基于STM32的多功能智能護眼臺燈的設計

王超宇 祝忠明 何春燕

摘 要：本文設計了一款具備語音控制、自主調光、距離檢測、語音提示、狀態顯示的多功能智能臺燈。該臺燈采用STM32芯片為控制處理器、應用LD3320語音識別芯片、ISD4004語音錄放芯片、光敏傳感器、定時芯片、超聲波模塊等多傳感器融合實現設計功能。臺燈能夠自主檢測使用距離和時間，根據周圍環境自主調節燈光強度，顯示臺燈運行狀態。并且可以通過語音控制臺燈狀態、根據檢測狀態進行語音提示。設計臺燈可以通過距離、時間、燈光強度的檢測調節來達到護眼效果，通過語音控制和語音提示使臺燈操作更具智能化。

關鍵詞：STM32；語音控制；語音提示；自主檢測；護眼智能臺燈

1 概述

近年來隨著學習壓力的不斷增加，使用臺燈的頻率和時間不斷增加。臺燈在提供足夠光照的同時對人眼視力也有很重要的影響。根據相關研究報告我國近視人數占比非常高，大多數人視力保護意識淡薄。同時隨著智能技術的不斷發展人們對物體的智能化的要求越來越高。根據現實需求設計了一款多功能的智能護眼臺燈，該臺燈通過檢測距離、時間、光強自主調節達到護眼功能，并且能夠進行語音識別，語音控制、語音提示提高了臺燈的便捷性和智能化程度。

2 系統設計

系統設計框圖如下圖1所示，系統通過時鐘模塊、測距模塊、光強模塊對使用時間、距離、環境光強進行檢測。主控模塊對監測的數據進行處理，將系統狀態輸出至顯示模塊，根據數據處理結果控制調節模塊改變光強，通過語音錄放模塊對使用者進行語音提示。系統由電源模塊進行供電，并且通過語音識別芯片實現臺燈的語音控制，使系統智能化。

3 硬件設計

根據系統設計框圖對系統各硬件模塊進行設計。首先系統采用STM32F103VET6作為主控制器，驅動檢測芯片獲取檢測數據、對監測數據進行處理，然后輸出控制信號和狀態信號。

系統檢測模塊，采用DS1320芯片作為時鐘計時芯片，用于記錄臺燈使用時間，臺燈使用2小時之后輸出語音提示信號。采用超聲波模塊對使用者與臺燈之間的距離進行檢測，設置護眼距離為35cm～45cm之間。當使用距離小于或者大于護眼距離時，將通過語音提示進行位置調節。采用BH1750傳感器對臺燈周圍的光強進行檢測，根據檢測值匹配調節各光強區間護眼的光照強度。

采用OLED顯示臺燈的檢測光強、距離、使用時間的狀態信息。采用ISD4004作為語音錄放芯片，該芯片可以分段錄制和播放所需的語音提示信息包括：使用超時提醒、距離太遠或太近指示、當前光照強度。采用LD3320非特定語音識別芯片進行語音識別和語音控制，非特定語音識別需要提前設置識別指令包括：開燈、關燈、調至合適亮度、增強、減弱語音控制指令。

系統通過PWM波驅動MOS管的方式調節臺燈的亮度，根據PWM值的改變來改變臺燈的亮度值。PWM值由語音控制指令和光強檢測決定。

4 軟件運行流程

在搭建好硬件系統之后，進行軟件流程的編寫和運行。系統軟件運行過程如圖2所示：首先對各器件進行初始化，然后檢測距離信息，根據語音提示調節位置，進行光強檢測調節至合適光強，開始計時計算正常使用時間，當到達使用時間進行語音提示，收到關閉指令結束。

5 總結展望

設計的智能護眼臺燈能夠是準確的檢測距離和光照強度和使用時間。能夠清晰播放提示語音，同時能夠識別語音指令進行狀態轉換，因此設計的臺燈實現了設計的護眼和智能化的功能需求。由于條件限制系統之后應向小型化、簡潔化方向進行優化。下圖3為設計實物圖。

參考文獻：

[1]丁學用，陳越艷，王旭龍，等.一種自動感應及預防近視智能臺燈設計[J].中國科技信息，2017（24）：77-78.

[2]洪家平.LD3320的嵌入式語音識別系統的應用[J].單片機與嵌入式系統用，2012（2）：47-49，53.

[3]王陳璐.基于用戶體驗的健康智能燈具設計研究[D].上海：華東理工大學，2015.

[4]黃孝康，湯莉莉，鄭金亮，姚杰.紅外智能LED臺燈的研究與設計[J].科技創新導報，2014，11（33）：5-6.