项目编号：mcuclub-321
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总字数：12600+
摘 要
设计了一种基于STC89C52的语音提醒与坐姿检测智能台灯原型系统。系统由主控制器模块、语音播报模块、超声波测距模块、蓝牙模块、光照检测模块、显示模块与继电器模块组成。以STC89C52微控制器为主控制器，通过串口控制模块获取并解析用户指令，实现对LED灯的蓝牙控制，包括开关、亮灭等基本功能。通过超声波模块检测坐姿，坐姿不正确则语音播报提醒。也可以通过光照强度检测控制台灯的亮灭，通过继电器模块实现系统元件之间的耦合隔离，提高系统负载能力，完善系统控制功能与安全防护功能。测试结果表明，该原型系统不仅实现了台灯控制方式的便利化与人性化，还具备预防驼背与近视的功能，具有较强的实用性和市场化潜力。
关键词：智能台灯；坐姿检测；语音提醒；自动技术
Abstract
A prototype intelligent desk lamp system based on STC89C52 was designed. The system consists of main controller module, voice broadcast module, ultrasonic ranging module, Bluetooth module, light detection module, display module and relay module. STC89C52 microcontroller as the main controller, through the serial control module to obtain and parse user instructions, bluetooth control of LED lights, including switch, on and off and other basic functions. The sitting position is detected by ultrasonic module. If the sitting position is not correct, the voice is broadcast to remind. The lamp can also be controlled by light intensity detection, and the coupling isolation between system components can be realized by relay module, so as to improve the load capacity of the system and improve the control function and safety protection function of the system. The test results show that the prototype system not only realizes the convenience and humanization of the lamp control mode, but also has the function of preventing hunchback and myopia, which has strong practicability and market potential.
Keywords: intelligent desk lamp; Sitting position detection; Voice reminder; Automatic technology
目录
摘 要
Abstract
第一章 引言
第二章 系统设计方案
第三章 硬件设计
第四章 系统程序设计
第五章 系统仿真测试
第六章 实物制作与调试过程
第七章 结论
参考文献
致谢
附录
第一章 引言
1.1 选题背景及实际意义
随着生活水平的提高和科学技术的发展，人们对于家用电器的功能与性能要求越来越高。同时，随着学生课业压力与成人工作压力的不断增大，长时间的不良阅读姿势导致的近视与驼背等问题日趋严重。为了使日常阅读体验更加便利化与人性化，同时及时发现与提醒不健康的阅读姿势，采用同时具备语音提醒与坐姿检测功能的照明设备是十分必要的。传统的台灯通常不具备语音控制与坐姿检测功能; 目前市面上的智能台灯，能够同时实现语音控制与坐姿检测功能的不多，且价格较为昂贵［4-6］。因此，设计一种能够同时具备语音控制与坐姿检测功能，且价格适中的便携式智能台灯是必要和有价值的。 本文提出了一种基于单片机微控制器的智能台灯原型系统，系统以STC89C52为主控制器，通过串口发送控制指令并传送检测数据，结合TTS语音播报模块，光照检测模块，实现了台灯的语音提醒与坐姿检测/提醒功能。该原型系统技术在智能家居领域的一种有益探索与典型应用，经进一步技术改进与细化，具备产品化与市场化的潜力。
1.2 国内外发展历程
目前，我国台灯的普及率很高，市场上的台灯种类也很多，而且随着国家政策的推动以及LED配光技术的逐渐成熟，大部分台灯也都已经使用LED作为照明光源。虽然台灯产业的发展空间很大，但是不同品牌的产品不管在技术上还是功能上都有很大的差异。作为室内照明的设计需要同时具备专业和时尚的元素，不同于其它的 LED 照明产品，人们对 LED 台灯的外观设计和舒适度方面也有很高的要求。
时阳等人研究了 LED 节能台灯的造型设计和系统评价，得到了LED节能台灯的最佳设计方案，为台灯的外形设计提供了指导意义。
袁巧霞等研究了LED 台灯的设计原则，分析了社会、经济和技术因素对台灯研究的影响。
市面上有三种常见的书写类台灯。第一类台灯使用节能灯为光源，而且灯罩的设计普通且不科学，在这种台灯下阅读学习，由于照明效果不佳容易对视力造成严重的影响。第二类台灯使用 LED 为光源，虽然提高了照明的亮度，但是功能仅限于照明，比较单一。第三类台灯结合了智能控制理论添加了新颖的设计元素，其中的液晶屏幕能够显示时间、温度等实时数据，同时设计有触摸调光档位，照明效果也更好。
市场上的台灯品牌也很多，主要有欧普、欧司朗、飞利浦、松下、雅阁和孩视宝等，不同品牌的产品有着不同的设计和应用。这几种产品在外观设计上都比较符合年轻用户群体的审美观，和环境也比较搭配。在亮度调节的功能上，孩视宝和松下的台灯产品的照明档位不可调，雅阁的照明采用的是无级调光功能，其它品牌为几个档位的触控调光。
在照明设计上，都是使用一个LED或多个LED分布式排列作为光源，采用了柔光罩来消除眩光，照明效果也有差异。总体来说，这几种产品都满足基本的照明要求，但实用功能上也仅限于亮度的调节。虽然近年来国内台灯的产业一直是快速的增长，也提出了“新型台灯产业”的概念，建立的台灯行业的评价及量化体系也颇有成效，但是国外台灯设计的研发和成果依旧领先于国内，欧美的一些国家拥有着 LED 照明的核心技术知识产权。随着社会需求的不断变化，局部照明类的科技化产品将会以其独特的优势获得市场的认可，更多满足用户实际需求的个性化照明产品也是未来的研究趋势。
晋新敏等人通过模块化思想设计了一种多功能的台灯，陈鸿飞等人设计了一种具有环境质量与学习状态监测功能的 LED 台灯。
由于传统台灯功能比较单一，制作工艺上也比较普通，仅能实现设备的照明功能已经不能满足社会的需求。随着经济的快速发展，人们对学习类台灯的设计也逐渐提高了要求，与此同时，绿色照明理念的深入使人们开始致力于通过科学技术实现对台灯照明系统的个性化控制，同时为满足实际应用中的需要，增加更多有益于学习的其它辅助类功能模块。所以，针对目前台灯市场上功能的不足以及产品个性化不足的问题，LED 室内台灯照明灯具的设计需要融入智能科技的设计理念，以科学智能化的照明、个性多样化的照明以及绿色可持续的照明为研究和设计的方向。
1.3 本论文研究目标与框架
1、可实现LCD1602显示光照强度以及超声波检测距离和灯的控制状态；
2、可实现通过按键以及蓝牙控制灯的模式；
3、可实现通过蓝牙模块实现手机控制台灯的开关；
4、可实现通过超声波测距控制音乐模块播出语音提示坐姿不正确；
5、实现通过光敏电阻控制台灯在自动模式下的灯光控制。
本论文框架：
第一章主要是介绍本毕业设计题目的选题背景和实际意义，和目前国内外的发展现状，以及本论文设计的目标和设计的框图。
第二章主要介绍设计的整体理念，包括论文的设计思路及设计原理图、主要芯片的选择以及主要元器件选择。
第三章主要介绍硬件电路设计原理，包含了该设计整体电路的原理图，超声波检测模块原理图，光照检测模块原理图，无线传输蓝牙模块原理图，语音模块原理图，照明模块原理图，LCD1602显示模块原理图，独立按键模块原理图，将具体程序和电路图在附录中体现。
第四章主要介绍该设计的软件开发环境及软件设计流程，包含了软件的使用过程和总体软件设计流程、按键模式切换流程等等。
第五章主要介绍软硬件仿真过程，将此次设计检测用户坐姿、照明的自动控制和按键设置和控制、及其蓝牙控制照明灯进行仿真测试，将具体过程附上图文加以说明。
第六章主要是实物的焊接过程，主要是对第五章仿真对应功能的显示过程。也是对此次设计最后是否成功的检验。
第七章主要是最后设计完成之后，进行的一个总结。