摘要：本设计是以STC89C52单片机作为主控芯片，ESP-8266WiFi模块为辅助芯片。通过编制相应的控制程序，利用Wi-Fi模块的辅助通讯，连接到手机软件，传感器设备信息采集实时上传，通过手机应用无线网络控制，实现智能化交互界面。通过编程相应的STC89C52程序，可以实线随着环境光线变化而自动调节亮度、色温色差；用户可以选择喜好的亮度和颜色，实现多种办公场合下的应用，达到保护眼睛，缓解视疲劳的效果。通过Wi-Fi模块驱动外部负载，实现智能家居多功能控制，智能控制风扇开关，设定闹钟，超声测距，久坐提醒。
关键词：智能家居；无线控制；物联网；单片机
随着科技发展，人们需要用到手机、电脑等电子产品的地方越来越多，但视力变得越来越差。社会发展速度越来越快，学业任务，工作任务越来越多。长时间办公也越来越而频繁。为了保护眼睛，缓解视疲劳，设计一款通过调节亮度，调节色温色差的台灯来帮助实现多种办公场合下的应用。现在市面上都是手动调节亮度的台灯，缺少一种可以随外界光照、个人喜好等因素进行全自动调节的智慧护眼台灯。国家正在逐步推动智能化、数字化城市的发展，加强信息化建设，逐步为中国的物联网行业，智能家居行业发展过程中提供一定的帮助，在国家大力扶持的条件下，智能家居会逐步迎来下一个发展的重要阶段。智能家居照明系统主要应用于家居、安防、娱乐系统、灯光等住宅情景模式。通过为家居终端产品配套智能控制系统，家居终端产品的高度、延伸性可以调节满足不同家庭成员的需求。智能照明可达到安全、节能、舒适、高效的目的，因此智能照明在智能家居领域有较好发展前景。本文设计的护眼台灯，可以随着外界环境变化而自动调节亮度，色温色差的台灯，可以选择喜好的亮度和颜色，同时做到手机端智能操控，智能交互，实现远程控制外接负载，便于满足多种办公场所的需求；采集环境温湿度数据，实现物联网功能，让科技点亮生活。
1智能护眼台灯的特点
本作品通过调节色温色差，调节光照强度达到护眼效果，并且可以连接手机APP智能无线远程控制，具有时钟显示、设定闹钟，滚动显示文字，设制番茄钟辅助效率管理等功能，是一款全自动随外界亮度、时间等要素调节色温色差的多功能智慧护眼台灯。可应用于大多数学习办公场所。
2系统硬件电路的设计
系统硬件电路框图如图1所示。该智能护眼台灯控制模块以单片机STC89C52为主控芯片，以ESP-8266WiFi模块为辅助元件，外围模块主要由时钟显示模块、计时器显示模块、汉子滚动模块、灯光控制模块等组成，ESP-8266WiFi模块进行温湿度数据采集，并驱动外接负载模块。联网后，将传感器的数据发送到云平台，并传输到手机软件实时显示，实现了台灯的智能化控制。控制系统的电路原理图如图2所示。
2.1护眼台灯控制器（CPU）
控制器（CPU）采用的是STC公司的STC89C52单片机，是一种高效微控制器，作为台灯的主控制器，是核心部分，通过编制相应的控制程序，驱动外界负载。ESP-8266是Wi-Fi串口模块,可通过Arduino编程开发，接入云平台，连接到手机软件做辅助控制器。
2.2数据采集电路
台灯的数据采集电路由温湿度传感器模块、光敏电阻模块、超声测距模块、手机应用模块组成。传感器将所测出数据通过ESP-8266WiFi发送云端，手机应用通过互联网可以实时显示温湿度数据；光明电阻实时检测环境光线变化，并控制电流变化，实现控制光照强度的效果。超声测距模块实时检测用户位置信息，并返回主控器进行判断，提醒用户注意矫正坐姿。
2.3数据输出电路
台灯的数据输出电路由时钟显示模块、计时器模块、蜂鸣器模块、汉字滚动提醒模块、灯光控制、温湿度显示模块构成，时钟显示模块使用LED点阵显示屏，显示时间（时-分-秒），也可以循环显示星期和日期，时钟显示部分由ESP-8266芯片控制，联网自动校准；计时器模块，可设定任意时间的闹钟和番茄钟，计时结束时蜂鸣器发出警报，可以设置久坐提醒，提示用户要注意劳逸结合，汉字显示器将滚动显示提示汉字，达到提示用户的作用。灯光控制模块，使用RGB-LED灯，手机应用控制彩灯的颜色，控制色温、色差和亮度强弱，用户选择喜欢的亮度和颜色。温湿度显示模块利用OLED显示屏，接通温湿度传感器，每各0.5更新数据，实时显示。
3智能护眼台灯的软件设计
3.1系统辅助程序设计
辅助程序流程图如图3所示。接通电源，物联网模块自动WIFI联网，连接手机，进行远程无线控制，智慧开关，可以通过智能家居的语音控制，也可以利用手机语音助手控制、手机应用控制，实现语音开关控制、手动开关控制、红外开关控制三种方式控制。时钟显示模块接通，时钟显示部分由ESP-8266芯片控制，联网后自动校准，显示时间（时-分-秒），循环显示日期，星期。使用RGB-LED灯，手机应用控制彩灯的颜色，控制色温色差、和台灯的亮度强弱，用户选择喜欢的亮度和颜色。温湿度传感器将数据通过ESP-8266WiFi模块上传云平台，发送到手机APP上，实时显示室内温度和空气湿度。通过内置程序，室温过高时，自动开启外接负载小风扇，智能降温；在室温正常时，风扇自动关闭。采集并判断湿度数据，自动控制加湿器等，实现以智慧护眼台灯为中心的智能家居功能。
3.2系统主程序设计
主程序流程图如图4所示。电源启动STC89C52单片机，控制台灯点亮光敏电阻检测到环境光线变化，自动调节电流大小，控制灯光亮度强弱，达到护眼效果；计时器计时模块，可设定任意时间的闹钟和番茄钟，计时结束时蜂鸣器发出警报，可以设置久坐提醒，提示用户要注意劳逸结合，汉字显示器将滚动显示提示汉字，达到提示用户的作用。超声测距模块，检测用户位置信息，并返回主控器进行判断，提醒用户注意矫正坐姿，达到保护视力矫正坐姿效果。
4结论
本文研究的护眼台灯，通过STC89C52单片机和ESP-8266WiFi模块相结合的方式，实现智能联网，控制外部负载，通过算法自动控制RGB-LED灯的亮度和颜色，实现了随时间自动调节色温色差功能，达到护眼效果。通过传感器的数据采集，数据分析后自动控制负载状态。通过超声测距模块，分析处理用户位置信息，提醒用户矫正坐姿。实现了护眼台灯的多功能使用，具有很强的通用性和功能扩展能力，适合多种办公场合下的应用。本文创新点：通过ESP-8266WiFi模块联网到云平台，接入智能家居系统，连接多项负载，实现手机软件控制，语音控制，红外开关控制三种方式，智能处理传感器数据，自动控制外接负载状态，实现物联网功能。采用光敏电阻和RGB-LED的功能结合，实现色温色差变化和氛围灯效果，通过内置编程程序，自动调节光照强弱。
参考文献
[1]艾生辉，王泽华，温军.基于单片机的多功能护眼灯[J].科技创新与应用，2017（30）：25~27
[2]戴曰章，吴志勇.基于AT89C51单片机的超声波测距系统设计[J].计量与测试技术，2005（2）:17-19.
[3]陈晶晶,吴治帆,宋康.基于ARDUINO的智能LED台灯设计[J].中国新技术新产品.2020(01):10.
[4]王迎雨,王哲.基于坐姿感应的智能视力保护台灯设计[J].电子制作,2018(19):41-42.
[5]张文玥,王晓飞,孙沛诗,等.基于单片机的视力保护系统设计[J].实验室研究与探索,2018,37(9):116-119.
作者：王成旭 陈燕慧 许崇阳 单位：山东省临沂大学机械与车辆工程学院
返回通信学论文列表