基于单片机的智能护眼灯的设计

1、基于单片机的智能护眼灯的设计摘要】进入21世纪以来，随着科学技术的不断进步和开展，电子科学技术的开展也呈现出前所未有的迅猛，电子科学技术在世界范围内的也引起极大关注，成为世界各国都十分重视的一项科学技术，单片机作为其中一种重要的组成局部，自上个世纪七八十年代以来，也已经由当时仅有的4位、8位单片机，开展到现在的300M的高速的单片机。单片机也已经被应用在我们日常生活的各个领域中，在我们的学习和工作生活中，台灯陪伴着我们，已成为每家每户都需要的生活必需品，但很多台灯的设计非常简单，已经适应不了人们的需要，因此，在这个时候利用单片机来进行台灯的设计，设计出智能化的护眼灯就能解决很多问题。本文针对目

2、前大多数人使用台灯时出现的问题进行了研究，利用单片机技术设计了智能护眼灯，简要的阐述了本设计的主要内容。【关键词】MSP430单片机;智能护眼灯;光电传感器;红外传感器随着科学技术的不断开展，电子产品也在朝着智能化的趋势不断开展，家用电器也是。智能化护眼灯有着许多传统台灯所无法比较的优点，能够给人们的日常生活带来极大的便利，满足人们对台灯的新的需要，纠正许多传统台灯对人们身体产生的不良影响。因此，利用MSP430单片机技术对智能护眼灯进行设计就显得尤为重要，对人们生活产生深远影响。1.传统按键台灯存在的缺点和弊端1.1灯光亮度存在问题现在市场大多数台灯都还是传统的按键台灯，按键台灯使用的发光体

3、一般都只是普通的荧光管或LED，灯光亮度存在很大问题，即亮度不能随着环境的变化而自动进行调节，经常存在光线过弱或过强的弊端，有时还会出现频闪现象，无法发挥台灯照明的真正作用。如果人们长时间的、连续的使用台灯，就会使人们的眼睛产生巨大的疲劳感，久而久之便会造成视力的下降。1.2按键台灯使用起来不方便现如今市面上的台灯即使是护眼台灯，其还是只能使用手动的方式对亮度进行调节，且档位通常只有简单的三档，无法根据现实的亮度环境进行调节，使人们使用起来极其不方便。而且按键台灯对于人们在黑暗时想开灯的话，还需要在黑暗中去摸索灯，令使用者用起来很麻烦。由于按键台灯需要人们通过手动来进行操作，然而手动的方式往往

4、会使人们忘记关灯，长时间之后就会造成电能浪费的现象。1.3按键台灯耗电量大传统台灯通常是以日光灯为主，耗电量在几瓦到几十瓦之间，十分大，不符合现如今社会环保和节能的需求。2.设计智能护眼灯的重大意义和原理2.1智能护眼灯的重大意义2.1.1在节约电能方面的意义我国政府非常重视对能源的节约，而且国家已经从法律上规定了“节能。根据近几年的数字统计上来看，我国在照明上所用的电量大概为全国总发电量的10%12%，这是一个非常惊人的数字，由此可以知道我们在照明上的耗电量有多大。因此，我们要及时采取行动，节约在照明上所使用的电能。智能护眼灯的最突出的优点就是省电和方便。方便就不必多说，省电节能是比较重要的

5、，现在在世界范围内电能都是短缺的。我国同样也不例外，在目前我国的电能储藏上，每到夏天用电顶峰就会有很多省市进行拉闸限电以缓解电能供应的短缺。如果将传统的按键台灯换成节能护眼灯，假设每个人一天减少10分钟的开灯的时间，节能护眼灯上装了10W的灯泡。一天节省的电能为6000J，一个月就能节省180000J，一年就能节省2190000J的电能，相当于0.6千瓦能。如果全国人都能行动起来，那么每年全国将会省下7.8亿千瓦时的电能。当然，在节能背后更重要的目的和作用那么是对于环境的保护。众所周知，我国目前有70%的电能而火力发电厂进行发电就会导致二氧化碳的不断排放，节省电能就相当于能减少CO2的排放，C

6、O2排放量的减少就能在一定程度上缓解温室效应，从而缓解自然环境的持续被污染。所以，智能护眼灯在节约电能的同时也促进了对自然环境的保护。2.1.2对使用者眼睛的保护及坐姿的调整近几年来，我国青少年近视的概率不断增加，患近视病的人数居高不下，目前我国已经成为世界青少年第一近视国。因此，对青少年的视力问题引起重视、采取措施对青少年近视眼进行防治就显得十分重要且必需。目前我国共有四亿多近视眼患者，近视眼的患病率逐渐趋向低龄化，严重危害着我国青少年的健康成长，同时也对我国进行高素质人才职业的培养和筛选产生了很大的不利影响，缩小了特殊从业人员的选取范围，更是对我国实现健康目标产生了巨大阻碍。对于近视眼病的

7、防治是一个大难题，在我国目前的医学和科研技术水平来说，还没有能够治愈近视眼的有效药物和方法。学生患上近视眼病除了无法防止的遗传方面的原因，还有很多导致近视的根源，防治工作必须从诱发近视的根源做起，才能真正做到防止。我国中小学生之所以出现这么严重的近视问题，其中一个最重要的原因就是因为他们平时在灯下学习或做作业的时候坐姿不端正，又离光源太近而导致了视力下降，长时间以来就造成了近视眼。目前市场上的传统台灯根本上都没有防止近视的功能。为了使广阔中小学生在台灯下看书或者做作业时能够离灯远一些，我们设计了一种智能护眼灯。如果人离灯过近，小于规定的距离，灯光就会自动的慢慢变暗直至熄灭，同样的，如果人离灯已

8、经远离了规定的距离，灯光就会自动变亮。这种智能护眼灯可以在使用者姿势不端正或者距离台灯太近的时候，通过令灯光自动的慢慢的变暗来提醒你纠正姿势，直到坐姿完全正确为止。从而使人们形成正确的坐姿，保护好眼睛，防止近视。护眼灯的这个功能是护眼灯根据人体探测电路的输出信号来控制的，又或者人们在晚上工作学习太累不小心趴着睡着了，护眼灯的传感器会检测到人体离光源太近，然后会提醒电路暗灯在单片机程序的控制下自动关掉灯，同时起到了省电的作用。2.2智能护眼灯的设计原理2.2.1护眼原理本文所设计的护眼灯主要是由单端荧光灯和灯具两大局部组成。单端荧光灯为节能灯。这种护眼灯所采用的变频电子镇流器，能够将电频率由50

9、Hz提高至5500Hz，以减少频闪，采用三基色荧光粉，减少了炫光效应，使护眼灯的光线变得柔和而且不刺眼，使人眼感受不到频闪，不会觉得不适，通过这样来减轻眼睛的疲劳感。普通的传统台灯在50赫兹的交流电状态下正常工作的时候，每秒会闪烁100次左右，如此高的闪烁频率只靠人的肉眼是感受不出来的，但是对人眼却存在的极大的伤害。如果长时间使用台灯，再加上用眼的方法不妥当和不注意用眼卫生，就很容易会导致近视。护眼灯的设计就是将原本传统的普通台灯的50赫兹的电频率提高到40000-55000赫兹，这样就能够使台灯每秒的闪烁频率得到大幅度的下降，从而对人的眼睛起到保护作用。2.2.2节能原理现阶段我国已经有了半

10、导体环保节能护眼灯，这种护眼灯的设计是将发光二极管作为光源，还有专门设计的外形结构，这样能够最大限度地利用光的效率。这种设计又根本上消除了频闪效应，使得护眼灯不会对人的视力造成损害，同时，还能节省电能。3.利用单片机对智能护眼灯的设计的主要内容3.1系统总体结构和工作过程以单片机MSP430G2553作为中心控制芯片，用热释电红外传感器BISS0001检测是否人进入使用护眼灯规定的距离，用光敏电阻判断有人在使用护眼灯范围时周边的环境是否需要开灯。本设计主要运用了传感技术、光检测技术，使护眼灯能够根据使用环境中是否有人和环境补光的亮度等，来实现护眼灯的开关的自我控制及照明亮度的自我调节。图1整个

11、系统是在单片机MSP430G2553的控制之下进行工作的。系统的工作过程为：当室内环境的光照发生变化时，光敏电阻的阻值也会发生变化，单片机接收到的电压值也会相应的发生变化。热释电红外传感器探测比较远的距离，当有人进入到传感器的探测范围内且光线强度较弱时，MSP430G2553会接收并且处理传输到的信号，启动灯光控制电路，使护眼灯开始逐渐变亮。当人离开了传感器的探测范围时，护眼灯就会逐渐变暗直到熄灭。3.2系统硬件各模块的具体功能3.2.1MSP430G2553单片机模块MSP430单片机系列的超低功耗微控制器包含多种元件，这些元件拥有很多面向多种特殊应用的不同外设集。为了延长便携式测量应用中所

12、用电池的寿命，对这个含5种低功率模式的结构进行了优化和升级。MSP430G2x13和MSP430G2x53系列是超低功耗混合信号微控制器，具有内置的16位定时器、多达24个支持触摸感测的I/O引脚、一个通用型模拟比较器以及采用通用串行通信接口的内置通信能力。MSP430G2553单片机还具有许多令人称赞的重要特性，如：拥有低电源电压，这个单片机的电压范围为：1.8V到3.6V之间;超低能耗，当其处于运行模式时，功耗仅为230A，2.2V，当它处于待机模式时就只剩0.5A，关闭模式时为0.1A。将MSP430单片机应用于护眼灯中，它将会有五种节能模式，而且将护眼灯从待机模式唤醒的时间非常之快，仅

13、为不到1S。3.2.2BISS0001人体红外感应模块：即热释电传感器室内是否有人的检测工作主要由热释电红外线传感器和BISS0001信号处理芯片来完成。红热释电红外传感器只对红外线波长为10m左右的人体辐射产生反应，也就是说，如果有除了人体之外的其他东西在传感器的探测范围内，也不会造成传感器的探头的运行。探头由两个串联或并联的热释电元所组成，它们制成的两个电极化的方向刚好相反，对环境的辐射的反应也根本上相同，所以这能够使它们产生的释电效应得以互相抵消，因此，探测器就没有信号输出。但如果有人进入了传感器的探测范围之内，人体红外辐射就会通过局部镜面被聚焦，并被两个热释电元所接收，但是它们所接收到

14、的热量是不同的，热释电荷也不同，因此它们就无法互相抵消，在这时，探测器就会向单片机输出信号。利用红外传感器这个功能来设计护眼灯，能够自动、快速地开启护眼灯，方便使用者的使用。3.2.3光敏电阻检测室内环境本身的亮度的工作就要依靠光敏电阻来进行了。光敏电阻又被称为光导管。用于制作光敏电阻的硫化镉、硒等材料在特定波长的光的照射下，阻值会迅速下降，正是由于这一特性才用它们来制作光敏电阻器。而阻值下降的原因是因为室内环境的光照所产生的载流子都会参与导电，在电场的作用之下，电流就会进行漂移运动，电子就会跑向电源的正极，因此造成了阻值的下降。光敏电阻的工作原理主要如下：在半导体光敏材料的两端上分别装上电极

15、引线，并将其封装在有透明窗的管壳里，这样就构成了光敏电阻。在制作的过程中通常将材料用涂敷、烧结的方法在绝缘衬底上制作出光敏电阻体，然后接出引线，封装在透明的密封体中，这样做的目的是为了防止光敏电阻器受潮，影响到它的灵敏度。处于黑暗的环境下，光敏电阻的阻值就会很高。当光敏电阻受到环境中光的照射时，只要光子的能量大于半导体光敏材料的禁带宽度，那么价带其中的电子吸收一个光子的能量后便可跃迁到导带中，并在价带中相应地产生一个带正电荷的空穴，这种由室内的光照产生的电子空穴对，能够刚好地抵消半导体材料中载流子的数目，能够使光敏电阻的阻值下降。室内环境的光照越强，电阻的阻值就有越低。当电阻所受的光照的强度变

16、弱或光照消失时，光敏电阻的阻值也会因此增大或恢复原值。在光敏电阻两端的金属电极加上电压，电压也会因此而产生变化。光敏电阻的阻值变大或者变小会导致电极电压的变化，从而会将电压值传输到单片机中，对单片机产生影响，以此来调节护眼灯的亮度。因此，将光敏电阻器应用于护眼灯的自动照明控制电路中，即能使护眼灯根据室内环境的光照变化自动调节亮度。3.2.4灯光控制模块在护眼灯的灯光控制上我们选择了NPN三极管8050，这是利用了三极管的开关特性。因为单片机本身输出的电压为3.5V，在LED的工作电压范围内，所以选择一个较小的电阻R3作为保护电阻就足够了。C1电容的选择，主要是由于电容有充放电的特性，集电极连通

17、单片机的P2.0和发光LED，发射极接地，基极连接电阻R4作为保护电阻，受单片机的P1.2控制。P1.2口根据光照强度的不同输出值而占空比分别为0%、25%、75%的方波，通过控制三极管的导通与否来实现对LED灯的调节控制。图23.3系统软件设计3.3.1软件功能说明将人体红外传感器的输出口接在单片机的P1.4口上，光敏电阻的电压被输入到单片机P1.1口之后，单片机就会对所接收到的信息进行AD转换，得出具体的数字量。当P1.4为高电平时，如果电压范围在0-1V，那么P1.2会输出占空比为0%的方波;如果电压范围在1-2V，那么P1.2会输出占空比为25%的方波;如果电压范围在2-3V，那么P1.2就会输出占空比为75%的方波。系统就是通过这一连串的内容来运行，来控制护眼灯，实现其智能化的。3.3.2软件总流程设计图图34.总结总之，在现代社会，电子技术科技越来越兴旺、电