基于单片机和Wifi技术的智能台灯设计

摘要 ：本文主要介绍了基于单片机AT89C51和Wifi技术的智能台灯的硬件和软件设计。该智能台灯具有根据当前光线自动调节灯光亮度的功能，还可对用户使用台灯时处于非正常的距离和姿态时给予报警提示，用户可以随时通过手机app查询智能台灯的报警记录数据，从而督促用户保护视力。

关键词 ：单片机；Wifi技术；智能台灯；护眼灯

引言

近视眼疾严重损害了个人健康成长，尤其困扰着学生群体。近视的主要原因是不健康的用眼习惯，比如阅读时灯在不正常范围，不正确的学习姿势或疲劳用眼。

目前市场上可用的灯调光器主要根据用户的需求，选择光强度，改变灯的亮度，虽然节省电力，但没有预防近视的功能。保护视力、矫正坐姿已经成为了一个台灯重要的功能，也是造福于大众的功能。智能台灯可以根据光线情况调节台灯的亮度，也可以在用户学习时检测用户的距离和位置，并及时提醒用户保持正常距离、纠正坐姿。随着智能手机和app的普及，为了给用户有更好的使用体验和数据查询分析，智能台灯还提供通过手机app查询报警记录数据的功能。

1、整体系统方案设计

智能台灯主要由AT89C51单片机和外围电路构成，如图1所示。

图1 智能台灯整体方案框架

本系统方案主要由以下部分组成：

（1）传感器和信号处理部分：包括热释电红外传感器、光敏电阻和信号处理电路。

（2）89C51单片机构成的微控制部分：负责处理信号和控制蜂鸣器和灯光电路、与Wif模块的通信。

（3）蜂鸣器提醒电路和照明控制电路。

（4）Wifi模块：89C51单片机可通过Wifi模块与手机app连接通信，将保存的报警记录数据发送给手机app。

2、硬件系统设计

硬件系统主要包括AT89C51单片机、热释电红外传感器、Wif模块以及光敏电阻、信号处理电路和控制电路。        

2.1 AT89C51单片机

AT89C51的闪烁4k字节可擦可编程只读存储器(FPEROMFalsh可编程和可擦只读存储器)，低压，高性能CMOS8微处理器，通常被称为微控制器。该设备使用ATMEL高密度非易失性内存制造技术制造，兼容行业标准通过mcs-51汇编语言指令集和输出插脚。自从多用8位CPU和闪存结合在一个单一的芯片，ATMEL单片机AT89C51高效，AT89C2051删减版。

2.2 HC-SR501热释电红外传感器

热释电红外传感器主要是由一种高热电系数的材料制成探测元件。在每个探测器内装入一个或两个探测元件，并将两个探测元件以反极性串联，以抑制由于自身温度升高而产生的干扰。由探测元件将探测并接收到的红外辐射转变成微弱的电压信号，经装在探头内的场效应管放大后向外输出。HC-SR501传感器是基于红外线技术的自动控制产品，灵敏度高、可靠性强、超低功耗，超低电压工作模式，广泛应用于各类自动感应电器设备。

2.3 ESP8266无线Wifi模块

Wif是一种短程无线传输技术，能够在数百英尺范围内支持互联网接入的无线电信号。Wif技术的覆盖范围广、输速度非常快，可以达到54mb/s(802.11N可以达到600Mb/s)，符合个人和社会信息化的需求。ESP8266是一款性价比较高的Wifi模块，支持无线802.11 b/g/n 标准；支持STA/AP/STA+AP三种工作模式；内置TCP/IP协议栈，支持多路TCPClient连接；支持UART/GPIO数据通信接口。

2.4 其他

光敏电阻，也被称为光管道常用的材料硫化镉的生产，除了硒硫化、硫化铝、铅和硫化铋等材料。生产材料辐照光有一个特定的波长，电阻迅速降低的特点。信号处理电路，将传感器探测到的模拟信号转换为数字信号，并发送给单片机。控制电路包括蜂鸣器报警电路和灯光亮度控制电路。

3、软件系统设计

软件系统主要包括智能台灯自动调节亮度、自动发出坐姿报警以及通过手机查询报警数据的软件流程设计。

图2 智能台灯控制灯光亮度流程

3.1 根据光线情况自动调节台灯亮度

利用光敏电阻的特性，单片机可以检测当前的光线亮度情况，从而调整台灯灯光的亮度，达到保护眼睛的效果，处理流程如图2所示。

3.2 自动检测坐姿并发出警报

智能台灯可以在用户学习时检测用户的距离和位置，并及时提醒用户离灯光不要太近、纠正坐姿，直到用户纠正到完全正确。利用热释电红外传感器，单片机检测用户是否处于正常距离和位置，若正常，则继续检测；若非正常，则通过蜂鸣器报警，并将报警原因和时间记录下来，统计报警数据。单片机检测及报警流程如图3所示。

3.3 手机app查询近期报警记录数据

随着手机的普及，基于手机系统开发了app，实现与智能台灯的交互。用户可将手机wifi连接到智能台灯，并打开相应app，可查询近期警报统计情况，从而提醒自己更好地纠正坐姿，减少警报。查询流程如图4所示。

4、结语

台灯是一般家庭的生活必需品，目前国内市场台灯的设计大多只采用简单的调光电路。本智能台灯，能自动调整台灯亮度，能及时提醒用户纠正坐姿，防止近视。还可以保存警报记录数据，用户可通过手机app查询近期警报统计情况，从而提醒自己更好地纠正坐姿，减少警报。本智能台灯经实验验证具有软硬件设计简单、成本较低、操作方便等特点，具有较大的应用推广价值。