基于Arduino开发板带有家居环境监测功能的睡眠灯的设计
摘要：现如今人们的生活压力越来越大，从而导致了人们的睡眠质量变差，急需一种可以帮助人们改善家居睡眠环境的装置。此次设计出一套使用Arduino开发板的带有家居环境监测功能的睡眠灯，它的根本原理是湿度传感器、噪音传感器和其他环境监测传感器采集周围环境的数据然后经过单片机的AD采集传给单片机，再经过Arduino单片机的处理分析显示到人机交互界面上，并控制照明系统提供合适的光照。
关键字：Arduino；睡眠灯；智能；LED
The sleep lamp with home environment monitoring function
Abstract: Today the life of people pressure is more and more big, leading to a people's quality of sleep, be badly in need of a device can help people to improve lives in sleep environment.The design a set of use Arduino board with the function of home environment monitoring sleep light, it is the fundamental principle of humidity sensors, sensor and other environmental noise monitoring sensors to collect environment data and then the MCU AD collection to SCM, then passes the Arduino microcontroller processing according to an analysis to the human-computer interaction interface, and provide appropriate light control lighting system.
Key words: Arduino;Sleep light,;etc.Intelligent;LED
第一章 绪论
1.1 研究背景
现今的社会飞速的发展，每个人都有着很大的压力。或大或小，或多或少，每个人每时每刻都有着来自不同方面所产生的问题。这些问题困扰着人们的思绪，这中困扰是我们时时刻刻的清楚的感觉到生活、工作、学习等等所带来的压力。这是因为所有的人都活在这个物欲纵横的时代，既然要从这个社会中进行摄取自己所需要的资源来确保自己的生存与进步，那么也就自然要受制于这个社会，肩负着来自社会各方面的压力，因此生活、工作、学习所产生的压力无处不在，无时不有。
每天早上自闹钟响起的那一刻，人们就需要快速调整好自己的状态，去因接着崭新的一天。在这一天内。早晨，人们在朦胧中苏醒，来不及看一眼新出的朝阳，就要带着还未苏醒的精神在急促中收拾好行装，匆匆的吃完早饭，赶着公交地铁。上午，一股脑的扎进工作台里奋斗。来不及好好的享受一顿丰盛的午餐便要接着开始下午的工作学习。好不容易来到了夜晚，却发现如今的城市竟然不再有那安静的夜晚，马路上明亮的路灯照亮整个夜晚，不远处喧闹的街区充斥着闪耀的霓虹，在这灯红酒绿之中，人们是否还能再找到一片纯粹的黑暗，看一看天空的繁星点点，享受一晚安置无忧的睡眠。高架上呼啸而过的汽车，路边商家沿街的宣传叫卖，隔壁装修新房的嘈杂，在这无处不充斥着现代工业文明的声音的城市中，我们是否还能还耳朵一片清净，再现儿时睡梦中的虫鸣，寻找到那种仿佛可以听见树木抽枝，新芽萌发的声响。白天的忙碌生活已经让人们疲惫不堪，如果夜晚得不到很好的休息，那么拿什么来迎接崭新的一天。
因此睡眠质量的好坏就愈发显得重要，好的睡眠可以给人带来一天的好状态，反之则会让人一天都萎靡不振，浑身乏力，工作效率低下。在这种急需要保证睡眠质量的大环境之下，睡眠灯应运而生。
带有家居环境监测的睡眠灯装置，顾名思义它是一款用来创造优质的入睡环境，从而来保证人们的睡眠质量的装置。睡眠灯是能够根据时间和周围光线的昏暗变化来自动变换灯的亮暗程度和灯的颜色的装置。当夜间需要照明时，睡眠灯可以依靠红外感应开关，使灯自动的亮起。同时，睡眠灯也可以加装更多的功能，借助单片机的智能处理控制，配合室内光照、噪音、温湿度监测的传感器，就可以实现家居环境参数的采集，并将其显示在一个友好的人机交互界面上，使得用户可以清楚的了解到所处的家居环境，从而进行改善，创造出更加优质的休息环境。
1.2 设计的目的和意义
人的一生中大多数时间都处于睡眠状态，优质的睡觉体验对身体健康好。来自“2017中国网民睡眠质量调查”显示30%的人因生活压力而睡不好，70%的人深度睡眠不足，75%参与调查的网民表示营造一个良好的睡眠环境可以使睡眠质量大大提升。
1.2.1 设计目的
睡眠灯装置的设计目的在于根据人们所处的环境改变灯光的强弱及颜色，调节出适合人们睡眠的暖色柔和灯光。并可以通过单片机处理系统配合相应的传感器去检测周边环境参数显示给人们。使得人们可以根据返回的数据改变家居环境从而享受高质量的睡眠。
1.2.2 设计意义
伴随着人们逐渐在意睡眠的质量，人们越来越注意到一个优质的入睡条件可以帮助人们获得更高的睡眠质量。睡眠灯的设计意义在于解决人们的这一迫切需求，帮助用户营造良好的睡眠环境。
1.3 设计所要研究的内容以及目标
1.3.1 本课题研究的主要内容
（1）参考现有的家智能家居的设计方案和结构，设计一种操作简单智能自动调节的适用于家庭用户的睡眠灯。
（2）通过模块化智能化电路的开发系统的思维方式以及相关的开发理念，分别设计出智能灯的电源供应装置、智能中控电路、显示部分、传感器检测系统、可调节光照功能以及相关的结构外观。讨论其原理并测试其可行性。
（3）根据设定好的硬件结构和硬件电路图，采用机构化的程序开发方式。
（4）制作睡眠灯的机械结构并安装好硬件电路，配合写好的控制程序，对整个系统进行测试，并记录分析实验数据。
（5）通过大量的数据采集及分析，在系统中设置传感器参数与输出光照的亮度色度的比例关系，从而达到更加智能化、人性化的用户体验。
1.3.2 本课题的目标
本课题的目标现有的需要设计一种基于Arduino 单片机作为中控芯片的带有家居环境检测的睡眠灯。本次设计的带有家居环境监测功能的睡眠灯主要采用不同传感器作为参数采集的核心，通过Arduino IED编写控制程序，从而实现可以实时的快速的便捷的检测周围环境的温湿度、光照、噪音，调节输出LED照明装置的亮度及色度，并在OLED 0.96寸的界面上显示相关的环境参数。
第二章 总体方案的设计
2.1 睡眠灯的功能分析及说明
本次所设计的睡眠灯装置，主要可分为照明系统的亮度及色度调节与数据采集并显示两部分功能。
照明系统的亮度与色度调节是本次睡眠灯的主要功能。该功能的主要目的在于根据周边的光照度以及是否有人在附近，从而判断是否要提供照明以及调节合适的照明亮度及色度。该部分功能无需用户任何的操作，只需用户为装置接上电源，睡眠灯就可以依靠传感器及单片机处理控制系统来提供合适的输出光照。给用户带来更加智能的使用体验。
数据采集显示功能的是通过传感器采集相关的温湿度、噪音灯环境参数。并将这些参数显示在一个0.96寸大小的OLED界面上。用户便可以通过界面上的数据了解到所处的家居环境还有哪些需要改善的地方，从而达到帮助用户营造更加优质的生活环境。
目录
第一章 绪论 4
1.1 研究背景 4
1.2 设计的目的和意义 5
1.2.1 设计目的 5
1.2.2 设计意义 5
1.3 设计所要研究的内容以及目标 5
1.3.1 本课题研究的主要内容 5
1.3.2 本课题的目标 6
第二章 总体方案的设计 7
2.1 睡眠灯的功能分析及说明 7
2.2 带有家居环境监测功能的睡眠灯的方案及工作原理 8
2.3 另一种方案 8
第三章 硬件电路的设计和论证 11
3.1 硬件的选型和介绍 11
3.1.1 主控电路的选型 11
3.1.2 温湿度传感器选型 15
3.1.3 噪声传感器 18
3.1.4 光敏传感器选型 20
3.1.5 红外传感器模块 20
3.1.6 OLED显示屏模块 22
3.1.7 LED照明模块 23
3.2 软件编程平台介绍 23
3.2.2 Arduino UNO单片机的有点 23
3.2.1 Arduino IED开发环境的介绍 24
3.2.2 Arduino单片机常用的函数 26
第四章 程序设计 28
4.1 程序的功能描述与设计思路 28
4.2 各功能模块的程序设计 29
4.2.1 主程序 29
4.2.2 促进睡眠功能程序流程图 30
4.2.3 光敏监测程序控制流程图 31
4.2.4 夜间模式程序控制流程图 32
4.2.5 数据监测程序控制流程图 33
第五章 总结及致谢 34
参考文献 36
附录 37
参考文献
[1][印]Mohit Arora；李海东 著 [译者]李海东 译. 硬件架构的艺术:数字电路的设计方法与技术[M]. 机械工业出版社. 2014.3(1)
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