王超宇 祝忠明 何春燕

摘 要：本文設(shè)計(jì)了一款具備語(yǔ)音控制、自主調(diào)光、距離檢測(cè)、語(yǔ)音提示、狀態(tài)顯示的多功能智能臺(tái)燈。該臺(tái)燈采用STM32芯片為控制處理器、應(yīng)用LD3320語(yǔ)音識(shí)別芯片、ISD4004語(yǔ)音錄放芯片、光敏傳感器、定時(shí)芯片、超聲波模塊等多傳感器融合實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)功能。臺(tái)燈能夠自主檢測(cè)使用距離和時(shí)間，根據(jù)周圍環(huán)境自主調(diào)節(jié)燈光強(qiáng)度，顯示臺(tái)燈運(yùn)行狀態(tài)。并且可以通過(guò)語(yǔ)音控制臺(tái)燈狀態(tài)、根據(jù)檢測(cè)狀態(tài)進(jìn)行語(yǔ)音提示。設(shè)計(jì)臺(tái)燈可以通過(guò)距離、時(shí)間、燈光強(qiáng)度的檢測(cè)調(diào)節(jié)來(lái)達(dá)到護(hù)眼效果，通過(guò)語(yǔ)音控制和語(yǔ)音提示使臺(tái)燈操作更具智能化。

關(guān)鍵詞：STM32；語(yǔ)音控制；語(yǔ)音提示；自主檢測(cè)；護(hù)眼智能臺(tái)燈

1 概述

近年來(lái)隨著學(xué)習(xí)壓力的不斷增加，使用臺(tái)燈的頻率和時(shí)間不斷增加。臺(tái)燈在提供足夠光照的同時(shí)對(duì)人眼視力也有很重要的影響。根據(jù)相關(guān)研究報(bào)告我國(guó)近視人數(shù)占比非常高，大多數(shù)人視力保護(hù)意識(shí)淡薄。同時(shí)隨著智能技術(shù)的不斷發(fā)展人們對(duì)物體的智能化的要求越來(lái)越高。根據(jù)現(xiàn)實(shí)需求設(shè)計(jì)了一款多功能的智能護(hù)眼臺(tái)燈，該臺(tái)燈通過(guò)檢測(cè)距離、時(shí)間、光強(qiáng)自主調(diào)節(jié)達(dá)到護(hù)眼功能，并且能夠進(jìn)行語(yǔ)音識(shí)別，語(yǔ)音控制、語(yǔ)音提示提高了臺(tái)燈的便捷性和智能化程度。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖如下圖1所示，系統(tǒng)通過(guò)時(shí)鐘模塊、測(cè)距模塊、光強(qiáng)模塊對(duì)使用時(shí)間、距離、環(huán)境光強(qiáng)進(jìn)行檢測(cè)。主控模塊對(duì)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，將系統(tǒng)狀態(tài)輸出至顯示模塊，根據(jù)數(shù)據(jù)處理結(jié)果控制調(diào)節(jié)模塊改變光強(qiáng)，通過(guò)語(yǔ)音錄放模塊對(duì)使用者進(jìn)行語(yǔ)音提示。系統(tǒng)由電源模塊進(jìn)行供電，并且通過(guò)語(yǔ)音識(shí)別芯片實(shí)現(xiàn)臺(tái)燈的語(yǔ)音控制，使系統(tǒng)智能化。

3 硬件設(shè)計(jì)

根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖對(duì)系統(tǒng)各硬件模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)。首先系統(tǒng)采用STM32F103VET6作為主控制器，驅(qū)動(dòng)檢測(cè)芯片獲取檢測(cè)數(shù)據(jù)、對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，然后輸出控制信號(hào)和狀態(tài)信號(hào)。

系統(tǒng)檢測(cè)模塊，采用DS1320芯片作為時(shí)鐘計(jì)時(shí)芯片，用于記錄臺(tái)燈使用時(shí)間，臺(tái)燈使用2小時(shí)之后輸出語(yǔ)音提示信號(hào)。采用超聲波模塊對(duì)使用者與臺(tái)燈之間的距離進(jìn)行檢測(cè)，設(shè)置護(hù)眼距離為35cm～45cm之間。當(dāng)使用距離小于或者大于護(hù)眼距離時(shí)，將通過(guò)語(yǔ)音提示進(jìn)行位置調(diào)節(jié)。采用BH1750傳感器對(duì)臺(tái)燈周圍的光強(qiáng)進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)檢測(cè)值匹配調(diào)節(jié)各光強(qiáng)區(qū)間護(hù)眼的光照強(qiáng)度。

采用OLED顯示臺(tái)燈的檢測(cè)光強(qiáng)、距離、使用時(shí)間的狀態(tài)信息。采用ISD4004作為語(yǔ)音錄放芯片，該芯片可以分段錄制和播放所需的語(yǔ)音提示信息包括：使用超時(shí)提醒、距離太遠(yuǎn)或太近指示、當(dāng)前光照強(qiáng)度。采用LD3320非特定語(yǔ)音識(shí)別芯片進(jìn)行語(yǔ)音識(shí)別和語(yǔ)音控制，非特定語(yǔ)音識(shí)別需要提前設(shè)置識(shí)別指令包括：開燈、關(guān)燈、調(diào)至合適亮度、增強(qiáng)、減弱語(yǔ)音控制指令。

系統(tǒng)通過(guò)PWM波驅(qū)動(dòng)MOS管的方式調(diào)節(jié)臺(tái)燈的亮度，根據(jù)PWM值的改變來(lái)改變臺(tái)燈的亮度值。PWM值由語(yǔ)音控制指令和光強(qiáng)檢測(cè)決定。

4 軟件運(yùn)行流程

在搭建好硬件系統(tǒng)之后，進(jìn)行軟件流程的編寫和運(yùn)行。系統(tǒng)軟件運(yùn)行過(guò)程如圖2所示：首先對(duì)各器件進(jìn)行初始化，然后檢測(cè)距離信息，根據(jù)語(yǔ)音提示調(diào)節(jié)位置，進(jìn)行光強(qiáng)檢測(cè)調(diào)節(jié)至合適光強(qiáng)，開始計(jì)時(shí)計(jì)算正常使用時(shí)間，當(dāng)?shù)竭_(dá)使用時(shí)間進(jìn)行語(yǔ)音提示，收到關(guān)閉指令結(jié)束。

5 總結(jié)展望

設(shè)計(jì)的智能護(hù)眼臺(tái)燈能夠是準(zhǔn)確的檢測(cè)距離和光照強(qiáng)度和使用時(shí)間。能夠清晰播放提示語(yǔ)音，同時(shí)能夠識(shí)別語(yǔ)音指令進(jìn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換，因此設(shè)計(jì)的臺(tái)燈實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)的護(hù)眼和智能化的功能需求。由于條件限制系統(tǒng)之后應(yīng)向小型化、簡(jiǎn)潔化方向進(jìn)行優(yōu)化。下圖3為設(shè)計(jì)實(shí)物圖。

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