智能开关护眼台灯的设计

陈雪璐，徐俊杰，周 佩，姚 敏

（武汉东湖学院 电子信息工程学院，湖北 武汉 430212）

智能开关护眼台灯的设计

陈雪璐，徐俊杰，周 佩，姚 敏

（武汉东湖学院 电子信息工程学院，湖北 武汉 430212）

本项目拟利用单片机技术设计并实现一种新型可自适应人体温度变化、能自动适应周围的环境调节亮度，且可通过手势传感开启的新型智能台灯。通过与手机蓝牙相互连接，可实现手机控制台灯的功能。通过手机APP切换不同的模式，可实现不同的亮度，以适应不同的使用环境下使用者的需求。

智能台灯；手势传感；手机控制；光补偿；蓝牙

市面上的传统台灯大多是人为控制台灯的开关。在快节奏的生活方式下，人们经常会因工作、学习的忙碌而忘记关闭台灯，使台灯长期处于工作状态，导致了能源的浪费，使台灯元件经常处于高负荷工作状态，减短了台灯的使用寿命。

传统的触摸调光、触摸开关已很成熟。一般触摸时要求手指接触裸露的金属片，这一类电路内部大多使用不隔离的电源供电，直接触摸上去总给人们一种不安全的感觉，而且有可能会发生短路的危险。因此，人们尝试在触摸片上涂上一层薄薄的绝缘漆，不过这样做的效果也不是很好。另外，还有一个老问题，就是带手套时触摸不够灵敏或干脆不起作用。基于上述原因，本项目拟利用IAP15F2K61S2单片机设计并实现一种新型智能台灯。

1 硬件设计方案

该项目利用BISS0001红外传感器和MPU9250姿态传感器控制台灯的开关，同时利用手机中的蓝牙功能与单片机中的蓝牙串口进行通讯，通过手机APP来控制台灯的亮度。

控制台内部含有IAP15F2K61S2单片机主板，分别分布着所需要的热电堆红外测温传感器BISS0001、MPU9250姿态传感器和BF10蓝牙模块。姿态传感器上会有一个显示屏用作为手势开关，测温传感器和姿态传感器上分别分布着检测探头以便能检测到人体的变化，使系统能够根据变化自动调节，从而让使用者享受到最舒适的使用环境，保护眼睛。本项目主要由4个方面的硬件电路构成，具体如下描述。

（1）测温开关设计。通过使用热电堆红外测温传感器BISS0001来实现“人来灯亮，人走灯灭”的功能。当使用者坐在台灯前面时，智能台灯的红外测温传感器就会工作，台灯就会自动打开；当使用者离开时，智能台灯的红外测温传感器检测不到温度就会切断电源，台灯就会自动关闭。

热电堆红外测温传感器BISS0001是一款具有较高性能的传感信号处理集成电路，它配以热释电红外传感器和少量外接元器件构成被动式的热释电红外开关。它具有非常好的稳定性，感应的范围在0~6m之间，能够非常精确的感知到周围温度的变化。通过对比单片机设计的额定温度，使台灯能够根据温度准确的开关。

（2）手势开关设计。本项目使用MPU9250姿态传感器来实现用手在姿态传感器上方移动来开启或者关闭智能台灯，来避免台灯的传统开关在开关灯时产生的电弧有触电危险的弊端。MPU9250是一个QFN封装的复合芯片（MCM），它由2部分组成。一组是3轴加速度还有3轴陀螺仪，另一组则是AKM公司的AK8963 3轴磁力计。所以，MPU9250是一款9轴运动跟踪装置。MPU9250传感器较上一代产品相比，面积缩小40%，灵敏度提高，成本减小。MPU9250传感器可应用于无触碰操作技术，体感游戏控制技术，可穿戴智能设备技术中。本项目采用MPU9250传感器的手势控制技术，将9轴运动跟踪装置接入单片机，控制开关的断开和连接，从而来实现台灯的开关功能。

（3）蓝牙控制电路设计。本项目采用BF10蓝牙模块，通过单片机对该模块进行控制，建立该模块与手机蓝牙之间的联系，再通过手机APP来实现对台灯的亮度控制。蓝牙模块采用双微控制器模式，即蓝牙低层协议与用户应用程序分别由主机控制器和主机来实现。单片机通过主机控制器接口对蓝牙模块进行开发，并加以光敏电阻，从而调节PWM输出，以实现对台灯的亮度控制。

（4）单片机模块设计。本项目拟使用IAP15F2K61S2单片机来控制整个电路的工作和运行。相较于传统常见的STC89C51RC单片机，这款单片机的速度是传统51的10倍，体积是传统51的五分之一，这款单片机没有最小系统，可以直接当作仿真器使用。此单片机不仅可以节省电路板空间，减小台灯的体积；而且可以使台灯在工作时不会出现卡顿、发热等问题。

本项目通过手机APP来控制单片机的占空比，调节通过LED的电流和不通过电流的时间比，从而控制LED灯的亮度。由于人眼有视觉暂留特性，所以只要频率比较高是看不出来频闪的。通过电流比不通过电流的时间比例越大，LED做的功就越多，这样也就越亮。

2 程序设计方案

本项目的软件主要由单片机控制软件和手机APP控制软件组成。由单片机控制台灯的开关以及与手机通讯；由手机APP控制台灯的亮度。

（1）单片机程序设计。本项目拟使用C语言在Keil软件中进行编程。主要是通过红外传感器和手势开关控制台灯的开关灯，以及运用单片机的蓝牙串口与手机蓝牙进行通讯，来改变台灯的亮度。

（2）手机APP软件设计。本项目主要是通过手机APP来实现调节台灯的亮度，以适应周围环境的亮度，从而达到舒适使用并且节能环保的目的。手机APP与单片机蓝牙串口进行通讯，以达到通过手机APP控制台灯亮度的目的。具体流程图如图1所示。

图1 软件整体设计流程图

3 结语

利用非接触式开关姿态传感器，解决了因台灯的传统开关在开关灯时产生的电弧，有触电危险的问题，在测温传感器失效或者使用者希望尽快关闭台灯的情况下，达到双重保险，节能环保的目的。

通过蓝牙模块与手机蓝牙建立联系，利用手机APP调节台灯的亮度，给予使用者最舒适的使用体验，达到保护眼睛，减轻视觉疲劳的目的。

［1］李鑫.基于ARM、蓝牙通信的心电采集系统的设计［D］．西安：西北工业大学，2007.

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［6］蒋雪琴.可调光智能LED台灯设计［J］.电脑迷，2016，（3）.

Design of Intelligent Switch Eye Protection Lamp

CHEN Xue-lu，XU Jun-jie，ZHOU Pei，TAO Min
（School of Electronics and Information Engineering，Wuhan Donghu University，Wuhan，Hubei 430212，China）

The project aims to use the single-chip microcomputer technology that can design and realize new adaptive body temperature changes.It can automatically adapt to the surrounding environment to adjust the brightness and can be opened by gestures to open a new smart table lamp.Compared to the pyroelectric infrared sensor technology，that can achieve smart table lamp，through mobile phone Bluetooth，this device can be connected to achieve the function of mobile phone controlling the table lamp.Through the mobile phone software，it can switch the different modes and can have different brightness to meet the needs of different users under different operational environment.

smart table lamp；gesture sensor；mobile phone control；light compensation；bluetooth

TP273.5

A

2095-980X（2017）04-0085-01

2017-03-07

2016年度武汉东湖学院大学生创新创业训练计划项目，项目编号：xc2016011。

陈雪璐（1996-），女，湖北武汉人，大学本科。