基于单片机的外装遥控开关灯装置

费杰++卢梦洁++钱昊楠++吴立夫

摘 要 针对老年人及残疾人在夜晚或远距离开关灯极其不便，导致安全事故频发的现状，研发出一种安全性能好、操作便捷、价格低廉的外装型遥控开关灯装置。装置主要包含工作单元（AT89C51单片机及控制电路、直流电磁铁、电源转换器、永久磁铁、电池）和遥控单元（HC-05蓝牙收发装置、电池）两个部分组成。该装置避开了目前遥控开关需要改装外接家庭电路的缺点，只需组装于开关表面，利用机械能、电能与磁场相结合的原理控制开关运动，手动与遥控控制互不影响。从而消除了用户因开关灯而遭受意外伤害的风险，提高了用户的生活体验感。

【关键词】单片机 蓝牙控制 安全便捷

1 引言

电力作为人类生存不可或缺的能源，给人类日常生活带来了极大的便利。照明设备作为日常生活的必需品，其开关的有效控制成为人们创新改造的落脚点。目前，遥控开关灯技术已经逐步发展成熟并被一部分消费者认可使用，产品在很大程度上方便用户的日常生活。

在老龄化逐步加重的中国社会，普通家庭中独居老人数量急剧增多，很多家庭房间中开关布局并不合理，有时需要行走一段距离或者摸黑才能触及到开关实现开关灯。这对行动不便的老人来说成为一个不可忽视的安全隐患。同时，现有的遥控开关装置通常需要改装家庭电路，这对家庭老人或者残疾患者来说又增加了使用难度。因此，消除开关灯这一简单操作给老人或者残疾患者带来的安全隐患，操作简单，安全便捷是本外装型遥控开关灯装置的一大亮点和特色。

2 原理与设计

针对现有遥控开关技术中存在的问题和不足，结合特殊人群的使用需求，现有照明设备开关大多为船动开关的现状，装置设计将机械能、电能与磁场相结合，通过单片机控制电路改变正反电流进而改變直流电磁铁的磁极性，应用“同极相斥，异极相吸”的简单原理使电磁铁与开关上的永久磁铁产生排斥、吸引作用，通过蓝牙无线控制电灯开关按钮的里外运动，进而控制照明的开关熄亮。

2.1 遥控开关灯装置的构成

本装置原理清晰，设计结构简单，主要包括工作单元、控制单元两部分。其中，工作单元包括蓝牙接收装置、单片机控制电路、直流电磁铁、电源转换器、永久磁铁、电池；遥控单元包括蓝牙发射装置、电池，如图1所示。

2.2 遥控开关灯装置的基本原理

首先，将永久磁铁正极朝外使用强力胶固定在船动开关表面上半部分，此永久磁铁正极朝外作为永久正极参考。主体装置固定在电灯开关外壳底座上缘，内置直流电磁铁等元件。

具体的，以电灯开启时船动开关上部分向里闭合为参考。当用户需要关闭电灯，可以使用蓝牙遥控器发送指令，运行单元中的蓝牙接受器接受指令后，单片机控制电路控制在直流电磁铁两端施加反向电压，使直流电磁铁电磁极性变为负极，根据异性相吸原理，由于直流电磁铁被牢牢固定，而电灯船动开关按钮是可以以固定轴里外运动的，所以在吸引力的作用下，电灯开关按钮上部分会被直流电磁铁吸合向外运动，从而使电灯关闭。同理，用户需要打开电灯时，单片机控制电路控制直流电磁铁两端施加正向电压，使直流电磁铁一端极性变为负极，根据同极相吸原理，电灯开关按钮上部分会被排斥向里运动，从而使电灯打开。

为避免耗电量过大，本装置中只给单片机长时间供电，在接收命令后才会在电磁铁两端施加电压。长时间不使用时，可以关闭装置总开关避免浪费。将此装置通过装置加固板固定在房间、厕所等场所的电灯开关上，用户便可以使用遥控器远距离遥控开关灯，从而大大减少安全隐患，方便日常生活。

2.3 遥控开关灯装置的具体使用操作

首先按照指定方式安装此装置，将工作单元固定在电灯开关按钮上缘，将永久磁铁正极向外固定在电灯开关按钮上部分。装置手动与遥控控制互不影响，正常情况下电磁铁不通电，对开关按钮没有作用，实现手动操作，点击遥控按钮后电磁铁通电，实现遥控控制。使用时打开装置总开关。使用遥控器，按ON键，电磁铁和永磁铁相互排斥，按压按钮，实现开灯功能；按OFF键，电磁铁和永磁铁相互吸引，吸合按钮，实现关灯功能。长时间不用时，请关闭装置总开关节省电量。

3 总结与评价

本文通过对AT89C51单片机、电压控制电路、机械控制等原理阐述，突出分析现实生活中一些特殊用户开关灯极其不方便，容易引发安全事故的社会问题，设计出一种无需改变电灯开关内部结构和改装用户电路，原理清晰，安装操作便捷的装置。该装置安装在电灯开关外壳表面，以单片机为核心，将机械能、电能与磁场相结合控制电灯。作为一个提高社会幸福度、方便生活的设计，装置不仅在很大程度上为用户规避风险，减少了因开关灯造成的不便甚至摔倒受伤，而且有助于节能环保的推广，是普通家庭用户一种改善生活的很好的选择。

参考文献

[1]何立民.MCS一51系列单片机应用系统设计[M].北京：北京航空航天大学出版社，1997.

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[3]金纯，林金朝，万宝红.蓝牙协议及其源代码分析[M].北京：国防工业出版社，2006：11-13.

[4]付文智，李明哲，崔相吉.准恒力电磁铁吸力特性的研究[J].机械工程学报，2003，39（07）：119.122.

作者简介

费杰（1997-），男，江苏省盐城市人。徐州医科大学医学影像学院本科在读。研究方向为生物医学工程。

作者单位

徐州医科大学医学影像学院 江苏省徐州市 221004endprint