具有保护视力和矫正坐姿的智能台灯开发

　　摘要：本文主要介绍了基于单片机AT89C51和Wifi技术的智能台灯的硬件和软件设计。该智能台灯具有根据当前光线自动调节灯光亮度的功能, 还可对用户使用台灯时处于非正常的距离和姿态时给予报警提示, 用户可以随时通过手机app查询智能台灯的报警记录数据, 从而督促用户保护视力。

　　关键词：单片机; Wifi技术; 智能台灯; 护眼灯;

　　近视眼疾严重损害了个人健康成长, 尤其困扰着学生群体。近视的主要原因是不健康的用眼习惯, 比如阅读时灯在不正常范围, 不正确的学习姿势或疲劳用眼。

　　目前市场上可用的灯调光器主要根据用户的需求, 选择光强度, 改变灯的亮度, 虽然节省电力, 但没有预防近视的功能。保护视力、矫正坐姿已经成为了一个台灯重要的功能, 也是造福于大众的功能。智能台灯可以根据光线情况调节台灯的亮度, 也可以在用户学习时检测用户的距离和位置, 并及时提醒用户保持正常距离、纠正坐姿。随着智能手机和app的普及, 为了给用户有更好的使用体验和数据查询分析, 智能台灯还提供通过手机app查询报警记录数据的功能。

　　1、整体系统方案设计

　　智能台灯主要由AT89C51单片机和外围电路构成, 如图1所示。

图1 智能台灯整体方案框架

　　本系统方案主要由以下部分组成:

　　(1) 传感器和信号处理部分:包括热释电红外传感器、光敏电阻和信号处理电路。

　　(2) 89C51单片机构成的微控制部分:负责处理信号和控制蜂鸣器和灯光电路、与Wif模块的通信。

　　(3) 蜂鸣器提醒电路和照明控制电路。

　　(4) Wifi模块:89C51单片机可通过Wifi模块与手机app连接通信, 将保存的报警记录数据发送给手机app。

　　2、硬件系统设计

　　硬件系统主要包括AT89C51单片机、热释电红外传感器、Wif模块以及光敏电阻、信号处理电路和控制电路。

　　2.1、AT89C51单片机

　　AT89C51的闪烁4k字节可擦可编程只读存储器 (FPEROM-Falsh可编程和可擦只读存储器) , 低压, 高性能CMOS8微处理器, 通常被称为微控制器。该设备使用ATMEL高密度非易失性内存制造技术制造, 兼容行业标准通过mcs-51汇编语言指令集和输出插脚。自从多用8位CPU和闪存结合在一个单一的芯片, ATMEL单片机AT89C51高效, AT89C2051删减版。

　　2.2、HC-SR501热释电红外传感器

　　热释电红外传感器主要是由一种高热电系数的材料制成探测元件。在每个探测器内装入一个或两个探测元件, 并将两个探测元件以反极性串联, 以抑制由于自身温度升高而产生的干扰。由探测元件将探测并接收到的红外辐射转变成微弱的电压信号, 经装在探头内的场效应管放大后向外输出。HC-SR501传感器是基于红外线技术的自动控制产品, 灵敏度高、可靠性强、超低功耗, 超低电压工作模式, 广泛应用于各类自动感应电器设备。

　　2.3、ESP8266无线Wifi模块

　　Wif是一种短程无线传输技术, 能够在数百英尺范围内支持互联网接入的无线电信号。Wif技术的覆盖范围广、输速度非常快, 可以达到54mb/s (802.11N可以达到600Mb/s) , 符合个人和社会信息化的需求。ESP8266是一款性价比较高的Wifi模块, 支持无线802.11 b/g/n标准;支持STA/AP/STA+AP三种工作模式;内置TCP/IP协议栈, 支持多路TCPClient连接;支持UART/GPIO数据通信接口。

　　2.4、其他

　　光敏电阻, 也被称为光管道常用的材料硫化镉的生产, 除了硒硫化、硫化铝、铅和硫化铋等材料。生产材料辐照光有一个特定的波长, 电阻迅速降低的特点。信号处理电路, 将传感器探测到的模拟信号转换为数字信号, 并发送给单片机。控制电路包括蜂鸣器报警电路和灯光亮度控制电路。

　　3、软件系统设计

　　软件系统主要包括智能台灯自动调节亮度、自动发出坐姿报警以及通过手机查询报警数据的软件流程设计。

图2 智能台灯控制灯光亮度流程

　　3.1、根据光线情况自动调节台灯亮度

　　利用光敏电阻的特性, 单片机可以检测当前的光线亮度情况, 从而调整台灯灯光的亮度, 达到保护眼睛的效果, 处理流程如图2所示。

　　3.2、自动检测坐姿并发出警报

　　智能台灯可以在用户学习时检测用户的距离和位置, 并及时提醒用户离灯光不要太近、纠正坐姿, 直到用户纠正到完全正确。利用热释电红外传感器, 单片机检测用户是否处于正常距离和位置, 若正常, 则继续检测;若非正常, 则通过蜂鸣器报警, 并将报警原因和时间记录下来, 统计报警数据。单片机检测及报警流程如图3所示。

　　3.3、手机app查询近期报警记录数据

　　随着手机的普及, 基于手机系统开发了app, 实现与智能台灯的交互。用户可将手机wifi连接到智能台灯, 并打开相应app, 可查询近期警报统计情况, 从而提醒自己更好地纠正坐姿, 减少警报。查询流程如图4所示。

　　4、结语

　　台灯是一般家庭的生活必需品, 目前国内市场台灯的设计大多只采用简单的调光电路。本智能台灯, 能自动调整台灯亮度, 能及时提醒用户纠正坐姿, 防止近视。还可以保存警报记录数据, 用户可通过手机app查询近期警报统计情况, 从而提醒自己更好地纠正坐姿, 减少警报。本智能台灯经实验验证具有软硬件设计简单、成本较低、操作方便等特点, 具有较大的应用推广价值。

图3 智能台灯检测人体距离和位置的流程

图4 手机app查询智能台灯报警记录的流程

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