基于单片机的智能节能台灯的设计 - 图文

天津职业技术师范大学2011届本科生毕业设计

的电能来自火力发电厂，而火力发电厂少发一度电（就是1千瓦时）会减少1千克的CO2排放。那么节省3.9亿度的电能就等于少向大气排放39万吨的CO2 ，而CO2是温室效应的罪魁祸首。就是因为全球向大气排入过多的CO2，导致了温室效应的加剧，海平面上升，大片的土地被淹没，气候变暖，降水和土壤湿度进一步减少，气候逐渐干旱，土地沙漠化和草原退化将变的更加严重。智能节能台灯在节约电能的同时也保护了自然环境，一举两得。

1.2.2对使用者的眼睛保护及坐姿的调整

近年来，我国青少年近视发病率节节上升，发病人数居全球首位，达到历史空前水平。全国政协委员、沈阳何氏眼科医院院长何伟呼吁，关注我国青少年视力健康，切实加强中小学生近视眼的防治工作刻不容缓。何伟委员告诉记者，目前我国共有四亿多近视眼患者，以13亿人口计，约每3个人中就有1个是近视眼，特别是青少年近视的发病率居世界第二，人数居世界第一，且渐趋低龄化，中小学生近视检出率为53.8％(城市60.7％、农村30.7％)，高中以上学生更是高达70％。 近视正严重危害青少年的健康成长，同时影响我国高素质人才职业的筛选，缩小特殊职业人员的选取范围，更是对实现我国二十一世纪健康目标的严重挑战。多年来近视眼病在我国、日、韩和东南亚地区特别严重，时时影响着青少年的学习、健康、工作和生活。近年来我国近视眼患病率已上升到世界第二位，仅次于日本，总数量居世界第一。近视眼病的防治是一种世界性的重大难题，迄今没有治愈的有效药物和方法。市售的药物和器具只能起到一定的调理和缓解作用，而手术和激光治疗有严格的年龄限制，而且还包含着严重的隐患和风险。除了遗传原因，诱发学生患近视眼病的根源有多种，必须从诱发的所有根源上做起，才能真正防止。

我国的中小学生之所以出现这么严重的近视问题，原因是他们在平时在灯下学习或做作业的时候不注意坐姿，由于离光源太近，久而久之使视力下降，出现了近视眼。目前市场上出售的调光台灯多为手动式，即根据使用者的需要，用手转动调光旋钮，改变台灯的亮度，虽然有节约用电的作用，但无防近视功能。为使中、小学生在灯下看书或做作业时，不能离灯太近，若超过规定(即调定)的距离，灯光便自动变暗乃至熄灭，而离开规定距离，灯光则自动变亮，我们设计了一种智能台灯。它可以在使用者看书写字姿势不正确或者距离台灯太近的时候，灯光会慢慢变暗提醒你纠正，直到你坐姿完全正确为止。从而使你养成良好的读书写字姿势，保护好视力防止近视眼，这个功能都是台灯根据人体探测电路的输出信号来控制，如果晚上工作学习太累不小心趴在台灯下睡着了，台灯的传感器检测到你离光源太近，经提醒电路暗灯提醒未离开则在单片机程序控制下自动熄灭台灯，同时起到了省电的作用。

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1.3课题的发展现状

单片机在本次智能节能台灯设计中是主要控制单元，主要控制电路灯光控制电路是在单片机的控制下工作。下面就介绍一下智能节能台灯的大脑，单片机的发展状况以及在各个领域中的实际应用。在对其熟悉的基础上对它进行合理的利用。 1.3.1单片机的发展现状

微型计算机即单片机，1976年Intel公司推出了8位的MCS-48系列单片机，它以等特点，赢得了广泛的应用和好评，为单片机的发展奠定了坚实的基础，成为单片机发展史上一个重要阶段。其后，在MCS-48成功的刺激下，许多半导体芯片在生产厂商竞相研制和发展自己的单片机系列。到80年代末，世界各地已相继研制出大约50个系列300多个品种的单片机产品，其中包括Motorola公司的6801，6802，Zilog公司的Z-8系列，Rockwell公司的6501，6502等，此外，日本的NEC公司，日立公司等也不甘落后，相继推出了各自的单片机品种。

尽管目前单片机的品种很多，但是我国使用最多的是Intel公司的MCS-51单片机系列。MCS-51系列是在MCS-48的基础上在上世纪八十年代初发展起来的，虽然它是8位的单片机，但其功能较MCS-48有很大的增强。此外，它还具有品种全、兼容性强、软硬件资料丰富等特点，因此应用愈加广泛，直到现在，MCS-51仍不失为单片机的主流系列。继8位单片机之后，又出现了16位单片机，1983年Intel公司推出的MCS-96系列处理器。单片机就是其中的典型代表。与MCS-51相比，MCS-96不但字长增加一倍，而且在其它性能方面也有很大的提高，特别是芯片内还增加了一个4路或8路的10位A/D转换器，使其具有A/D转换的功能。

纵观单片机近30年的发展历程，单片机今后将向多功能、高性能、高速度、低电压、低功耗、低价格、外围电路简单化以及片内存储器容量增加的方向发展。但其位数不一定会继续增加，尽管现在已经有了32位单片机，但使用的并不多。可以预言，今后的单片机将是功能更强、集成度和可靠性更高而功耗更低、以及使用更方便等特点。此外，专用化也是单片机的一个发展方向，针对单一用途的专用单片机将会越来越多。

随着微电子技术和超大规模集成电路技术的发展，单片机真正意义上的嵌入式系统的出现。单片机能最好地满足嵌入式应用的环境要求，例如，芯片级的物理空间、大规模集成电路的低价位、良好的外围接口总线和突出控制功能的指令系统。单片机有计算机系统内核，嵌入到电子系统中，为电子系统智能化奠定了基础。因此，当前单片机在电子系统中的广泛使用，使经典电子系统迅速过渡到智能化的现代电子系统。又单片微型计算机以其体积小、性价比高、功能强、可靠性高等独有特点，在各

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个领域（如工业控制、家电产品、汽车电子、通信、智能仪器仪表）得到广泛应用。 1.3.2台灯的发展现状

台灯本来是一个非常简单的照明工具，就是一个电源加一个灯泡，但是随着科技的进步，人们开始对台灯的功能要求也开始日渐提高。所以它的功能也由简单的照明开始向其他的节能和护眼等方面发展，有些台灯还添加了闹钟和定时等功能。

1、护眼台灯的护眼原理

护眼台灯主要由单端荧光灯和灯具两部分组成。单端荧光灯为节能灯；灯具里的主要电器元件是电子镇流器和启动器。它的工作原理是把低频闪提高至高频闪，这种护眼灯采用变频电子镇流器，将电频率由50H z提高至5500H z以减少频闪，采用三基色荧光粉，减少了炫光效应，使得光线柔和不刺目，使人眼感受不到频闪不适，以此来减轻视力疲劳。频闪效应是所有荧光灯管的一个测试指标：频闪越少，照明效果越好。普通台灯在50赫兹的交流电状态下正常工作的时候，每秒钟会发生闪烁100次左右，如此高的闪烁频率，光靠人眼是看不出来的。因此，在台灯下用灯时间一长，再加上不注意用眼卫生，极其容易发生近视。而护眼灯的原理则是将50赫兹的电频率提高到40000至55000赫兹，而相应的台灯每秒钟的闪烁频率就会大幅度下降，有的甚至可以下降为零，从而起到保护视力的功能。但是，目前灯具市场里的不少品牌的护眼灯的质量不过关，护眼灯的内部电频率根本无法达到质量要求的40000赫兹以上的要求。

2、节能台灯

一般的节能台灯都是在灯泡上做研究，尽量使用节能灯具，可以把白炽灯泡换成LED的节能型灯泡。近年来随着绿色照明概念的提出，研制新型的环保节能台灯成为当务之急。目前已有专业人员研发出半导体环保节能台灯，将半导体LED用于室内照明。这是一款实用新型的台灯，由于以发光二极管为光源，再配以专门设计的外形结构，可极大限度地利用光的效率，给人以温馨或者恬静的感觉，特别适用于家庭、宾馆以及办公室等环境的工作、学习、休息等照明与装饰的需要，由于基本消除了频闪，使得灯光对视力保健更有效果，同时，还具有节省电能的效能。本实用新型台灯提供的光线照度均匀、无闪烁，并且产品使用寿命长、省电、反应速度快、环保、防爆、冷光源、安全性高，适合一般的工作、学习、居住等局部照明之用。

相信随着科技的发展，未来的照明光源将以环保节能的半导体发光器件为主，更易控制和实现多功能化和智能化。

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1.4研究内容

随着智能化技术的飞速发展，智能化家用电器的日益普及，作为千家万户日常使用的家用小电器--智能节能台灯也应运而生。智能台灯是利用单片机的本文设计是选择了Atmega16作为控制芯片。将硬件设计分为传感器及信号处理部分、以Atmega16组成的中央处理单元、提醒电路及LED驱动电路。对各部分功能作用予以详细说明。软件设计采用模块化结构，将各模块设计完成后进行总调。

本文第一章为绪论，阐述了结合了单片机的智能化技术在家用电器领域中的应用，详细介绍了智能节能台灯研究的意义及未来台灯的发展趋势。

第二章对中央控制单元做了详细的介绍，选择了Atmega16作为控制器，对其功能、特性做了详细说明。

第三章对传感器的概念及其特性进行简单的介绍，对本文设计用到的热释电红外传感器和光敏电阻的工作原理及其特性进行详细的说明。

第四章对智能节能台灯的硬件进行设计，划分成为传感器信号处理，单片机最小系统以及LED驱动电路和提醒电路，分别设计出电路结构，并说明其功能作用。

第五章介绍了智能节能台灯的软件设计，根据硬件结构，先画出总的程序框图，结合台灯设计需要的效果，用C语言编出程序。

第六章是本论文的总结和进一步工作展望。

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