论文总字数：15191字

摘 要

本设计是设计一款具有护眼节能功能的智能台灯，运用了PWM调光技术来控制灯的亮度，方便用户选择出最舒适的亮度，运用超声波测距模块可以检测人与桌面的距离，假如距离过近会提醒用户，便于矫正用户的坐姿，或者在一定距离内检测不到人的存在，则会进入节能模式并延时关闭，可以设置照明时间来提醒用户适当休息，可以检测周围环境的亮度，在环境变暗的时候自动亮起，给用户一个提供明亮的工作学习环境。

关键词：智能；超声波；PWM调光；护眼；节能

The Design of The Ultrasonic Range Finder Based on Single Clip

Abstract

This design is to design a support with the intelligent desk lamp with energy-saving function of the eye, using the PWM dimming technology to control the light brightness, is convenient for the user to choose the most comfortable brightness, using ultrasonic ranging module can detect and desktop distance, if the distance is too close will remind users, easy to correct user"s posture, or no detectable people within a certain distance, it will into power saving mode and is closed in a time delay, can set time lighting to alert the user to the appropriate rest can detect the ambient brightness, when environment to darken the automatic light, to the user a bright working learning environment.

Keywords:Intelligent;Ultrasonic;PWM modulation;Eye protection；Energy saving

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 引 言 1

1.1 课题背景 1

1.2 课题意义 1

1.3 功能需求 2

1.4 论文结构 2

第二章 硬件及电路设计 3

2.1设计方案 3

2.1.1 原理框图 3

2.1.2 模块组成 3

2.1.3 实现功能 3

2.2 稳压电源模块 4

2.3 超声波测距模块 5

2.3.1超声波测距原理 5

2.3.2 HC-SR04模块 6

2.4 感光模块 7

2.5 显示模块 8

2.6 时钟模块 9

2.7 按键控制模块 10

2.8 提示模块 11

2.8.1 LED灯提示电路 11

2.8.2 蜂鸣器提示电路 11

2.9 照明模块 12

2.9.1 PWM调光原理 12

2.9.2 LED驱动 13

2.10 单片机控制单元 13

2.11 硬件总体展示 15

第三章 软件部分 18

3.1主程序 18

3.2 超声波模块程序 18

3.3 PWM调光程序 19

3.4 功能判定部分程序 20

第四章 成品调试与分析 24

4.1 成品调试 24

4.2 成品分析 25

第五章 结束语 26

致 谢 27

参考文献 28

附录 29

第一章 引 言

1.1 课题背景

随着科技的发展，各式各样的电器产品走进了日常生活之中。在智能家居这一概念的提出后，智能化成为了电器的发展趋势，智能化产品在各个生活中的各个领域的作用都十分的巨大。智能电器已经逐步地进入了人们的日常生活之中。

本次设计选择了智能台灯这一课题，是因为台灯作为学习工作的必需品，提供一个明亮舒适的学习办公环境来保护眼睛是用户需要其做到的，但是市面上的台灯大多数功能单一，无法提供一个让眼睛感到舒适的环境，对眼睛损伤较大。以书面上最普遍的台灯为列：台灯无法调解亮度，只有亮灭两个档位，在一开始使用的时候，需要用户先适应一下台灯的亮度，才能开始学习。在一段时间的学习后，用户的眼睛会感到非常的不适，当停止学习的时候，会有短暂的失明感。

在网上查询了相关调查资料后，发现对于自己使用的台灯有不满的用户中，有超过六成的用户觉得自己所使用的台灯的最大问题，是台灯的灯光太刺眼或者太暗，使用过程中感到不适；有近八成的用户觉得自己所使用的台灯，在使用过程中让眼睛感到不适，非常容易疲劳。

经自己去各大商场和淘宝、京东等购物网站的调查发现，市场上的销售台灯普遍具有不能调节亮度等问题，在使用中只能自己去适应台灯的亮度，对于眼睛的损害是非常明显的。即使是卖家声称具有护眼功能的台灯，事实上也满足不了用户对于光线强度的需求。

从以上的调查研究不难看出，对于用户而言，目前市场上的台灯并不能满足他们的需求——提供一个明亮舒适的学习办公环境，来保护用户的眼睛。因此，一款拥有护眼功能的智能台灯可以让其在当前的市场环境中脱颖而出。

此外，目前在日常生活中，由于忘记台灯而造成的电力浪费的现象非常严重。对于用户来说，一次两次忘记关闭台灯并不是什么大事，并不会放在心上，但是放到全国范围内来看，这造成的电力的浪费还是非常巨大的。因此，一台拥有无人使用时自动关闭的智能台灯也会使其具有一定的吸引力，竞争力。

因此觉得这个课题非常具有价值，非常具有前景，所以本次设计选择了智能台灯这一课题。

1.2 课题意义

台灯已经成为了日常生活中必不可少的生活用品，对于学生来说尤为重要。台灯作为学习工作的必需品，提供一个明亮舒适的学习办公环境来保护眼睛是用户需要其做到的。但是市面上存在的普通台灯，大多不能调解亮度，需要用户自行适应台灯的亮度，对于眼睛的损失非常明显。而少数具有调解亮度的台灯，也仅有强弱两档，对于保护眼睛能起到的作用并不大。

大部分用户的坐姿并不标准，再加上长时间的学习工作也会使用户的眼睛离桌面越来越近，这对眼睛的损害非常之大。因此，一款可以提醒用户矫正坐姿的PWM调光的LED智能台灯非常具有前景，非常具有研究设计的价值。

1.3 功能需求

智能台灯作为智能产品的一员，智能化是其主要的特色，护眼是其最需要体现的作用，因此需要智能台灯须实现以下这些主要功能：

1. 可操作性：通过按键设置，可以让用户自行设置智能台灯的功能，如台灯的亮度，工作模式等，以选择最适合用户的设置，给与用户最舒适的学习工作的环境。
2. 坐姿提醒：通过超声波模块来测量人与桌面的距离，当用户的头部与桌面太过靠近时（小于20CM），蜂鸣器和LED灯组成的提醒模块就会工作，提醒用户调整坐姿，保护眼睛。
3. 亮度调节：运用PWM调光技术，设置出多个亮度档位，用户可以通过按键设置来调解亮度，以便于用户选择最令眼睛舒适的亮度，以便保护眼睛。
4. 光感功能：如果用户的学习工作的环境的光线强度变暗，不适于继续学习工作，那么台灯便会自动亮起，以免用户在过度用心而没有发觉环境过暗的情况下在过暗的环境中继续学习工作，从而达到保护眼睛的作用。
5. 节能：在日常生活中因为忘记关闭台灯而造成的电力浪费的现象十分严重，因此需要添加一个节能的功能，当在一定范围内感应不到人的存在，会进入节能（半亮）模式，当进去节能（半亮）模式一段时间后，自动关闭台灯。

1.4 论文结构

1. 作为引言，主要地详细叙述了本课题的设计背景和其意义，并且列举本设计中的智能台灯在日常生活中需要达到的功能。
2. 主要是对硬件部分的详细概述，首先是本设计的总体概述，主要是本设计的原理框图，以及各个模块的组成。然后通过各个元器件的工作原理的概述，对于原理图、仿真图、实物图的展示和说明，从而对各个模块的组成和作用做了一个详细的说明。
3. 主要是对于软件部分的一个概述，通过框图来说明软件部分的思路，并对相应部分程序说明。
4. 是对焊接好的成品的一个功能测试，测试一下焊接好的成品功能是否正常，并根据实际的操作分析总结出还需要完善改进之处。
5. 是结束语，主要对本次设计做出了一个总结和感想。

第二章 硬件及电路设计

2.1设计方案

2.1.1 原理框图

原理框图如图2.1所示。

图2.1 原理框图

2.1.2 模块组成

1.使用51单片机STC89C52芯片作为单片机控制单元；

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