自动化智能台灯系统开题报告

1. 研究目的与意义

电子科技的迅猛发展将人们带入了21世纪的科技创新时代，智能化的科技产品正一步步融入我们的日常生活之中。

不同于上世纪90年代，产品仅仅只是对功能的单纯实现，现如今的电子产品在人工智能，节能减排，安全实用性等方面积极寻求突破。

以学习生活为例，台灯就是最常用的日常电器。

2. 课题关键问题和重难点

在系统设计之初，首先要规划系统的内容以及要实现的功能，结合日常学习生活中台灯的基本功能和使用需要，挑选合适型号的传感器和主芯片，然后设计电路，为了电路简洁易看，电路图完成后需要画一个PCB版图，在系统设计时还应考虑设计系统需要的程序代码。在设计过程中，硬件电路部分是一个设计难点。选择什么样的传感器才能与主芯片配合得宜，使得台灯能够接收到不同的人体感应信号和光信号。电路的设计要完成一系列功能，从接收信号到传递信号，再到将接收到的光信号，人体感应信号等巧妙地转化成为电信号，最后输出。还需要考虑到电路设计的简洁性和实物成品的体积大小，运用软件简化电路，转化成PCB版图。软件部分也是一大难点，软件的编写需要满足：各种信号的触发采集，各种信号的模数转换，触发输出信号以各种形式输出。

3. 国内外研究现状（文献综述）

以51单片机为核心的智能台灯系统，主要是针对光照强度的检测，人体感应信号的检测等，通过按键发号施令，单片机和传感器的巧妙配合对所采集的数据信号进行处理，实现串口通信和LED灯的照明以及更多的智能学习辅助功能。智能台灯系统是利用人体智能传感器原理、光敏电阻，结合国际上成熟的电子技术和网络通讯技术研制开发出的最新科技产品。此数据处理及转换单元A/D转换器对传感器单元测定的模拟量数据进行转换，转换成中央处理单元能够识别处理的数字量。国外发展国外智能台灯的发展，更加偏重于硬件电路方面的创新发展。国外研究人员往往期望于寻找到更好的半导体材料，更加优越的电路器件来实现对台灯的优化升级。例如，国外的智能台灯通过二次buck的控制驱动可以很好地调节输出电流，从而保证使用寿命长，发光效率高。将这些特性与低能耗、无红外辐射和紫外线在不久的将来显示出一种趋势，即取代目前使用的灯，而代之以LED灯。再有利用多个成本较低的单片机组成微控制器，用单片机的PWM模块使得灯和镇流器达到稳定状态。利用镇流器来控制交流电的大小，从而改变台灯的亮度。还有，国外在简化电路上有着特有的创新思路，例如分配利用电容这一创新理念思路，使得判断人体感应更为便捷。国内发展国内智能台灯的发展在创新方面有所欠缺，更多的是运用多种传感器进行功能叠加，使得台灯的功能更加丰富完善。例如：直接使用BH1705光照传感器模块就可以检测光照强度,利用BIS0001芯片进行红外线人体感应，此外再利用各种传感器进行功能叠加，比如语音模块，蓝牙模块，测距模块，感应模块等等。其实在国内光照亮度的调节技术大致有三种，第一种：采用直流电源LED的调光技术，改变输入电压的大小进而改变台灯电流的大小，就等于改变了台灯的光照强度。但是这种调光技术手法缺点很多，无法精确调光，无法长时间工作，调节过程中可能造成台灯的光谱受到影响，台灯温度也会上升，造成元器件损坏等等。第二种：采用可控硅来进行调光，这种手法主要针对的是纯阻器件，因为纯阻器件的电压和电流的波形是完全一致的，所以无论电压波形如何偏离正弦波，只要改变输入纯电阻器件电压的有效值就可以调光，但是这种手法不适用于非纯阻性的器件。第三种：采用脉冲宽度调节（PWM）来调光，这种方法目前看来是最优的一种调节光照强度的方法，一来既不会产生色谱偏移，二来PWM波的调节是完全可以做到非常精准的，三来PWM调节特别容易和别的数字控制技术相结合，因为只要是一个数字都可以很容易地转换成一个PWM信号，此外PWM波的调节只要通过软件编译的方式就能很容易实现了，使用范围十分广泛。结论台灯是日常生活中一个很常用的电器，特别是对于学生来说，一个优质且智能的台灯能为学生带来更多助益。目前，市场上出售的台灯种类繁多，但一般台灯都存在些许弊端：1台灯耗电量大，浪费电能。2台灯过于人工化，由于人们常常忘了关灯，也会造成电能的浪费。3台灯亮度调节需要人来手动调节，过于繁琐，而且可能也调节不到最合适的亮度。4外型过大的台灯，不方便携带。基于现如今台灯的种种弊端，本文设计出一款智能台灯。它具有既不会出现触电，使用寿命长、无辐射、无污染等优点。智能化台灯一方面可以根据实时环境自动调节出最佳亮度，达到更节省电能的目的；另一方面，即使在黑暗的环境下，智能台灯也可以感应到人的到来与离去，实现台灯自动的启动与关闭，省去开关灯的不便，达到节省电力的目的。

参考文献【1】于晓春，李洪宇．光敏电阻、光敏二极管各种特性测量实验的设计[J]．电子质量，2018，（4）：15-19【2】卢军．常用光敏电阻、光敏二极管光敏晶体管、光电耦合器 参数[J]．家电检修技术，2006，(16)：58-60．【3】周杏鹏.传感器与检测技术[M].北京：清华大学出版社,2010.【4】李全利.迟荣强.单片机原理及接口技术[M].北京：高等教育出版社,2001.【5】赵金明.红外线接收控制器的制作[J].电子制作，2005（1）：29-31.【6】Yingjie Fu. Virtual Reality-based Intelligent Table Lamp.International Journal of Control and Automation,Vol.7, No.10 (2014), pp.293-300.【7】Gang-Youl Jeong.Effective Implementation of an HID Lamp Ballast using a Single Chip Microcontroller,IEEE ISIE 2006, July 9-12, 2006, Montreal, Quebec, Canada 【8】Aziz Elias Demian Junior.MICROCONTROLLER-BASED QUADRATIC BUCK CONVERTER USED AS LED LAMP DRIVER.【9】Kai Xu.An intelligent dimming power system for LED desk lamp.2012 International Conference on Industrial Control and Electronics Engineering

4. 研究方案

方案设计：(1)对系统进行整体规划和结构设计,将各个功能拆分成多个模块逐一整合完成。

(2)以stc89c52rc单片机为中央处理器，对硬件电路进行设计和改进，使其功能更加完善。

系统硬件电路主要分为光感模块电路、按键模块电路、人体感应模块电路、照明模块电路等部分。

5. 工作计划

第 1 周 接受任务书，领会课题含义，按要求查找相关资料；第 2 周 阅读相关资料，理解有关内容；第 3 周 翻译相关英文资料，提出拟完成本课题的方案，写出相关开题报告一份；第 4 周 参阅人体传感器、单片机、光敏电阻与驱动模块等有关资料；第 5 周 掌握单片机的使用；第 6 周 设定台灯人体感应的检测方案，亮度调节与驱动模块方面的方案；第 7 周 购买元器件，搭接电路，与各模块的拼接；第 8 周 理解各模块的关系，设计控制软件框图；设计软件程序，完善软硬件设计；第 9 周 各个模块单独测试；第10周 组合模块设计；整理资料，准备撰写论文；第11周 修改、完善并提交毕业论文；第12周 评阅教师评阅论文，学生根据指导意见修改论文；验收实物成果，接受答辩资格审查；第13周 准备参加答辩第14周 毕业设计答辩及成绩评定。