智能校园照明设计[J].产业与科技论坛，2020，19（20）：51-52.
[6] 房晓艳，樊明光.LED灯具在城市夜景照明中的应用分析[J].时代农机，2017，44（5）：52-53.
[7] 龚卫.智能节能台灯控制装置的设计[J].电子世界，2020（4）：185-186.
[8] 刘卫庄，洪先亮，方蒙，李瑞敏.基于WiFi技术的智能家居控制研究[J].设备管理与维修，2020（15）：25-27.
【通联编辑：梁书】
