基于STC89C52的多功能台灯设计

李永伟;白桂峰;李强

【摘 要】随着智能化时代的到来,普通的台灯已不能满足人们的需求.本文以STC89C52为主控制芯片,选用红外测距和热释电传感器以及光敏电阻为主要器件,结合PWM占空技术,设计了一款集智能、环保、视力保护等多种功能为一体的智能台灯.

【期刊名称】《山西电子技术》

【年(卷),期】2017(000)006

【总页数】3页(P53-55)

【关键词】STC89C52;台灯;传感器

【作 者】李永伟;白桂峰;李强

【作者单位】太原工业学院自动化系,山西太原030008;山西省自动化研究所,山西太原030006;太原工业学院自动化系,山西太原030008

【正文语种】中 文

【中图分类】TP273

台灯已经是人们工作、生活、学习的必备电器之一，然而经常会在使用后出现忘记关灯的现象造成不必要的能源浪费。而当夜晚使用的时候，人们又要摸黑找开关，使用非常的不方便，与现在人们所要求的家用电器智能化，人性化，低碳化的设计理念大相径庭[1]。另外，大多数台灯采用手动调节的控制方式，而且光线不可连续性调节，更不能自动调节。因此，本设计提出了设计一款集多功能为一体的智能台灯的构想。

本设计以STC89C52为主控制芯片，选用合适的传感器及调光技术，并进行软硬件的合理设计，进而实现台灯的智能化功能。台灯主要包括自动模式和手动模式两种控制方式。

在自动模式下可以实现以下功能：

1) 检测周围是否有人，若没人，台灯自动关闭，若有人，台灯自动打开，以实现节能的目的；

2) 可以根据周围环境明暗程度，自动调节台灯的亮度，使环境灯光亮度达到最适宜人眼的亮度，以达到保护视力的目的；

3) 检测人体距离桌面的距离，若人体距离台灯过近，台灯发出报警声，提示人及时矫正坐姿。

在手动模式下可以实现以下功能：

1) 手动控制台灯的开关，使用时手动打开，不使用时手动关闭；

2) 手动调节台灯亮度，可将灯光亮度调至舒适的亮度；

3) 定时，可以根据需要，设定台灯的照明时间长度，到时自动关闭。

针对以上对功能要求分析，该台灯以STC89C52单片机作为主控制芯片，使用单刀双掷开关将系统分为手动和自动两个控制模式。在手动控制模式下，利用PWM占空比技术将光照强度分出5个档，进而实现对台灯光照亮度的手动调节。

在自动控制模式下，台灯通过热释电红外探测器检测周围是否有人。通过光敏电阻感应外界光照，进而改变电阻阻值达到调节台灯亮度的目的。如果系统检测到有人，则通过检测光敏电阻的分布电压值，间接测量外界光照强度。然后信号经模拟-数字信号转换芯片传给单片机，单片机对LED显示模块进行控制。单片机通过将测得的电压和内部预设的阈值进行对比，然后调整PWM的占空比，从而对LED灯的内部电流强度进行控制，实现光照亮度的自动调节。与此同时，可通过红外接近传感器检测人体距桌面的距离，同样与内部预设值进行比较，当检测值不在预设值范围之内时，蜂鸣器发出报警声响，提醒使用者注意坐姿，防止近视。如果台灯周围没有人，则台灯会自动熄灭，减少能源的不必要的浪费。

综上所述，该台灯包括单片机控制模块、热释电人体感应模块、红外测距模块、光控模块、LED显示模块、报警模块、数码管显示模块、按键模块。

系统硬件电路由单片机最小系统及其外围电路：人体感应电路、红外测距电路、光控电路等构成，实现台灯的功能。下面对核心功能模块：热释电人体感应模块，红外测距模

块和光控模块进行详细介绍。

2.2.1 热释电人体感应模块设计

本设计通过热释电红外探测器感应台灯周围是否有人。热释电红外探测器是不需要通过接触，可以远程感应物体发出的红外辐射信号，再将这些信号转换成电信号，是一款常用的接收红外线的传感器[2]。因其具有感应迅速、抗干扰能力强、体积小等的特点，所以被作为实现人体感应的首选器件。其电路设计如图1所示。

由图1可得，红外探测器有三个引脚，其中一脚接地，一脚接电源，中间脚为信号接收点。三个引脚通过NPN型三极管连接，信号接收点接至三极管基极，接地点接至发射极，电源点接至集电极。当外界有人体靠近时，红外探测器模块检测到外界信号，信号接收点传送出一个高电平。此时，三极管导通，将信号放大。三极管发射极接至单片机信号接收点，当检测到外界高电平信号时，三极管放大导通，信号被传送至单片机所接信号接收口，单片机内部接收信号，控制系统根据接收到的信号传达下一步指令。

2.2.2 红外测距模块设计

本设计通过红外接近探测器感应人在正常坐姿的情况下台灯距离人体胸部的距离。红外接近探测器能够探测50 cm的距离，这一特点符合本次设计的需要[3]。其电路设计如图2所示。

由图2可得，红外接近传感器具有三个引脚，其中一脚接地，一脚接电源，一脚作为信号输出。当台灯起动时，红外接近传感器检测人体距离桌面的距离，内部将检测信号与

预设的阈值做比较。当检测到的信号不在设定阈值范围之内时，将检测信号传给单片机，并执行下一指令。

2.2.3 光控模块设计

本设计采用PWM调制技术来控制LED灯光亮度。单片机本身具有PWM控制端口，可实现对参数大小的控制。此次设计就是利用这一特点，首先保证PWM整体信号周期不发生改变，通过控制端口调节可控部分信号所占空间，实现对系统电压的控制，进而控制电流。系统中将ADC0809数字转换芯片外接光敏电阻及定值电阻。光敏电阻可以感应外界光强，光强越强时，光敏电阻值反而越弱。通过光敏电阻与外接电阻串联分压，则可根据检测到的光敏电阻所分的电压表示外界光强。ADC0809芯片将接收到的电压信号转换为数字信号传送至单片机，通过对内部电压的控制，实现对LED口信号的控制。

LED电流控制部分由一个PNP型三极管和一个基极电阻组成。LED信号接收部分接至NPN型三极管，集电极通过电阻与PNP三极管基极相连。当LED接口接收到高电平信号时，NPN三极管导通，将信号放大，集电极接受一个小信号电流，此时，PNP管导通。LED正极并联接至PNP集电极，PNP管导通时，集电极接受到高电平，LED实现正向导通，根据电流大小实现了自身亮度的调节。其电路设计如图3所示。

台灯系统程序采用C语言实现。当台灯启用时，首先对系统进行初始化，然后选择模式开关。若在手动状态下，可通过调节旋钮，调节灯光亮度；在自动状态下，通过传感器循环检测外界信号，并将检测到的信号传回单片机，单片机依次做出反应：当有人体靠近且外界光照强度较弱时，灯亮；当外界光照强度变化时，灯光亮度随之变化；当人体距

离桌面过近时，报警系统作用。因此整个系统主程序分为两部分：手动控制时，依次调节；自动控制时，循环检测调控。

本文从节能、保护视力的角度出发，以STC89C52单片机为控制核心，结合相应的外围电路，设计了一款多功能智能台灯，实现自动开关灯，自动调节亮度，提醒使用者坐姿等功能。整个设计过程简单，功能可靠，价格客观，可用于家庭、办公等场所，具有一定的实用价值。

【相关文献】

[1] 智能LED台灯的设计[D].厦门：厦门大学,2014.

[2] 吴建平,邹永祥,唐波.热释电红外测温系统设计[J].自动化信息,2011(3):30-32.

[3] 黄仲林.基于人体红外感应的空调节能控制系统研究[D].广州：华南理工大学,2015.