基于STC12单片机的智能台灯设计

基于STC12单片机的智能台灯设计
宋超+杨哲铭+孙世鹏+张聪聪
摘要：为了实现低成本，高性能的家庭智能照明设备，现提出一种以STC12单片机为芯片，并以超声波传感器为基础的智能台灯。

该项目采用OLED可以实现屏幕菜单化，并可进行多功能选择。

可实现定时开关灯和闹钟功能。

在自动模式下，有人在其旁边并且光强较弱时，台灯可自动开启，并且台灯亮度可随周围光强的变化而变化。

当台灯周围没人时，台灯自动熄灭。

当人与台灯距离过近时，台灯发出警告。

另外，该项目还可以实时检测周围的温度和人与台灯之间的距离。

这样既节能环保，又为使用者提供了极大的便利。

关键词：STC12；台灯；单片机；智能化；超声波
TP311 ：A ：1009-3044（2017）29-0155-02
Abstract： In order to realize the low cost and high performance home
intelligent lighting equipment， it puts forward a kind of intelligent table lamp based on the STC12 sensor.The project can be achieved using OLED screen menu， and can be multi - function selection.Timing switch lights and alarm clock function can be achieved.In the automatic mode， when the light intensity is weak， the lamp can be automatically turned on， and the brightness of the lamp can be changed with the change of the surrounding light intensity.When no one around the table lamp， the lamp automatically extinguished.In addition，
the project can also detect the ambient temperature and the distance between people and the table lamp.This energy saving and environmental protection ， but also to provide users with great convenience.
Key word： STC12； Table lamp； Singlechip； Intellectualization； Ultrasonic
1 概述
台灯现已成为学习者必不可缺的学习工具。

[1]由于手机以及电脑的普及，受其辐射的影响，现众多中小学生就已经离不来眼镜，作为学习的必备工具—台灯，更要注意保护学习者的视力这一问题。

一是从台灯的光线考虑，使用对眼睛伤害最小的光线，并通过调节光线来保护视力；二是从使用者的使用时间考虑，利用定时开关来提醒使用者休息。

另外，在社会极力倡导低碳环保的理念下，设计者也要考虑节能环保。

[2]在使用过程中，有许多时候使用者因忘记关台灯而无形中浪费了许多能源，可以通过感应人是否在台灯周围来控制台灯亮
灭，这样就可以减少因为使用者的遗忘而造成的不必要的能源损失。

2 系统组成
该项目主要由硬件部分和软件部分组成。

其中，硬件部分通过STC12单片机来控制超声波传感器和蜂鸣器从而实现自动开关和矫正坐姿的功能。

通过控制OLED显示屏和独立按键来实现屏幕菜单化的多模式选择功能。

通过控制AD转换芯片和独立按键来实现手动模式下的LED亮度等级选择。

另外，通过控制温度传感器，可以在显示屏上实时显示周围温度，时间和人与台灯之间的距离。

还可以通过模式选择来进行定时，校时。

当人体靠近台灯时，达到超声波传感器的检测距离，台灯会自动打开，并根据周围的光照强度自动进行亮度的调整。

当人体距离台灯过近时，蜂鸣器会发出报警声以警示使用者调整坐姿。

使用者还可以进行定时学习，设立闹钟，进行自动模式和手动模式的切换。

软件部分主要由KEIL软件和C语言编写完成。

3 硬件电路设计
该项目采用STC公司生产的STC12C5A60S2作为微控制器[3]。

该芯片不但和8051指令、管脚完全兼容，而且其片内的具有大容量程序存储器且是FLASH工艺的，如STC12C5A60S2单片机内部就自带高达60K FLASHROM，这种工艺的存储器用户可以用电的方式瞬间擦除、改写。

而且STC系列单片机支持串口程序烧写。

显而易见，[4]这种单片机对开发设备的要求很低，开发时间也大大缩短。

写入单片机内的程序还可以进行加密，这又很好地保护了你的劳动成果。

它还是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051單片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8-12倍。

内部集成MAX810专用复位电路[5]，2路PWM，8路高速10位A/D 转换（250K/S），针对电机控制，强干扰场合。

采用超声波传感器作为检测装置，它是将超声波信号转换成其他能量信号（通常是电信号）的传感器。

超声波是振动频率高于[6]20KHz 的机械波。

它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。

超声波对液体、固体的穿透本领很大，尤其是在阳光不透明的固体中。

超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射成回波，碰到活动物体能产生多普勒效应。

相比红外传感器，它具有灵敏度高，受温度和光照影响较小等优点。

该项目由STC12单片机，超声波传感器，AD转换芯片，ULN2803功率转换芯片，OLED显示屏，光敏电阻，贴片式LED，滑动变阻器，独立按键，蜂鸣器和温度传感器组成。

如图1所示。

采用STC12为主控芯片，相比STC51有着更快的处理速度和更大的存储空间。

同时用ULN2803实现功率的放大从而使LED的亮度更大。

因为人体红外传感器[7]在测试时效果并不好，存在灵敏度差，检测不准确等缺点。

所以该项目采用了灵敏度比较好的超声波传感器
进行人体检测，硬件整体构架图如图2所示。

endprint
另外，它通过光敏电阻来实现LED亮度的自动调节，并通过AD转换芯片，滑动变阻器和独立按键来实现手动控制LED的亮度。

它还加入了温湿度传感器和蜂鸣器，这样屏幕上可以实时显示周围的温度，当温度超标或者人体离台灯过近时[8]，蜂鸣器会报警。

OLED显示屏可以实现屏幕的菜单化和多模式选择，为使用者提供了很大的便利。

如图3所示。

4 软件程序设计
根据智能台灯的工作原理，使用KEIL软件和C语言[9]，完成了项目软件的设计。

当使用者靠近台灯时，超声波传感器接收到回波并把信号传给主控芯片从而实现LED灯的亮灭。

为了实现更好的自动调光功能，我们采用了PWM输出方式。

并为了减小误差，当芯片采集了10组数据后并求平均值，然后根据平均值来进行亮度的调整[10]。

这样防止了因某一次意外的环境亮度变化而对台灯产生的影响，大大提高了使用者的使用效率。

软件功能实现流程如图4所示。

5 结论
目前市面上的智能台灯大多价格比较高，制约了智能台灯的普及。

该项目采用STC12单片机和超声波传感器为基础，使用的材料价格低廉。

并利用温度传感器测试室内温度，起到了温度计的作用；显示屏上还显示了时间，起到了钟表的作用。

这样一台智能台灯相当于三件设备，该台灯为多功能的智能台灯。

最重要的是，该智能台灯可实现定时亮灭，自动调节亮度，保护了使用者的视力；并且实现人走灯灭这一功能，体现节能环保的思想。

该智能台灯真正做到了节能、实用、价格低廉，是值得大力推广的智能化产品。

参考文献：
[1] 魏炽旭.基于51单片机的智能台灯设计[J].电子制作，2017，16（1）：40-41.
[2] 徐全林.基于蓝牙控制的智能台灯系统设计[J].科技创新与应用，2017，13（9）：57-58.
[3] 郭天祥.新概念51单片机C语言教程[M].北京：电子工业出版社，2008.23-28.
[4] 郭鹏程.基于51单片机的智能台灯设计[J].科技展望，2016，14（11）：171.
[5] 肖雅金.基于STC89C52的智能台灯软件设计[J].电脑知识与技术，2017，23（2）：248-250.
[6] 徐安安.基于STC系列单片机对智能LED台灯调光系统设计[J].照明工程学报，2016，
11（6）：88-93.
[7] 蒋雪琴.可调光智能LED台灯设计[J].电脑迷，2016，18（3）：76.
[8] 魏星.基于单片机设计的智能LED台灯设计[J].中国新技术新产品，2015，15（20）：8.
[9] 刘宏志.智能LED台灯设计[J].电子世界，2015，19（16）：155-156.
[10] 羅旭.一种基于单片机的智能型多功能台灯设计[J].信息通信，2014，24（12）：52-53.endprint
-全文完-。