一种自动调光的智能视力保护台灯设计

王艺蓉　王哲

摘 要：为了解决学生在使用台灯时的视力保护问题，本文设计一款自动调光的智能视力保护台灯。该台灯系统采用STM32单片机作为控制核心，通过TSL2561照度传感器检测光强的变化，自动调整台灯的亮度，通过红外检测单元感应是否有人在使用台灯，达到环保节能的目的。所设计的台灯系统结构简单、成本较低，易于学生使用。

关键词：视力保护 自动调光 光强检测 智能化

中图分类号：TG580.21 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2018）12-0-01

引言

据不完全统计，中国现在近视患者超过四亿人，尤其是青少年居多，视力的下降损耗着青年人的健壮成长，给他们的日常生活带来了极大的不便利[1]。这种现象在很大程度上与用眼环境有关[2，3]。台灯作为学生桌前的必备照明工具，为学生提供明亮的光照环境[4]。现有学生使用的台灯仅仅能满足学生的照明要求，无法根据周边环境科学的调整适合的学习光照强度，实时提供给学生良好的光照环境[5]。为此，本文设计一种可以自动调光的视力保护台灯，旨在为学生提供科学的照明环境，防止近视。

一、概述

本文在设计过程中，在原有LED台灯的基础上，结合单片机控制技术的优点，针对学生使用群体设计了一种基于STM32的 自动调光视力保护台灯系统。该系统包括主控单元、照度检测单元、温度传感单元、人体红外检测单元以及报警单元等。系统的结构如图1所示。

二、设计过程

1.照度检测单元

为了实现对学习环境的光照信息进行实时的检测，选用型号为TSL2561的照度传感器，该传感器具有低功耗、高速及可编程的特点，其内部集成了用于采集外界光照信息的两个光敏二极管，将光照信息转换为电流信号，经A/D转换后存储于内部数据存储器中。STM32单片机通过IIC总线协议将数据读取，从而完成照度信息的采集和获取。

整个检测过程主要包括启动照度检测、设置积分时间、读取测量A/D转换值，关闭照度检测。具体流程如图2所示。

2.温度传感单元

为了能够实时获得学习环境的温度信息，选用型号为DS18B20的数字式温度传感器。该传感器具有体积小，且与STM32单片机接口简单，双向性传输等特点。通常采用单总线与单片机连接，通过软件编程模拟的方法实现对DS18B20内部寄存器的配置，从而完成温度信息的获取。

通过STM32单片机的引脚 PC2模拟单总线时序接收温度信息，整个过程包括复位时序、应答时序以及读写时序，最后通过温度检测函数完成温度数据的不断检测与存储。具体的软件设计如图3所示。

3.人体红外检测单元

人体红外检测单元主要用于监测台灯是否有人在使用，如果使用者离开或者无使用者时，台灯会将亮度自动调节为最低，从而减少能源消耗，实现节能环保。为此，本文选用型号为BISS0001的传感器芯片，并结合人体热释电红外传感器来共同完成。STM32单片机通过检测单元输出与单片机连接的PC3引脚的高低电平的变化来判断是否有人在使用台灯，根据判断结果执行相应的台灯控制。

4.报警单元

为了避免学生的学习时间过长或者台灯长时间不适用的情况发生，本设计采用蜂鸣器报警的方式提醒使用者。为了增加趣味性可采用单片机软件模拟的方式控制蜂鸣器产生有趣的音效。

三、结束语

通过多次的软硬件联调，以及对系统数据的观测证明系统基本满足设计要求，能够实现实时自动调光、温度检测、人体检测功能，并且能够播放音效，正确及时的提醒学生。所设计的台灯能够根据周边环境科学的调整适合的学习光照强度，为提供给学生良好的光照环境，培养学生良好的学习习惯。

参考文献

[1]丁学用， 陈越艳， 王旭龙，等. 一种自动感应及预防近视智能台灯设计[J]. 中国科技信息， 2017（24）：77-78.

[2]柴君夫. 基于STM32的LED智能学习型台灯系统的设计[D]. 秦皇岛： 燕山大学， 2016.

[3]熊志辉， 王仁波. 基于STM32的智能学习台灯设计[J]. 电子世界， 2016（8）：160-161.

[4]魏炽旭， 林泉康. 基于51单片机的智能台灯设计[J]. 电子制作， 2017（1）：40-41.

[5]田軍委， 肖清林， 张波，等. 智能护眼台灯设计[J]. 电子设计工程， 2015（17）：161-163.

作者简介：王艺蓉（2003-），女，汉族，山西运城人，山西省运城市康杰中学学生。

指导教师：王哲（1992-），男，汉族，山西运城人，山西运城康杰中学科技竞赛指导教师。