论文总字数：17158字

目 录

1 引言 1

1.1课题背景及其意义 1

1.2 国内外的研究状况 1

2 硬件电路设计 2

2.1系统总体结构 2

2.2设计方案 3

2.3单片机电路设计 3

2.4电源电路设计 6

2.5光照检测电路设计 6

2.6 A/D采样电路设计 6

2.7照明电路设计 8

2.8蓝牙电路设计 8

2.9测距电路设计 9

2.10 蜂鸣器报警电路设计 11

2.11 红外感应模块电路设计 12

3 软件设计 12

3.1程序总流程图 13

3.2PCB板设计 14

3.3手机APP界面设计 15

4 实物测试与结果分析 15

4.1 硬件电路制作 15

4.2 整体系统调试 15

4.2.1 系统软件调试 15

4.2.2 硬件测试 16

4.3 实物测试 16

5 总结与展望 18

参考文献 19

附录 21

致谢 25

智能护眼台灯的设计

朱倩

，China

Abstract : Most of the traditional desk lamps have a single function, and the controller is usually installed on the lamp arm. People must press the controller manually to realize the control of the LED light switch, and there is no sitting posture reminding function. This paper designs a LED lamp controlled by mobile phone based on STC89C52 microcontroller. With the MCU as the main control chip, the human body thermoluminescence infrared sensor, infrared obstacle avoidance sensor, light detection circuit (photosensitive resistance), A/D sampling PCF8591 circuit, power supply, Bluetooth module circuit and other peripheral equipment to realize the light intensity change automatically or extinguish with the change of the outside light, and add the sitting on the traditional desk lamp. The functions of posture reminder, intelligent control, human body induction and myopia prevention make up for the shortage of traditional table lamps. The design has strong practicality, has many advantages, such as energy saving, electricity saving, convenient use and eye protection. It is widely used in real life, so its design has a certain value of use.

Key words : Intelligent desk lamp; Sensor; Bluetooth technology; Multi-function;

1 引言

课题背景及其意义

当今世界的飞速发展，人们对照明的要求变得很高，以前传统的照明灯利用触控开关控制亮灭，且线路连接错综复杂，不便于多功能操作。同时传统照明存在的许多问题不能得到很好的解决。随着科学技术的进步，智能照明产品更多的应用在人们的日常生活中，从而传统照明慢慢地被智能照明所替代，现在人们的生活向着智能化方面发展，相关材料表明^[1]，在中国照明灯具的市场上，每年大约会有超过百万余盏智能灯具售出，由此可见智能照明有着很好的发展前景。

智能照明相对于传统照明而言，光源上选用LED照明的产品因为其低功耗、使用寿命长的优势，尤其价格较低所以能够迅速占领照明灯具市场^[2]，并且能够深受广大消费者的喜爱，但LED灯作为照明光源自身也存在缺陷，如光照强度过大，造成人眼睛的视觉疲劳和损伤。因此，市场上各种灯具在对选择的光源这块提出了许多改进^[3]，如滤除蓝光，消除频闪，在光源亮度和时间的控制上也引入了智能控制，从而减少对人们眼睛的伤害。

21世纪是信息技术化时代，任何事物都将与网络有关，LED的照明也有了极大的改进，例如使用无线蓝牙模块来控制开关、光源强度、定时提醒，使用红外传感器测量距离提醒坐姿和利用APP向智能控制终端发送控制指令等，所以人们利用手机终端App来远程控制为日常工作生活带来了极大的便利，因而本设计的“智能”台灯使用手机蓝牙App软件远距离控制，随身携带的手机就变成了控制器，可以进行亮度的控制。从健康方面而言，据调查研究表明^[4]，我国的近视人口约占总人口的34％，超出世界近视发生率平均水平的23％，尤其在儿童时期的近视发生率比较高是个不能忽略的问题。人在台灯前的坐姿坐态与产生近视有很大的关系，使用者应该与台灯保持一定的安全距离。从节能减排方面来讲，节能降耗也是当今热门的话题^[5]，所设计的“智能”台灯也应该跟上时代的步伐，从本质上能够做到真正意义的节能减耗，能够达到“人在我开，人走我灭”的要求。

1.2 国内外的研究状况      

台灯的功能主要是照明，现代的生活质量水平在慢慢的提高，因此人们对台灯的功能要求也逐渐提高，传统的灯具产品慢慢变得无人问津^[6]，智能护眼台灯渐渐兴起，护眼灯也成为智能产品的一种代表^[7]。家长为了孩子健康购买多功能的护眼灯，他们的这种需求促使了照明产品的更新换代。

放眼世界，欧洲各国的灯具工艺、选材及设计理念水平都很高，目前处于全球领先地位， 引领全球灯具的发展，近几年来更是趋于人性化、智能化^[8]。例如荷兰的飞利浦很早以前就开始在台灯设计方面加入“以人为本”的理念^[9]。国外台灯设计除了产品的外部形状外，还十分注重产品与人文艺术的结合，亚洲的东芝、松下等公司在产品的研发上也都遥遥领先^[10]。

近年我国智能灯具的市场占有率迅速增长，国内的灯具企业也朝着智能方向发展，企业数量超过5000多家。因为国内掌握LED照明产业核心技术不充足，造成国内LED相关产品在生产过程中材料损耗大，能源浪费，环境污染严重，使得很多企业日趋没落，因此很多企业进行科技创新，改进产品生产流水线和工艺技术。根据当代人们的需求，开始在生产过程中加入智能化的因素，在智能控制领域取得了初步成果。例如前一段时间新发布的小米智能台灯，尤其在保护眼睛、智能应用、App控制等方面做的很是杰出。相信在未来，这样的科技成果将会迅速占领智能产品市场^[11]。目前市场上已出现带蓝牙坐姿提醒的护眼台灯^[12-14]，单片机控制的智能台灯，产品越来越智能多样化。但是仍有诸多问题需解决，其中最重要的就是产品价格定位上是否合理，消费者能否接受将直接决定该产品能否在市场畅销。这就涉及到产品要保证基本功能齐全，价格还要合理这些问题需解决，才能使所设计的产品迅速的占领市场，具有非常广阔的发展前景，这样才能达到消费者要求的健康便利的生活方式^[15-18]。而我们设计的智能化台灯，以远程控制护眼提醒为主，尽可能减少使用者近视，还能智能感应，做到人在灯开，人走灯灭以达到节约资源的目的，采用蓝牙技术控制台灯，给人们带来便利，带来不一样的新科技感受。

据参考文献查询所知，目前市场上已有带蓝牙实现与手机APP的交互的先例，使家长了解孩子的学习情况，同时对数据进行分析，给孩子提供坐姿和学习习惯等方面建议的智能台灯，有助于孩子养成良好的坐姿习惯，同时预防近视。但市场上无论是基于蓝牙无线技术、Zig bee无线技术，还是WIFI无线的蓝牙LED灯控制器的产品并不存在^[12-14]。

针对上述谈到的问题，本设计以纠正坐姿和预防近视为出发点，设计的智能护眼台灯一方面可以使用手机蓝牙技术，利用App调节光源的亮度和控制灯的亮灭，另一方面也可以通过光敏电阻采集光照利用单片机控制光源亮度，从而实现手动和自动两种控制方式。一旦人与台灯低于安全距离进行报警，持续一段时间不纠正坐姿将强制关灯，具有一定的坐姿提醒功能。 此设计有助于改善青少年在学习时坐姿问题，以及坐姿不正等对眼睛造成的伤害 ，另外此台灯还适用于上班族人群，利用手机蓝牙远程控制，智能感应，所体现的智能化的特点更是深受人们的青睐，符合智能化产品的应用，而且具有非常大的市场发展空间。

2 硬件电路设计

2.1系统总体结构

图1 系统原理框图

本设计由STC89C52单片机核心电路 蓝牙模块电路 人体热释红外传感器电路 红外测距电路 光照检测电路（光敏电阻） A/D采样PCF8591电路 电源电路 蜂鸣器报警电路 照明电路组成。

（1）当光线暗时，光照AD采集电路工作，，把信号传给单片机，点亮LED灯。

（2）当人靠近的时候人体热式红外检测电路收到信号，此时LED灯亮，太靠近的时候，红外对管测距检测到超出安全距离，蜂鸣器鸣叫发出警报，如果在一定时间内使用者仍然靠的很近，灯会强制熄灭，提醒人们使用者改正坐姿。

（3）当灯的周围没有人，即检测不到人的时候，灯熄灭。

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