多功能智能台灯设计

郝绘坤 周哲 张彦波

摘要：本设计涉及一款多功能智能台灯， 属于智能家居领域， 本作品主体结构除了一般台灯的底座、灯柱、灯座、灯罩和LED灯泡外， 本设计的主要特点体现在其电路板上， 电路板包括电源模块、MCU模块、按键模块、蓝牙模块、热释电模块、LED驱动模块。电源模块为系统的其他模块提供电源， MCU模块连接按键模块、蓝牙模块、热释电模块、LED驱动模块成为系统中枢。该款台灯具备普通台灯最基本的照明功能和按键调光功能， 除此之外， 台灯提供了蓝牙控制功能和台灯的定时控制功能， 方便用户对台灯的控制， 同时， 台灯还设有自动感应小夜灯功能， 在夜里用户活动时台灯会自动启动小夜灯， 为用户夜间活动提供方便。

关键词：多功能; 智能; 蓝牙; 台灯;

引言

随着电子技术的快速发展， 智能手机已经是人手一部， 而在智能手机得到推广的同时， 家用电器也越来越趋向于智能化， 智能洗衣机， 智能电饭锅， 智能电磁炉等已经走进千家万户， 智能家电已经成为了一个发展趋势。智能家电在给我们带来方便的同时， 也成为了我们的日常生活中不可缺少的一部分。有时我们在床上看书总会忘记关台灯就睡着了， 或者晚上起床时总是找不到台灯开关， 此时我们多希望有一台能够善解人意的智能台灯。为了克服现有台灯功能简单、控制方法单一的不足， 本设计提供一種多功能智能台灯， 该台灯除了具备普通台灯的基本功能之外， 还增设了定时关灯功能、智能小夜灯功能、手机蓝牙控制功能。

1. 系统设计

1.1 系统总体结构设计

多功能智能台灯要实现的主要功能是：通过控制面板上的按键获取用户的手动控制信号， 通过蓝牙模块获取收取APP对台灯的控制信号， 以及热释电模块获取附近有无活动人体的信号， 然后由单片机统一对以上模块所获取到的信号进行处理， 并针对不同的控制信号， 控制台灯的开关、亮度调节和实现台灯定时关闭等功能。在设计台灯的整体控制系统时需要分析系统的输入输出信号， 选择合适的中央处理器， 逐步设计各个电子电路模块， 最后将各个模块整合成一套完整的控制系统。

系统基本框图如1所示。

1.2 硬件电路设计

1.2.1 系统电源设计

系统工作需要3种直流电压， 第一种是LED驱动需要的12V直流电压， 由AC-DC模块直接供给;第二种是直流5V的系统工作电压， 由LM7805构成的DC-DC电路降压后供给;第三种是蓝牙模块需要的直流3.3V， 有REG1117-3.3V构成的DC-DC电路降压后供给。

1.2.2 单片机控制系统设计

本设计所选择的控制器是ATMEL公司的ATmega8单片机。ATmega8是高性能、低功耗的8位AVR处理器。具有先进的精简指令结构， 8K的系统可编程Flash， 支持JTAG接口， 丰富的片上资源， 时钟频率可以达到16M，且工作电压范围宽等优点。综合考虑ATmega8单片机可以满足本次设计的需要。

1.2.3 按键电路设计

系统按键模块采用传统的独立按键， 总共包含4个按键， 功能分别是台灯开关、亮度加、亮度减、小夜灯开关。工作原理是常态下与单片机连接的端口通过上拉电阻与VCC连接， 此时单片机得到一个高电平信号， 当按键被按下时， 单片机IO口会通过按键直接与GND连接， 此时得到一个低电平信号。也就是当单片机与按键连接的IO口读入信息为0时， 代表该功能键被按下。

1.2.4 蓝牙通信设计

本系统采用SPP-C模块作为系统和上位机的通信模块， 通过SPP-C模块用户可通过手机蓝牙连接小车， 并使用APP控制小车的前后左右的移动。SPP-C蓝牙模块是一款专为智能无线数据传输而打造， 遵循V2.1+EDR蓝牙规范。该模块支持UART接口， 并支持SPP蓝牙串口协议， 具有成本低， 体积小、功耗低、收发灵敏性高等优点， 只需配备少许外围元件就能实现其强大功能。

1.2.5 热释电模块设计

本设计采用的人体感应传感器是HC-SR501， 该传感器是基于红外线技术的自动控制模块， 采用德国进口的LH1778探头设计， 灵敏度高， 可靠性强， 具有超低电压工作模式。

1.2.6 LED驱动模块设计

系统LED驱动电路由一个程控直流斩波电路组成， 其原理是：LM358组成比较电路， 比较电路反向输入端连接一个调压电路， 调压范围0～4.95V， 正常使用时可将电压调到3V， 正向输入端连接单片机的PWM输出端， 比较器的输出端的输出与PWM波形同步且峰值为12V。为了获得足够的输出功率， 在运放的输出端加一个功率三极管， 且因UB=UC， 所以三极管处于开关状态， 输出波形仍然和单片机输出的PWM保持同步。

1.3 软件设计

1.3.1 小车台灯控制器软件设计

下位机软件的主程序的各控制寄存器的初始化、蓝牙控制子程序、按键控制子程序、小夜灯控制子程序、PWM输出子程序5部分组成。其中除了程序初始化部分， 其他部分子程序在工作过程中使用扫描执行的方式。

1.3.2 手机控制软件设计

手机控制软件使用的是一款自主设计的蓝牙控制软件， 其主要特点是使用方便， 界面简洁、生动。当按下相应按钮后， 手机就会按照事先定义好的协议向台灯发出控制指令。具体功能如下：按住中间的“蓝牙连接”可从菜单中找到智能台灯， 并与其连接;按下右边的加号可以增加台灯的亮度;按下左边的减号可以降低台灯的亮度;按下中间靠左的电源按钮可以打开台灯， 并使台灯达到中等亮度;按下中间靠右的月牙形按钮， 可以打开小夜灯功能;调节左上角的拨码开关可以设定定时时间， 设定好定时时间后， 按下右边的闹钟形状按钮则可开启台灯的定时功能。

参考文献

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