基于STM32的多功能智能护眼台灯的设计

王超宇 祝忠明 何春燕

摘 要：本文设计了一款具备语音控制、自主調光、距离检测、语音提示、状态显示的多功能智能台灯。该台灯采用STM32芯片为控制处理器、应用LD3320语音识别芯片、ISD4004语音录放芯片、光敏传感器、定时芯片、超声波模块等多传感器融合实现设计功能。台灯能够自主检测使用距离和时间，根据周围环境自主调节灯光强度，显示台灯运行状态。并且可以通过语音控制台灯状态、根据检测状态进行语音提示。设计台灯可以通过距离、时间、灯光强度的检测调节来达到护眼效果，通过语音控制和语音提示使台灯操作更具智能化。

关键词：STM32；语音控制；语音提示；自主检测；护眼智能台灯

1 概述

近年来随着学习压力的不断增加，使用台灯的频率和时间不断增加。台灯在提供足够光照的同时对人眼视力也有很重要的影响。根据相关研究报告我国近视人数占比非常高，大多数人视力保护意识淡薄。同时随着智能技术的不断发展人们对物体的智能化的要求越来越高。根据现实需求设计了一款多功能的智能护眼台灯，该台灯通过检测距离、时间、光强自主调节达到护眼功能，并且能够进行语音识别，语音控制、语音提示提高了台灯的便捷性和智能化程度。

2 系统设计

系统设计框图如下图1所示，系统通过时钟模块、测距模块、光强模块对使用时间、距离、环境光强进行检测。主控模块对监测的数据进行处理，将系统状态输出至显示模块，根据数据处理结果控制调节模块改变光强，通过语音录放模块对使用者进行语音提示。系统由电源模块进行供电，并且通过语音识别芯片实现台灯的语音控制，使系统智能化。

3 硬件设计

根据系统设计框图对系统各硬件模块进行设计。首先系统采用STM32F103VET6作为主控制器，驱动检测芯片获取检测数据、对监测数据进行处理，然后输出控制信号和状态信号。

系统检测模块，采用DS1320芯片作为时钟计时芯片，用于记录台灯使用时间，台灯使用2小时之后输出语音提示信号。采用超声波模块对使用者与台灯之间的距离进行检测，设置护眼距离为35cm～45cm之间。当使用距离小于或者大于护眼距离时，将通过语音提示进行位置调节。采用BH1750传感器对台灯周围的光强进行检测，根据检测值匹配调节各光强区间护眼的光照强度。

采用OLED显示台灯的检测光强、距离、使用时间的状态信息。采用ISD4004作为语音录放芯片，该芯片可以分段录制和播放所需的语音提示信息包括：使用超时提醒、距离太远或太近指示、当前光照强度。采用LD3320非特定语音识别芯片进行语音识别和语音控制，非特定语音识别需要提前设置识别指令包括：开灯、关灯、调至合适亮度、增强、减弱语音控制指令。

系统通过PWM波驱动MOS管的方式调节台灯的亮度，根据PWM值的改变来改变台灯的亮度值。PWM值由语音控制指令和光强检测决定。

4 软件运行流程

在搭建好硬件系统之后，进行软件流程的编写和运行。系统软件运行过程如图2所示：首先对各器件进行初始化，然后检测距离信息，根据语音提示调节位置，进行光强检测调节至合适光强，开始计时计算正常使用时间，当到达使用时间进行语音提示，收到关闭指令结束。

5 总结展望

设计的智能护眼台灯能够是准确的检测距离和光照强度和使用时间。能够清晰播放提示语音，同时能够识别语音指令进行状态转换，因此设计的台灯实现了设计的护眼和智能化的功能需求。由于条件限制系统之后应向小型化、简洁化方向进行优化。下图3为设计实物图。

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