论文总字数：13771字

目 录

1引言 1

1.1研究背景及意义 1

1. 2国内外研究现状 2

1.3本文工作安排 3

2系统总体设计 4

3 智能台灯系统硬件设计 4

3.1智能台灯系统主控制器选择 4

3.1.1 STM32 最小系统电路设计 5

3.1.2供电电路 5

3.1.3晶振电路 6

3.2光照度传感器 7

3.3测距传感器 8

3.4人体红外传感器 9

3.5音效传感器 9

4系统软件设计 10

4.1仿真软件简介 10

4.2 软件调试 11

5系统软硬件联调 11

6总结 13

致谢 14

参考文献 15

基于stm32的智能学习台灯设计

戴裕佳

，China

Abstract: This paper designed a set of intelligent learning lamp system based on stm32, the intelligent system through the human body infrared sensor detects whether desk lamp beside someone, reuse the ADC module to sampled signal transformation, so as to control and adjust the switch of desk lamp, brightness resistance testing of indoor light intensity to adjust the LED brightness, when ultrasonic sensor module testing to the human body and the distance from the desk close buzzer alarm, LCD display brightness. This system consists of two parts, hardware and software, the hardware part mainly includes the stm32, SR04 ultrasonic sensor, a buzzer module, oled LCD, brightness sensor, ADC0832 module, body induction module and power module, software part mainly includes the general control program and each module control. Experimental results show: this system has stronger applicability, easy to use, further verify the effectiveness of the design in this paper.

Key words: The LED lamp;stm32; Ultrasonic sensors; Intelligent system

1引言

1.1研究背景及意义

随着社会与科学技术的发展，人们对于教育的重视程度也越来越高了。对此青少年的学习压力都特别的大，并且学校老师给学生布置的学习任务也比较大，学生常常马不停歇地完成老师布置的学习任务，且常常不会注意所处的学习环境和学习状态已经给自己的身体状态带来了极大的伤害。比方说，他们所处的学习环境光线常常是微弱的，学习坐姿也不端正，这些会给身体造成极大的伤害，会容易近视，会容易驼背，甚至会伤害到他们的心里健康。因此研究和制作一个智能台灯系统帮他们解决这些诸如，近视﹑驼背乃至伤害身心健康问题的智能台灯系统就显得迫不及待了。就现在的阶段来说，智能台灯系统的研究还是属于相对落后的状态，市场上可以见到的基本还是简单的通过学生自己手动来控制台灯的亮度等级的^[1]，不能够合理地对台灯的色温进行相关的控制，也不能对学生不端正的学习坐姿给出帮助信息。

纵观整个社会我们可以发现身边的人几乎没有不戴眼镜的，这是多么骇人的发现。如今我们国家青少年的近视率每年都在增加，并且增加的速度越来越快，在国际的大舞台上面，对于这样的近视率，我们国家居然排在第一位，这在人类的发展史上是多么的难以接收。面对这极度不健康的现象，沈阳何氏眼科医院院长何伟已经发出呼吁，我们要把重心都放在国家青少年的身心与身体健康方面，对于他们的视力健康一定要起到很好的监督作用。就现在的社会阶段我们国家有近视症状的人几乎超过了四亿，假如我们以十三亿人口来计算的话，可以这么理解你和你身边的人，平均下来几乎每三个有一个近视的人，其中占绝大多数的还是青少年，且他们的近视率在国际上已经排在了第二位，要是以人口来计算的话，却是国际上患近视病人数最多的一类。这种趋势是极其恐怖的，根据有关报道显示，在中小学人群里面，患有近视的比率几乎接近于百分之六十，其中城市占多数达到了农村人数的两倍之多，高中以上阶段的患病率更是高达百分之七十，这已经严重伤害了我们国家青少年的身体身心健康了。青少年使我们国家未来发展的希望，是我们国家高素质要求职业的候选人，这一健康影响将对我们国家二十一世纪的健康指标的提出了严峻的挑战，我们不能够掉以轻心。最近几年，在我们国家、日本以及韩国等等东南亚的国家，近视眼的存在率相当大，这一危害时时刻刻打扰了青少年健康的学习以及生活方式。其中我们国家的近视率和日本国家的近视率最高，日本患有近视的人数总数量居世界第一，我们国家患有近视的人数仅仅比日本少一点而已。患有近视比较严重的还有就是，到目前为止还没有什么办法是可以完全治愈它的，没有相关的药物也没有相关的医疗办法，药房的药物一般只能起到简单的缓解作用，并不能够根治，而对于一些相关医治的手术，诸如激光，其对于患者的年龄是有严格的限制的，并且存在很大的风险。抛开基因遗传的因素，其实还有很多的因素是患近视病的根源，我们想要保护眼睛，拥有身心和身体健康的成长环境，那么从根源上做一些具体的措施来防患那些诱发这种病的根源，就显得尤其重要了。我们国家的学生患有了这么严重的近视病，主要原因是平时在完成老师布置的相关任务的时候，不关心所处的学习环境，想想当前的光线是否适合，也不注意学习的坐姿问题，直接趴着写作业，有的甚至都躺着看书，更不要说注意到自己与光源的距离了，就这样糊里糊涂完成老师的任务，时间越来越久就让他们的视力降低了，静距离的东西没有办法看得清。

就目前市场上比较高端的台灯有手动式的调光台灯，学生能够依据自己对目前光线的需求来自己手动地旋转这种台灯的调光开光^[2-3]，这种台灯的好处就是可以很大力度上的节约电能，但是他不能够预防近视，也不能够在学生坐姿不正确的时候，给他们一些帮助提醒。当学生在台灯下面学习的时候，为了可以纠正他们坐姿，保护他们的眼睛以及节约电能，本课题研究和制作了一个智能台灯系统，该智能台灯系统能够在学生学习的时候给出一些帮助提示以及自动管理灯光亮度和色温的等等的操作^[5-7]。具体表现在，当我们的坐姿不正确或者我们离灯光太近的时候，智能台灯系统给我们发出一些帮助提示，从而使得我们能够及时地纠正自己坐姿，保护好自己的眼睛，这主要是依靠人体红外传感器来实现的^[8-11]，假如我们在晚上的时候，学习太久，然后太累了，一不小心趴着睡着的话，该智能台灯也可以自己关闭台灯实现智能节能操作。我们平时遇到的一些智能的节能台灯，其主要的工作是针对灯泡的，即采用节能灯来替换传统的乌丝灯泡^[12]。不过现在随着绿色节能的的一步步发展，如何开发一款新型的智能节能台灯系统显得极其重要。许多的研究人员提出使用半导体材料来做发光源取代传统意义上的白炽灯泡，并且用于室内照明^[13-16]。这要做的好处主要在于，它的发光源是发光二极管，能够在节能方面极大地提高效率，再结合它特有的结构给设计雅致的外观可以给人一种异常舒适的感觉，特别方便使用。LED是一种半导体器件，它能够将电能源不经过其它形式的能源直接地转换为可见光，同时这种转换的好处还在于它的转换效率极高。如今随着信息技术的急剧发展，人们对于生活的质量要求也提高了，这也直接给了智能化系统的提出了更加严峻的挑战。在目前的市场上面，基于LED灯的使用还仅仅停留在通过亮度调节旋钮上面来控制灯光的强弱，仅仅包含简单的打开、关闭以及恒流恒压的功效^[17]，没有办法完成智能化的管理操作。

1. 2国内外研究现状

其实台灯最基本的作用就是提供光线用于照明，那么这就需要想想光源的选用和在已经选好的光源的基础上面考虑到配光设计的问题，且需要考虑到其光学性能，也就是说灯光的光照区域大小以及光照是否均匀的问题^[17]。

在现在的阶段，我们国家用台灯的人数越来越多了，且商店售出的台灯品种也是很多的。随着我们国家绿色能源概念的普及和LED配光技术的日益成熟，基本上所有的台灯都选用了LED来作为发光光源。目前在台灯产业方面，其发展的空间还是非常大的，不一样的品牌和不一样的技术在最终功能的实现方面还是存在很大区别的。人们对于生活质量的要求使得照明设备还要有其外观的雅致。

第一类普通台灯采用节能灯作为发光光源，对于灯罩的设计外观平庸且不适用，使用这种台灯来展开相关工作，会因为它的照度昏暗而伤害我们的视力。第二类LED 台灯采用了 LED 来作为它的发光光源，它仅仅具有提供光照度的简单作用。第三类智能台灯它充分利用了智能管理的相关信息且同时加入了一些雅致的设计，主要有：自带能够显示当前环境的温度和时间等等参数的屏幕，自带能够手动调节灯光强度的旋钮。目前市场上面的台灯品牌还是比较多的，主要有欧普、欧司朗、飞利浦以及雅阁等等，不一样的品牌，它们的设计和功能也是不一样的，但总体来说这个品牌大体上还是比较符合年轻人的审美的。在灯光光照强度方面来看，孩视宝和松下的产品没有能够调档的旋钮，雅阁选用的是无级调光作用，其它品牌为许多个档位的触控管理光照度。从光源的设计角度来看，其都是单个LED均匀分布的设计，且在LED灯的外部有一个柔光罩来去除眩光对人眼的伤害，光照的适宜度还是比较好的。这几种产品对比来看，都有它们各自的优势，但是都仅仅指含有简单的照明功能，不具有智能化的设计。我们国家就台灯的智能设计相比于国际依旧是比较落后的，欧美的许多国家都具LED 照明的核心技术知识产权了。

如今社会对于智能化照明系统的需求越来越高了，这种局部照明系统类的智能化产品将会因为它不一样的优势得到市场的高度肯定，像这样能够针对我们实际需求而设计的照明系统一定会是未来照明依稀研究的方向和趋势。随着经济的急剧发展，人们对学习类台灯的设计要求越来越高，与此同时绿色照明概念也深入人心，这使人们努力研制通过信息与科学技术来实现台灯的智能化，并且满足生活中的实际使用，扩展多个有益于人们生活和学习的别样功能模块。因此针对人们对智能台灯系统的需求以及市场产品缺陷的解决，基于LED灯的照明系统应该具有相关的智能化功能，以科学智能化、个性多样化和绿色可持续照明为研究和设计的方向。

1.3本文工作安排

如今智能化技术急剧地发展，智能化系统也渐渐在社会的生产和生活中广泛地应用。人们生活离不开的照明系统也进入了智能化阶段，因此对智能化的节能台灯的设计已经迫在眉睫了。本课题对于智能台灯的研制是在主要控制核心芯片STM32的基础上面展开的，整个系统的硬件架构主要包括：STM32控制单元、传感器信号参数处理单元、蜂鸣报警单元以及LED驱动单元。针对智能台灯系统的软件设计，则采用模块化的思想，即完成每个单一模块的软件设计，再进行整体的联合测试。本课题对于智能台灯系统的研制工作主要如下：

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