一种集成光照唤醒和安全报警的智能灯的制作方法

本实用新型涉及生活用品领域，具体涉及一种集成光照唤醒和安全报警的智能灯。

背景技术：

通过之前的调查，起床始终是一件让人备受煎熬的问题，“起床气”问题和糟糕的睡眠质量会导致他们情绪上的失控，甚至是身体健康的受损。而我们常用的闹钟突然响起会引发身体的应激反应，从而将肾上腺素的分泌量提高，让身体处于一种全面的压力之中，给人带去巨大的压力，导致失眠、高血压和精神压抑。我们想到用缓变的光线营造清晨的氛围，实现无痛苦的自然唤醒。

一、睡眠的阶段

根据《神奇的睡眠》书中所述，人类的睡眠可分为几个阶段：第一阶段，人是有意识的。呼吸和心跳频率开始轻微下降，身体也开始放松；第二阶段内大脑逐渐将其清醒时的活动停止掉；第三和第四阶段我们的脑电波频率降到了最低，我们的血压、呼吸和心跳频率降到了一天中的最低点，我们的血管开始扩张，平时储存在我们器官中的血液也流入到我们的肌肉中，对其进行滋养和修复，称之为熟睡阶段；第五阶段产生快速动眼(Rapid Eye Movement)，简称REM睡眠阶段人类处于这个睡眠阶段时，眼球以非常快的速度向各方向运动。人类从这个阶段醒来时，95％的人睡醒前正在做梦。

这些阶段循环出现，称之为睡眠周期，如图1所示。

每个周期平均要花费60到100分钟，但每个人都有所不同，熟睡意味着深度睡眠，这个阶段被吵醒最困难，危害也最大，但是在REM阶段事实上处于浅睡状态，易于唤醒，或者说正是自然清醒前的最佳状态。

二、睡眠的控制

那么调节睡眠周期的到底是什么呢？

为了探究光照因素的影响，不得不提到褪黑素的存在。褪黑激素(Melatonin)主要是由哺乳动物和人类的松果体产生的一种胺类激素。它可以实现对人体体温和睡眠的控制，目前在助眠药品中起到广泛应用。褪黑激素的生物合成受光周期的制约。松果体在光神经的控制下，由色氨酸转化成5-羟色氨酸，进一步转化成5-羟色胺，在N-乙酰基转移酶的作用下，再转化成N-乙酰基-5-羟色胺，最后合成褪黑激素，从而使体内的含量呈昼夜性的节律改变。

褪黑素的分泌是有昼夜节律的，夜间褪黑激素分泌量比白天多5～10倍，清晨2：00到3：00达到峰值。夜间褪黑素水平的高低直接影响到睡眠的质量。Hakola等对夜班工人唾液中褪黑激素含量的研究结果，也证实了这种昼夜节律性变化。

当眼睛停止摄入直射的阳光后，体内的褪黑素含量开始升高，你体内的褪黑素含量取决于你白天眼睛所摄取的自然日光量。

所以褪黑素可以负责让你入睡，然后在你睡着后恢复精力。而早上模拟光照可以将褪黑素含量缓慢下降，消除困意。

三、取代闹钟的必要性

那么调节睡眠周期的到底是什么呢？

为了探究光照因素的影响，不得不提到褪黑素的存在。褪黑激素(Melatonin)主要是由哺乳动物和人类的松果体产生的一种胺类激素。它可以实现对人体体温和睡眠的控制，目前在助眠药品中起到广泛应用。褪黑激素的生物合成受光周期的制约。松果体在光神经的控制下，由色氨酸转化成5-羟色氨酸，进一步转化成5-羟色胺，在N-乙酰基转移酶的作用下，再转化成N-乙酰基-5-羟色胺，最后合成褪黑激素，从而使体内的含量呈昼夜性的节律改变。

褪黑素的分泌是有昼夜节律的，夜间褪黑激素分泌量比白天多5～10倍，清晨2：00到3：00达到峰值。夜间褪黑素水平的高低直接影响到睡眠的质量。Hakola等对夜班工人唾液中褪黑激素含量的研究结果，也证实了这种昼夜节律性变化。

当眼睛停止摄入直射的阳光后，体内的褪黑素含量开始升高，你体内的褪黑素含量取决于你白天眼睛所摄取的自然日光量。

所以褪黑素可以负责让你入睡，然后在你睡着后恢复精力。而早上模拟光照可以将褪黑素含量缓慢下降，消除困意。

综上所述，传统闹钟潜移默化中对人体造成严重危害，很多人也已经清楚了它的危害，也深受早上难以起床问题的困扰，急需此类自然唤醒装备的帮助。

技术实现要素：

为克服所述不足，本实用新型的目的在于提供一种集成光照唤醒和安全报警的智能灯。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种集成光照唤醒和安全报警的智能灯，包括最小系统、单片机、电源、可调LED灯，所述单片机分别与最小系统、第一电源、DA转换电路连接，DA转换电路与可调LED灯连接，可调LED灯与电源电连接。

具体地，所述最小系统包括晶振、复位电路、第二电源、烧制程序串口、数字电位器，其中晶振用于计时，与两个电容并联使用。

具体地，所述可调LED灯包括冷光LED排阵、暖光LED排阵。

具体地，所述单片机外接实时时间模块。

具体地，所述单片机与外部控制电路相连。

具体地，所述单片机与音乐播放电路相连。

具体地，所述单片机与显示屏相连接，所述显示屏采用1604型液晶显示屏。

具体地，所述单片机与无线接收模块相连接。

具体地，所述无线接收模块设为蓝牙模块，采用蓝牙模块HC06来实现蓝牙控。

具体地，所述单片机与火灾感应模块相连，火灾感应模块由R1和LED1构成了电源指示电路，由R2、R3、RP1、C1、VD1、LM358构成了了火焰感应电路。

具体地，所述单片机与短信报警模块相连接，短信报警模块采用Ari200模块。

具体地，所述单片机与人体感应传感器相连，人体活动传感器采用LHI778探头。

本实用新型具有以下有益效果：利用光照实现无痛苦的自然唤醒取代突然的噪声；设置强度冷暖可调，可以减少蓝光对人眼的损害照度自动补偿，实现室内光线稳恒；与无线接收模块与手环联用，实现人睡灯灭，环保节能；整合睡眠数据，决定某时间段内最佳唤醒时间和唤醒时长；整合提醒闹钟和时间显示功能，使智能灯可用性更高；通过检测室内是否有人可以做出灯光开灭和远程短信报警；通过蓝牙技术无线遥控单片机，便利快捷。

附图说明

图1为睡眠周期图。

图2为实施例一的结构示意图。

图3为DA转换电路图。

图4为实时时间模块采样的电路图。

图5为实施例二的结构示意图。

图6为实施例三的结构示意图。

图7为音乐播放电路的电路图。

图8为实施例四的结构示意图。

图9为显示屏的结构示意图。

图10为实施例四的电路图。

图11为火灾感应模块的电路图。

图12为人体活动传感器模块的电路图。

图13为hc06蓝牙模块的电路图。

图14为短信报警模块的电路图。

图中1单片机与最小系统电路图，2实时时间模块，3可调LED灯,4外部控制电路，5音乐播放电路，6显示屏。

具体实施方式

现在结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。

如图2所示的一种集成光照唤醒和安全报警的智能灯，包括最小系统、单片机、电源、可调LED灯3，所述单片机分别与最小系统、第一电源、DA转换电路连接，DA转换电路与可调LED灯3连接，可调LED灯3与电源电连接。

具体地，所述单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计数器等功能。

具体地，所述最小系统包括晶振、复位电路、第二电源、烧制程序串口、数字电位器，其中晶振用于计时，与两个电容并联使用，晶振大小由单片机时钟周期要求决定，电容大小由晶振决定，一般采用22pF,第二电源用于供电，可采用电脑的USB口供电，烧制程序的口可用串口配合MAX232配合使用，也可以做个并口输入，这个要根据你使用单片机的种类决定，比如ATC可用并口，STC一般只用串口输入等等。

具体地，所述DA转换就是将离散的数字量转换为连接变化的模拟量，与数模转换相对应的就是模数转换，模数转换是数模转换的逆过程，电压输出型DA转换器虽有直接从电阻阵列输出电压的，但一般采用内置输出放大器以低阻抗输出。直接输出电压的器件仅用于高阻抗负载，由于无输出放大器部分的延迟，故常作为高速DA转换器使用。

具体地，所述可调LED灯3采用发光二极管(LED),包括冷光LED排阵、暖光LED排阵，发光二极管是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光，发光二极管的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，其中核心为单片机的控制作用，利用内部时钟定时改变输出，经由DA转换电路，包括其中译码电路和DA转换芯片输出控制电压，控制电压经由电源驱动电路或者直接由数字可控电位器输出控制可调LED灯的光强变化，其中DA转换电路见图3。

具体地，所述单片机外接实时时间模块2，实时时间模块2包括核心芯片，核心芯片为DS1302，DS1302是DALLAS公司推出的涓流充电时钟芯片。其中含有一个实时时钟/日历和31字节静态RAM，存储在RAM的时间数据可以通过RES(复位线)、I/O(数据线)、SCLK(串行时钟线)与单片机连接，实现时间数据的采集。DS1302采用双电源供电，当主电源VCC1电压低于VCC2时，备份电源VCC2供电，其电路图见图4。

实施例二

如图5所示的一种集成光照唤醒和安全报警的智能灯，在实施例一的基础上，所述单片机与外部控制电路4相连，可调LED灯3的暖光LED排阵、冷光LED排阵，通过外部控制电路4，如电位器，来判断对可调LED灯的手动控制的要求，以此为依据取代原来的时间控制改为直接控制光照，并且通过改变冷暖两色LED排阵的发光对比度来改变光照的色温。

其工作原理

首先要解决的问题是光源的选择，自然光包括了垂直于光波传播方向的所有可能的振动方向，不显示偏振性。从普通光源直接发出的天然光是无数偏振光的无规则集合，所以天然光源和一般人造光源直接发出的光都是自然光。为了模仿清晨阳光的唤醒作用，具体参考以下参数：

1、光源的色温(表示光源光色的尺度)：标准烛光为1930K(开尔文温度单位)；

钨丝灯为2760-2900K；

荧光灯为3000K；

闪光灯为3800K；

中午阳光为5600K；

电子闪光灯为6000K；

蓝天为12000-18000K。

我们选择色温在4000k左右。

CRI显色性(光源对于物体颜色呈现的程度)：

90-100 1A优良需要色彩精确对比的场所

80-89 1B需要色彩正确判断的场所

60-79 2普通需要中等显色性的场所

40-59 3对显色性的要求较低，色差较小的场所

20-39 4较差对显色性无具体要求的场所

我们选择在80-100范围内。

最大能使室内达到500Lux照度(指单位面积上所接受可见光的能量)

单片机初步设置为，照度由0线性增长，根据已有的光照唤醒试验可以设置从0到最大值的变化时间初始值为30分钟，事实上，对照度的调整即对光强(可见光在指定方向的强度)的调整，利用图10的控制电路进行调整。

实施例三

如图6所示的一种集成光照唤醒和安全报警的智能灯，在实施例一或实施例二的基础上，所述单片机与音乐播放电路4相连，在光照强度达到最大值即将对象困意慢慢消退到一个极小值后后给予音乐播放电路4信号开始轻微的音乐唤醒，并设置手动关闭开关。

具体地，所述音乐播放电路4可以采用价格低廉的音乐芯片，它通过内部的振荡电路，再外接小量分立元件，就能产生各种音乐信号，音乐芯片是语音集成电路的一个重要分支，音乐芯片一般采用“软封装”，也有的使用双列直插和单列直插封装，还有的做成晶体三极管外形，叫做“音乐三极管”，根据不同的需求选择不同的音乐芯片，其电路图见图7。

实施例四

如图8所示的一种集成光照唤醒和安全报警的智能灯，在实施例一或实施例二或实施例三的基础上，单片机与显示屏6相连接。

具体地，所述显示屏采用1604型液晶显示屏，其点阵图形式液晶由128×64个显示单元组成，即LCD显示屏有32行，每行有128列，每8列对应1字节的8位，每行由16字节，共16×8＝128个点组成，显示单元与显示RAM区1字节相对应，每一字节的内容和显示屏上相应位置的亮暗对应。LCD的第一行显示日期，第二行显示实时时间，第三行显示色温等级和亮度等级，其电路图见图9；所述单片机与显示屏的E、RW、RS相连接，当E为H，RW为L，RS为L时，单片机通过D0～D7引脚向LCD写命令，当E为H，RW为H，RS为H时，LCD通过D0～D7引脚向单片机读数据。

实施例五

一种集成光照唤醒和安全报警的智能灯，在实施例一或实施例二或实施例三或实施例四的基础上，所述单片机与无线接收模块相连接。

具体地，所述无线接收模块设为蓝牙模块，作为控制电路使用，采用蓝牙模块HC06来实现蓝牙控制，见图13：

1、采用CSR主流蓝牙芯片，蓝牙V2.0协议标准

2、串口模块工作电压3.3V。

3、波特率为1200，2400，4800，9600,19200，38400，57600，115200用户可设置

4、核心模块尺寸大小为：28mm x 15mm x 2.35mm。

5、工作电流：40MA

6、休眠电流：小于1MA

7、用于GPS导航系统，水电煤气抄表系统，工业现场采控系统。

8、可以与蓝牙笔记本电脑、电脑加蓝牙适配器、PDA等设备进行无缝连接。

具体地，所述单片机与火灾感应模块相连，火灾感应模块由R1和LED1构成了电源指示电路，当接通5V直流电压时，发光二极管LED被点亮，电路进入工作状态。由R2、R3、RP1、C1、VD1、LM358构成了了火焰感应电路，RP1调到中间位置，产生2.5V左右的基准电压送到LM358的3脚(同相输入端)，火焰传感器从来到信号送到LM358的2脚(反相输入端)，两个电压信号进行比较后通过LM358的1脚输出火焰控制信号Si。如果3脚(同相输入端)电压大于2脚(反相输入端)电压，1脚输出火焰控制信号Si为高电平。如果3脚(同相输入端)电压小于2脚(反相输入端)电压，1脚输出火焰控制信号Si为低电平。正常工作时没有火焰的，火焰传感器截止，提供给LM358的2脚(反相输入端)的电压为高电平，大于3脚(同相输入端)电压的，输出火焰控制信号Si为低电平给信号处理电路.由S1和R4构成了手动控制电路，产生手动控制信号Ci送到信号处理电路的清零端。当轻触开关S1按下后，产生手动控制信号Ci为高电平。当轻触开关S1松开后，产生手动控制信号Ci为低电平。

由双D触发器4013、R5信号处理电路，其中4013搭建成RS触发器，高电平有效，主要负责处理火焰感应信号Si和手动控制电路产生清除信号Ci，并产生相应的输出控制信号Ki给报警电路。当4013的置位信号端6脚电压为高电平时，产生输出控制信号高电平给报警电路。当4013的清零信号端4脚电压为高电平时，产生输出控制信号低电平给报警电路。由三极管VT1(9013)和蜂鸣器HA1(5V有源电磁式)构成了报警电路。当三极管VT1的基极电压为高电平时，三极管VT1导通，蜂鸣器鸣叫，产生报警声。当三极管VT1的基极电压为低电平时，三极管VT1截止，蜂鸣器不工作，报警声消失。

具体地，所述单片机与短信报警模块相连接，短信报警模块采用Ari200模块，见图14，支持4频以及完整的AT指令接口，为相关无线接入应用提供无线数据传输承载业务服务，通过单片机能够为使用者提供短信报警。

具体地，所述单片机与人体感应传感器相连，人体活动传感器采用LHI778探头设计，其电路图见图11，灵敏度高，可靠性强，超低电压工作模式，能检测到移动的人体而无法检测到静止不动的人体，经过单片机程序的控制，人体感应传感器输出进行稳压直接与单片机相连以实现功能，即实现5分钟内无人动作则熄灭灯泡；另外经过对单片机进行编程，设定小偷检测功能，检测小偷入室的情况，并进行报警，当启用小偷检测功能时，检测到无人活动时，计数器加一，一旦有人活动，则清零重新计数，计数器连续加满一定时间设置标准值，一旦有人进入，则通过短信报警模块进行报警。

本实用新型不局限于所述实施方式，任何人应得知在本实用新型的启示下作出的结构变化，凡是与本实用新型具有相同或相近的技术方案，均落入本实用新型的保护范围之内。

本实用新型未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。