智能照明模拟系统设计
摘 要：本文介绍了一套模拟台灯工作环境的智能灯模拟系统，分别给出了系统的硬件设计仿真图和软件流程图。光敏电阻检测光线变化，超声波测距模块检测距离变化，DS1302时钟芯片记录时间进行手动和自动调节台灯，用单片机对各个模块进行控制，将利用LED模拟的台灯系统实现根据不同环境进行亮度调节以预防近视的形成，并利用蜂鸣器对不正确的坐姿进行提醒，帮助矫正。本系统具有预防近视，矫正坐姿的功能。
关键词：智能台灯；矫正；STC单片机
一些相关的光学的专家分析认为，灯具在某种程度上可以说是极其厉害的隐形杀手。例如，由于灯光所引起的近视，因此，本课题研究的智能灯致力于预防近视和矫正坐姿，我们的台灯能自身根据光线情况调节亮度，预防近视问题的产生，又能用蜂鸣器对不正确的学习坐姿进行矫正提醒。本设计实物体积小，重量轻，价格实惠，易于携带使用，为使用者提供了方便。
1 智能灯设计方案
1.1 总体设计
利用光敏电阻检测光线的强弱，利用超声波检测人体的坐姿， 传感器将检测数据传送给控制核心———单片机，根据处理结果去控制台灯的亮度和控制蜂鸣器是否发出警报，提醒人们矫正坐姿。该系统主要由测距模块、夜灯模式以及自动/手动模式切换模块、时钟模块组成。
1.2 系统硬件设计感光模块
由光敏传感器模块、光敏电阻、电阻器、电容器、可控硅电子调压器、触发继电器模块、照明灯组成，本设计中光敏传感器用于检测光线，光敏电阻用于感应光线使得自身阻值变化。
工作原理：在环境光线亮度达不到设定阈值时，光敏传感器D0端口输出高电平，当外界环境光线亮度超过设定阈值时，D0端口输出低电平，D0端口与单片机相连，用单片机检测高低电平，高电平时触发继电器使电路通路，形成光控开关，再通过光敏电阻感应光强，光敏电阻 利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光 的强弱而改变的电阻器；我们应用光敏电阻不易受干扰的特点用它来检测光线强度，能达到更好的预期效果。
1.3 测距模块
本模块电路由超声波测距传感器模块、液晶显示器、蜂鸣器、继电器、串口输出引脚、微动开关、光电耦合器等组成，在模块的Trig引脚上给以10us以上的高电平信号，触发模块工作，通过超声波探头自动向外发送8个40kHz的方波（超声波），当信号碰到前方的物体时，反射回来，模块检测到返回信号时，通过Echo输出高电平信号，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间，即距离=（高电平时间*声速（340M/s））/2。单片机内部将距离数据写入液晶，液晶显示屏显示实际距离与报警距离，当实际距离小于设定距离时候，光电耦合器的光耦导通，蜂鸣器发出报警声音。就可以起到提醒人们矫正坐姿的功能。
1.4 时钟模块的设计
本模块使用DS1302时钟芯片，能有效记录并显示当前的日期和时间，并且掉电保护，利用后备电源供电，保证数据的更新，使自动/手动模式顺利根据时间切换。
DS1302 是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟电路，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，工作电压为2.5V～5.5V。DS1302可以用于数据记录，特别是对某些具有特殊意义的数据点的记录，能实现数据与出现该数据的时间同时记录。这种记录对长时间的连续测控系统结果的分析及对异常数据出现的原因的查找具有重要意义。
1.5 软件设计
1）用51单片机STC89C52、超声波模块HC-SR04、液晶屏LCD1602、光敏电阻、时钟芯片DS1302设计一个多功能视力保护台灯。
2）电源采用USB口供电，自备USB线（另外带电池供电接口，配送）。
3）正常情况下，液晶屏显示日期/时间/距离/温度。
4）系统分为自动/手动模式，通过一个按键来切换，同时有LED指示当前所在模式：
A.自动模式：具有设置时间段功能，比如设置20：00～22：00，在这个时间段中，智能灯处于“台灯模式”，不在设置时间范围内（22：00～次日20：00），智能灯处于“夜灯模式”；
B.手动模式：使用按键选择“台灯模式”或“夜灯模式”。
5）在“台灯模式”下，可以手动开关台灯（开时全亮），并能手动调节灯的亮度，通过超声波测量距离，测距最长距离约为4米左右，并实时把测到的距离显示在液晶屏上，单位为cm，当距离小于20cm时，启动蜂鸣器和LED进行声光间断报警。
6）在“夜灯模式”下，使用光敏电阻检测光线情况，当处于明亮时，智能灯自动关闭，处于黑暗环境，并且此时测量距离低于30cm时，智能灯自动开启（半亮），当超出30cm，延时1分钟自动关闭灯。
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