随着科技发展,人们需要用到手机、电脑等电子产品的地方越来越多,但视力变得越来越差。社会发展速度越来越快,学业任务,工作任务越来越多。长时间办公也越来越而频繁。为了保护眼睛,缓解视疲劳,设计一款通过调节亮度,调节色温色差的台灯来帮助实现多种办公场合下的应用。现在市面上都是手动调节亮度的台灯,缺少一种可以随外界光照、个人喜好等因素进行全自动调节的智慧护眼台灯。
国家正在逐步推动智能化、数字化城市的发展,加强信息化建设,逐步为中国的物联网行业,智能家居行业发展过程中提供一定的帮助,在国家大力扶持的条件下,智能家居会逐步迎来下一个发展的重要阶段。智能家居照明系统主要应用于家居、安防、娱乐系统、灯光等住宅情景模式。通过为家居终端产品配套智能控制系统,家居终端产品的高度、延伸性可以调节满足不同家庭成员的需求。智能照明可达到安全、节能、舒适、高效的目的,因此智能照明在智能家居领域有较好发展前景。
本文设计的护眼台灯,可以随着外界环境变化而自动调节亮度,色温色差的台灯,可以选择喜好的亮度和颜色,同时做到手机端智能操控,智能交互,实现远程控制外接负载,便于满足多种办公场所的需求;采集环境温湿度数据,实现物联网功能,让科技点亮生活。
1 智能护眼台灯的特点
本作品通过调节色温色差,调节光照强度达到护眼效果,并且可以连接手机APP智能无线远程控制,具有时钟显示、设定闹钟,滚动显示文字,设制番茄钟辅助效率管理等功能,是一款全自动随外界亮度、时间等要素调节色温色差的多功能智慧护眼台灯。可应用于大多数学习办公场所。
2 系统硬件电路的设计
系统硬件电路框图如图1所示。该智能护眼台灯控制模块以单片机STC89C52为主控芯片,以ESP-8266WiFi模块为辅助元件,外围模块主要由时钟显示模块、计时器显示模块、汉子滚动模块、灯光控制模块等组成,ESP-8266WiFi模块进行温湿度数据采集,并驱动外接负载模块。联网后,将传感器的数据发送到云平台,并传输到手机软件实时显示,实现了台灯的智能化控制。控制系统的电路原理图如图2所示。
2.1 护眼台灯控制器(CPU)
控制器(CPU)采用的是STC公司的STC89C52单片机,是一种高效微控制器,作为台灯的主控制器,是核心部分,通过编制相应的控制程序,驱动外界负载。ESP-8266是Wi-Fi串口模块,可通过Arduino编程开发,接入云平台,连接到手机软件做辅助控制器。
2.2 数据采集电路
台灯的数据采集电路由温湿度传感器模块、光敏电阻模块、超声测距模块、手机应用模块组成。传感器将所测出数据通过ESP-8266WiFi发送云端,手机应用通过互联网可以实时显示温湿度数据;光明电阻实时检测环境光线变化,并控制电流变化,实现控制光照强度的效果。超声测距模块实时检测用户位置信息,并返回主控器进行判断,提醒用户注意矫正坐姿。
2.3 数据输出电路
台灯的数据输出电路由时钟显示模块、计时器模块、蜂鸣器模块、汉字滚动提醒模块、灯光控制、温湿度显示模块构成,时钟显示模块使用LED点阵显示屏,显示时间(时-分-秒),也可以循环显示星期和日期,时钟显示部分由ESP-8266芯片控制,联网自动校准;计时器模块,可设定任意时间的闹钟和番茄钟,计时结束时蜂鸣器发出警报,可以设置久坐提醒,提示用户要注意劳逸结合,汉字显示器将滚动显示提示汉字,达到提示用户的作用。灯光控制模块,使用RGB-LED灯,手机应用控制彩灯的颜色,控制色温、色差和亮度强弱,用户选择喜欢的亮度和颜色。温湿度显示模块利用OLED显示屏,接通温湿度传感器,每各0.5更新数据,实时显示。
3 智能护眼台灯的软件设计
3.1 系统辅助程序设计
辅助程序流程图如图3所示。接通电源,物联网模块自动WIFI联网,连接手机,进行远程无线控制,智慧开关,可以通过智能家居的语音控制,也可以利用手机语音助手控制、手机应用控制,实现语音开关控制、手动开关控制、红外开关控制三种方式控制。时钟显示模块接通,时钟显示部分由ESP-8266芯片控制,联网后自动校准,显示时间(时-分-秒),循环显示日期,星期。使用RGB-LED灯,手机应用控制彩灯的颜色,控制色温色差、和台灯的亮度强弱,用户选择喜欢的亮度和颜色。温湿度传感器将数据通过ESP-8266WiFi模块上传云平台,发送到手机APP上,实时显示室内温度和空气湿度。通过内置程序,室温过高时,自动开启外接负载小风扇,智能降温;在室温正常时,风扇自动关闭。采集并判断湿度数据,自动控制加湿器等,实现以智慧护眼台灯为中心的智能家居功能。
3.2 系统主程序设计
主程序流程图如图4所示。电源启动STC89C52单片机,控制台灯点亮光敏电阻检测到环境光线变化,自动调节电流大小,控制灯光亮度强弱,达到护眼效果;计时器计时模块,可设定任意时间的闹钟和番茄钟,计时结束时蜂鸣器发出警报,可以设置久坐提醒,提示用户要注意劳逸结合,汉字显示器将滚动显示提示汉字,达到提示用户的作用。超声测距模块,检测用户位置信息,并返回主控器进行判断,提醒用户注意矫正坐姿,达到保护视力矫正坐姿效果。
4 结论
本文研究的护眼台灯,通过STC89C52单片机和ESP-8266WiFi模块相结合的方式,实现智能联网,控制外部负载,通过算法自动控制RGB-LED灯的亮度和颜色,实现了随时间自动调节色温色差功能,达到护眼效果。通过传感器的数据采集,数据分析后自动控制负载状态。通过超声测距模块,分析处理用户位置信息,提醒用户矫正坐姿。实现了护眼台灯的多功能使用,具有很强的通用性和功能扩展能力,适合多种办公场合下的应用。
本文创新点:通过ESP-8266WiFi模块联网到云平台,接入智能家居系统,连接多项负载,实现手机软件控制,语音控制,红外开关控制三种方式,智能处理传感器数据,自动控制外接负载状态,实现物联网功能。采用光敏电阻和RGB-LED的功能结合,实现色温色差变化和氛围灯效果,通过内置编程程序,自动调节光照强弱。
参考文献
[1]艾生辉,王泽华,温军基于单片机的多功能护眼灯[J]科技创新与应用,2017(30):25~27
[2]戴日章,吴志勇基于AT89C51单片机的超声波测距系统设计[J].计量与测试技术,2005(2):17-19.
《物联网智能家居护眼台灯设计》来源:《电子制作》,作者:王成旭; 陈燕慧; 许崇阳