基于STM32的智能台灯控制系统设计.pdf
《基于STM32的智能台灯控制系统设计.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于STM32的智能台灯控制系统设计.pdf(11页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、基于STM32的智能台灯控制系统设计冯辉,任威,李若宇,李强(淮南师范学院 计算机学院,安徽 淮南 232038)摘要:针对普通台灯功能单一、灯光亮度无法调节、用户用眼疲劳以及坐姿不良等问题,设计并实现了基于STM32的智能台灯控制系统.该系统支持手动、自动两种控制模式,以STM32F103C8T6芯片为控制核心,通过按键、HGS01语音识别、JDY-32蓝牙、光敏电阻、HC-SR04超声波测距、蜂鸣器报警等模块,实现灯光自动调节、久坐提示、坐姿提醒等功能,且具备预防驼背和近视的优点,具有一定的应用价值.关键词:智能台灯;STM32;蓝牙;光敏电阻传感器;超声波传感器中图分类号:TM923.4
2、4 文献标志码:A文章编号:1673-3118(2024)02-0065-110引言根据国家卫生健康委员会的数据,2018 年我国青少年近视率为 53.6%,24 个省份近视率超过50.0%,并有逐年上升的趋势1.目前市面上的台灯普遍存在功能单一、灯光亮度无法调节等问题,另外,用户不良的坐姿以及长时间用眼也是导致近视发病率逐年提高的主要原因.因此,开发一款具有自动调节灯光亮度、自动检测用户坐姿并进行提醒、设定使用时长并进行提示等多功能台灯控制系统势在必行.目前,智能台灯研发是一个热门领域,吸引着众多学者进行研究,并取得丰硕成果.陶曾杰等2针对台灯的个性化和智能化,设计了一套基于蓝牙的多功能台灯
3、控制系统.柴君夫3利用LED光源的特点和优势,结合单片机原理和应用技术,设计了一种学习型台灯系统.周韬等4利用非成像光学设计方法,设计了一种新型的基于LED光源的均匀光斑照明系统.在传统台灯的基础上,加入了智能护眼和学习姿态检测与矫正提醒功能.王聪等5提出使用51单片机作为主控制单元,选用红外检测、光敏检测、蓝牙通信、蜂鸣器和模数转换等模块,设计了一款具有节能、预防近视等功能的智能台灯.以上文献对本系统的设计具有借鉴意义,但是在不同应用场景下控制模式的切换问题却研究鲜少,因此,本文以STM32F103C8T6为控制芯片,结合光敏电阻传感器、超声波传感器、HGS01语音识别、蓝牙等模块,设计并实
4、现了基于STM32的智能台灯控制系统.该系统可根据用户实际需求,提供手动和自动两种控制模式.经测试,系统实现了光照自动调节、坐姿提示、久坐提示等功能,满足预防近视和驼背的需求.因此,冯 辉,等:基于STM32的智能台灯控制系统设计收稿日期:2023-09-06作者简介:冯辉(1993),男,讲师,硕士,研究方向:物联网数据分析,建模技术;任威(1999),男,硕士研究生,研究方向:物联网应用技术.基金项目:安徽省教育厅自然科学研究重点项目(2022AH051579,2022AH051582,2022AH051576);安徽省教育厅哲学社会科学研究重点项目(2023AH051520);淮南市第八
5、批50科技之星创新团队项目(623076);淮南市科技局项目“基于贝叶斯网络的用户动态评价行为建模”;淮南师范学院质量工程重点项目(2022hsjyxm18);国家级大学生创新创业训练计划项目(202210381026).第 38 卷第 2 期2024 年 4 月白 城 师 范 学 院 学 报Journal of Baicheng Normal UniversityApr.Vol.382024No.2白城师范学院学报第38卷本系统是物联网技术在智能家居领域应用的一次有益尝试,具有一定的实用价值和商业潜力6.1系统硬件设计1.1系统硬件总体设计智能台灯控制系统由环境光照检测、人体接近检测、语音识
6、别、按键控制、台灯控制、数据显示、蓝牙通信、报警提示功能模块组成,如图1所示.系统控制分为自动和手动两种模式,在自动模式下,光敏电阻传感器检测环境的光强,单片机的PWM根据环境光强自动调节台灯的亮度.当环境亮度超过开灯阈值时,则关闭台灯7;使用超声波传感器检测人与台灯的距离,当人体过于靠近台灯时,台灯感应到并发出警告信号,提醒用户注意纠正坐姿,防止近视.另外,系统可以让用户自行设定工作或学习时间,当达到设定的时间后,台灯会发出提醒,提示用户休息.在手动模式和语音模式下用户可以根据自身需要自行控制台灯的开关和亮度.图1系统总体框架图1.2主控电路设计STM32F103C8T6是新一代高速、低功耗
7、、高度集成、抗干扰单片机.芯片内部使用的M3内核,能够同时处理32位宽度的数据.目前,该芯片被广泛应用于智慧农业、智能汽车、电子产品等领域,能够有效完成相关领域的控制要求8.此外,STM32F103C8T6单片机需要晶振电路和复位电路支持,因此,需要对单片机、晶振、复位部分进行设计,保证单片机的正常运行,主控制器电路如图2所示.图2主控制器电路图1.3人体坐姿检测电路设计为了实现人体坐姿检测功能,系统使用HC-SR04超声波传感器完成人体与台灯之间的距离检测.若人体进入模块感应范围之内,则表明用户与台灯距离小于设定的阈值,引发蜂鸣器报警,达到坐姿检测目的.HC-SR04超声波传感器模块共有四个
8、引脚,其中编号1口和编号4口是HC-SR04超声波传感器66冯 辉,等:基于STM32的智能台灯控制系统设计第2期模块的供电输入口,分别连接电源VCC和GND.编号2口TRIG是模块控制口,在需要通过HC-SR04超声波传感器模块进行测距时,此接口控制模块启动发出超声波信号,接口高电平为模块启动有效信号,连接到单片机的PA6进行控制.编号3口ECHO是HC-SR04模块从发出超声波信号到感应到超声波信号的脉冲宽度的输出口,安排单片机的PA7控制,人体坐姿检测电路如图3所示.1.4光照检测电路设计系统可以根据环境光照控制台灯,故需要对光敏电阻传感器电路进行设计.光敏电阻传感器输出的模拟量输入到比
9、较器中,经过比较器输出光照强度的比较结果,可以直接得出光照强度是否超过某一阈值.光敏电阻传感器U3的1号接口和2号接口为电源输入口,分别连接电源VCC和GND,3号接口为数字量输出,4号接口为模拟量输入到主控单片机的PA1,光照检测电路如图4所示.图3人体坐姿检测电路图图4光照检测电路图1.5语音识别电路设计HGS01语音识别模块可以对用户语音命令进行识别,大约可识别150条语音命令.HGS01模块电路需要完成四条线束,其中编号2口和编号1口作为模块的供电输入口,分别和系统电源的GND和VCC连接.编号6和编号7分别对应主控串口的PA3和PA2连接,语音识别电路如图5所示.1.6显示电路设计为
10、了方便用户读取相关数据,需要将相关参数可视化,因此,系统采用OLED显示屏用于数据显示.此款显示屏的分辨率为128128,可以清晰地显示出字符等信息.显示屏需要连接4个接口.首选是显示屏的供电输入,对应于接口1和接口2,接口1用于连接VCC,接口2用于连接GND.接口3在通信中负责时钟信号,主控选择PB12连接.接口4在通信中负责数据信号,主控选择PB13连接.显示电路如图6所示.图5语音识别电路图图6显示电路图1.7蓝牙通信电路设计系统可以通过JDY-32蓝牙模块连接手机对台灯进行控制,因此,需要确定蓝牙通信电路.接口2是67白城师范学院学报第38卷JDY-32蓝牙模块的数据收入口,主控选择
11、串口数据发出口PB10连接.接口3是数据发出口,主控选择串口数据接收口PB11连接.为了保证JDY-32蓝牙模块的稳定性,模块对电源进行了稳定处理,确保蓝牙模块能够准确无误地传输数据,蓝牙通信电路如图7所示.1.8灯光控制电路设计智能台灯灯光控制电路如图8所示,为了保证台灯的亮度,设计了MOS管驱动电路.MOS管驱动模块U5的1号接口输入控制信号,连接到主控单片机的PB6,PB6输出PWM信号来控制台灯的亮度,并且可以通过输入PWM实现对台灯亮度的调节.2号接口连接电源GND,3号接口连接台灯LED1的负极,4号接口连接台灯LED1的正极,5号接口与6号接口连接台灯LED1驱动电源.图7蓝牙通
12、信电路图图8灯光控制电路图1.9按键电路设计智能台灯可以通过按键来调节台灯亮度及切换系统运行模式.其中KEY1按键是控制台灯亮度开关,按键信号输入到主控单片机的PB7.KEY3按键用于控制台灯亮度减,按键信号输入到主控单片机的PB9.KEY2按键用于控制台灯亮度加,按键信号输入到主控单片机的PB8.KEY4按键用于选择系统的工作模式,即在手动和自动模式之间切换,按键信号输入到主控单片机的PB5,按键电路如图9所示.1.10报警提示电路设计当台灯检测到人体坐姿接近台灯或到达定时时间后,系统会控制蜂鸣器报警提示.在蜂鸣器和主控接口之间加入三极管作为驱动,主控单片机的PB14输出高电平后,三极管导通
13、,蜂鸣器得到足够的电流发声报警.PB14输出低电平时,三极管断开,蜂鸣器失去电流停止发声报警,声光提示电路如图10所示.图9按键电路图图10声光提示电路图68冯 辉,等:基于STM32的智能台灯控制系统设计第2期2系统软件设计系统软件设计流程如图11所示,以总分的形式展开.首先,进入主程序并对各个功能模块进行初始化设置,具体包括光照检测、坐姿检测、显示、台灯控制等模块,以确定每个接口的电平信号是否正常,以免出现未知情况.其次,检测环境光照数据,并选择系统的运行模式.在手动模式下,通过按键控制台灯的发光亮度;在自动模式下,根据环境光照对台灯亮度进行自动调节.第三,如果用户坐姿不规范或者定时到达时
14、,蜂鸣器进行报警提示.最后,在OLED显示屏上显示相应的控制数据.图11系统软件设计流程图2.1人体坐姿检测软件设计人体坐姿检测是本系统的特色,如1.3节所述,系统使用HC-SR04超声波传感器实现坐姿检测功能,因此,需要完成相应的软件设计.首先,超声波测距检测需要控制HC-SR04模块的两个引脚.当程序需要获取人体与台灯的距离时,通过单片机的PA6引脚控制TRIG引脚输出高电平,此时,模块收到高电平信号后开始输出超声波信号,并且会通过模块的ECHO引脚输出高电平到单片机的PA7引脚.其次,当超声波信号遇到障碍物反射回模块,模块感应到反射回的超声波信号后,模块的ECHO引脚输出低电平,通过单片
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基于 STM32 智能 台灯 控制系统 设计
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。