基于单片机的智能LED台灯设计
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摘 要 20世纪80年代末，在美國出现了现代智能家居的原型，90年代中期，随着国内电子技术的成熟和集成电路技术的发展，智能家居在国内逐渐发展起来，开始走进大部分家庭，改变人们的生活方式，提高生活质量。同样，日常生活中必需的台灯也正朝着智能化方向发展，为此，提出新型智能LED台灯设计。本设计单片机为控制核心，通过硬件系统和软件编程综合实现，以实现智能台灯。
关键词 单片机 智能
中图分类号：TP721 文献标识码：A
本台灯设计有多种功能，能够检测感应范围内人体，并自动点亮或者熄灭，台灯具有自动感应和手动调节两种调节模式，能显示当前日期、时间，显示当前屋内温度，还具备闹铃提醒功能。硬件部分由单片机控制模块、台灯模块、时钟模块、温度模块、按键模块、闹铃模块、显示模块、红外传感8个模块构成。单片机控制芯片采用STC89C52，温度传感器选用DS18B20芯片，显示模块采用LCD1602液晶显示，时钟模块采用DS1302时钟芯片，检测人体用BIS0001红外热释传感器，闹铃利用蜂鸣器发声实现，台灯模块采用16颗高亮度白光LED。软件部分采用单片机C语言编程控制，从而实现了控制功能。
1系统的硬件设计
1.1人体感应模块的设计
BIS0001芯片是一款具有较高性能的传感信号处理集成电路芯片，是由内部运算放大器、状态控制器、电压比较器、封锁时间定时器、延时定时器等，构成的数模混合专用集成电路。人体红外感应模块特点包括：全自动感应、光敏控制（可选）、功耗较低、工作电压范围宽、高电平信号输出以及与各种电路对接起来非常方便。
1.2显示模块电路设计
本台灯显示器需显示时间、温度、模式及亮度等级，综合分析采用LCD1602液晶显示屏， 能显示2行十六个字符，显示功能强大， 且外形美观视觉效果良好。LCD1602接口为标准的16脚接口。
1.3照明模块电路设计
本设计采用16颗LED 作为发光系统，每颗LED和一个1K的电阻串联，电阻起到限流作用。通过自动控制或者按键K4、K5调节PWM输出以达到调节光亮度的效果。输入/输出均采用低电平有效方式，也就是说给相应的输入/输出低电平LED工作。
1.4温度模块电路设计
本台灯设计选用DS18B20温度传感器。DS18B20具有性能较强，功耗较低的优点，接线简单，方便使用，同时价位较低，在一些对精度、实时性要求不是特别高的场合被广泛采用。其技术特点包括：（1）采用单线接口，便捷高效。与单片机进行双向数据交换时，不需要其他复杂的接线，只需连接一条口线便能实现;（2）存在固有测温误差，测温范围-55度至+125度;（3）支持多点组网功能，多点测温;（4）工作电压为直流3V至5V;（5）不需要任何外围元件，可单独使用;（6）以9至12位数字量方式串行传送测量结果。
1.5闹铃电路设计
闹铃模块是由一个蜂鸣器实现，设计中利用一个PNP型三极管和蜂鸣器连接，主要作用是为蜂鸣器提供一个驱动，使蜂鸣器工作为高电平有效，即P07口为高电平时蜂鸣器发声提示。对该蜂鸣器，只需在其所接的I/O口写“1” 便可实现它的蜂鸣。在编写程序时为其加个延时，即可形成闹铃声。本设计采用 “嘀嘀嘀”的普通闹铃声，通过数组来存储闹铃的值。
1.6时钟电路设计
本设计时钟模块采用DS1302时钟芯片。DS1302是由DS1202改进而来的，增加了以下的特性：双电源供电，当主电源无法供电时，由后备电源进行供电;此外，增加了七个字节的存储器。DS1302的功能特性使其具有较强的竞争力，应用领域较广。
2系统的软件设计
本设计采用C语言进行编程。C语言是一门通用计算机编程语言，应用广泛。C语言的设计目标是提供一种能以简易的方式编译、处理低级存储器、产生少量的机器码以及不需要任何运行环境支持便能运行的编程语言。
系统上电初始化后，人体检测模块检测屋内是否有人，或者按键是否按下，根据检测的信号，LED开始工作。通过按键模块可以调整时间、设置闹铃、调节光亮度以及切换模式。设置了年月日，时分秒几个参数的计数，单片机根据按下的键进行相应的操作。按键均采用低电平有效的连接方式，选择控制模式（即控制台灯的工作模式，手动模式或者感应模式）由按键K1实现，对时钟进行调节，并设置闹铃由按键K2到K5实现，调节台灯的亮度由K4（台灯变亮）和K5（台灯变暗）实现。
3总结
本设计的思想来源于当前对节能、环保、健康的生活要求，以及智能家居应运而生。设计采用新型光源LED照明，较好的解决了当前市场上台灯大多功能单一，缺少亮度调节、温度显示等功能，无法适应现代家居生活的弊病，同时更加节能环保，也更加便捷，结论如下：
（1）台灯采用采用16颗高亮度白光LED，比传统白炽灯电光转化率更高，因此更加节能，同时，相比之下LED使用寿命更长，而且不易被损坏，从而减少了废弃物的产生，符合环保要求;
（2）设置了自动和手动两个模式，自动调节可根据光强调节台灯亮度，让台灯随时保持合适亮度;手动调节能让台灯保持在设定亮度不变，用户可根据习惯选择自动或者手动模式;
（3）通过人体红外感应，当有人且亮度较低时，台灯自动点亮，省去了摸黑开灯的不便;人走后延时几秒台灯自动熄灭，节约了能源同时更加人性化;
（4）显示器显示当前时间、日期，屋内温度，台灯模式，台灯亮度级别，使用户操作起来更加便捷。同时用户还可根据需要设置闹铃，到点即提醒用户，以更好的保护视力。
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