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智能护眼台灯

专家
2013-01-25 16:26:44    评分

作者:四川大学锦江学院 秦仕禹 罗霞 底佳佳
指导教师:董慧

  作品简介

  一.开发背景
  近视已成为影响我国人民健康的重要问题。日前,据中国、美国、澳大利亚合作开展的防治儿童近视研究项目前期调查显示,我国人口近视发生率为33%,全国患有近视眼病人数已接近4亿,是世界平均水平22%的1.5倍。而近视高发群体——青少年近视发病率则高达50%至60%,我国是世界上近视发病率最高的国家之一,近视眼人数世界第一。
  今年前11月份,全国用电量42835亿千瓦时。第一产业用电量同比增长3.77%,第二产业用电量同比增长一成二,第三产业用电量同比增长一成四;城乡居民生活用电量同比增长一成左右[2] ,为了更加合理的利用和节约能源,我们设计出此智能护眼并伴有节能功能的台灯。

  二.结构说明
  基于上述的开发背景设计出此智能护眼台灯,该台灯具有自动检测人体与灯间距的功能、根据人体与灯的间距自动调节灯亮度并伴随语音提示的功能、台灯工作模式设置的功能、时间日期显示的功能等。
  该台灯分为五个主要模块:IAP15F2K61S2单片机为核心的控制器模块,灯光光强调节模块、语音播报提示模块、时间日期显示模块及灯组模块。系统总体结构图如图1所示:  

 

  三.系统功能
  1. 通过红外检测模块E-18检测人离台灯的距离,调节灯的亮度,从而达到节能的护眼的目的,并伴随语音提示提醒用户应该干什么。
  2. 按下模式开关键一,关闭SYN6288智能语音播报模块、台灯高亮,用户可以安静的看书。
  3. 按下模式开关键二, 让台灯随机智能播放一条名言警句,缓解用户疲惫;名言警句可以随意修改。
  4. LCD1602显示日历时间等信息。

  四.使用说明
  使用方法一:按下电源开关及复位键,台灯处于工作方式一,台灯前的3个红外检测器处于待机状态,当用户离台灯最远时,1号检测器检测到最远距离并点亮检测指示灯,台灯亮度最弱,语音播报提示“祝你今天愉快”;当用户离台灯距离适中时,2号检测器检测此距离,台灯亮度适中亮,语音播报提示“亲可以看书了哦”;当用户离台灯距离最近时,3号检测器检测到此距离,台灯亮度最亮,语音播报提示“小心近视”。
  使用方法二:按下模式键一,台灯处于工作方式二。台灯会处于高亮、语音模块关闭状态,用户可以安静的看书。
  使用方法三:按下模式键二,台灯处于工作方式三。台灯会随机智能播放一条名言警句,或者音乐(用户可以通过程序烧写自行修改)。  

 

  设计说明

  五.系统设计方案
  本系统以IAP15F2K61S2作为核心控制器件,并由SYN6288智能语音播报模块,E-18红外检测模块,LCD1602液晶显示模块,电源及稳压模块和时钟日历芯片PC8563模块组成。其中,E-18红外检测模块感应人与台灯的距离、SYN6288语音模块外接扬声器、LCD1602显示日历芯片PC8563芯片产生的日历及时间。系统方案图如图2所示:  

 

  1.控制系统(MCU)模块:
  用宏晶公司最新STC15系列IAP15F2K61S2单片机控制芯片。ISP/IAP在系统可编程在应用可编程。IAP15F2K61S2是一种集成度高、功能强的单片机芯片,适合于可靠性高、速度快和扩展功能强的应用系统。与以前的51系列单片机相比,IAP15F2K61S2增添了许多功能,8通道10位高速ADC、内部高精度R/C时钟、3通道捕获/比较单元等大大提高了其可靠性和速度。
  2.E-18 D80NK红外感应模块:
  采用E-18 D80NK红外感应器检测其人与灯之间的距离。它是集发射与接收于一体的光电传感器。检测的距离可以根据调节模块后面的可变电阻来实现。该传感器具有探测距离远、可以广泛应用于机器人避障、流水线计件等众多场合。
  3.SYN6288智能语音播报模块:
  SYN6288语音模块是一款中高端语音合成芯片。可方便地完成设置语音识别列表,启动语音识别,获得识别结果,播放MP3等功能。该芯片支持的最大关键词为50条,每次合成文本量最多可达200字节。具有智能的文本分析处理算法,可正确的识别数值、号码、时间日期及常用的度量衡符号。内部集成23首和旋提示音、15首背景音乐。且芯片各项指标均满足室外严酷环境下使用。外接扬声器即可语音播放。
  4.LCD 1602液晶显示模块:
  LCD1602液晶显示器是指显示的内容为16x2,即可以显示两行,每行16个字符液晶模块(显示字符和数字)。内含复位电路,提供各种控制命令,如:清屏、字符闪烁、光标闪烁、显示移位。微功耗、体积小、显示内容丰富、达到了本系统的显示指标。
  5.PCF8563时钟日历芯片模块:
  PCF8563是低功耗的CMOS实时时钟日历芯片它提供一个可编程时钟输出,一个中断输出和掉电检测器。所有的地址和数据通过I2C总线接口串行传递,片内有电源复位功能、内部集成震荡电容。其每次读写数据后,地址寄存器自动增加。
  6.稳压模块:
  系统由电池提供电压,稳压后输出5V给SYN6288模块、E-18模块及单片机最小系统供电。

  六.系统硬件设计原理
  1.E18 D80NK 红外传感器:
  在人体红外检测模块设计中,由于E18 D8ONK是NPN型光电开关,输出状态是0和1,当检测到人体温度时,正常状态是低电平输出,但此电平不能直接接在单片机的I/O口上,所以要接上拉的1K电阻拉高其输出电平。其原理图如图3所示。  

 

  2.SYN6288 智能语音播报模块:
  SYN6288 中文语音合成芯片是北京宇音天下科技有限公司于 2010 年初推出的一款性价比更高,效果更自然的一款中高端语音合成芯片。 SYN6288 通过异步串口接收待合成的文本,实现文本到声音( TTS )的转换。其原理图如图4所示。  

 

  3. LCD1602 液晶显示:
  LCD1602各寄存器介绍(Controller)、驱动器(Driver)和偏压产生电路组成。控制器主要由指令寄存器IR、数据寄存器DR、忙识别位BF、地址计数器AC、DDRAM、CGROM、CGRAM及时序发生电路组成。其原理图如图5所示。  

 

  4. PCF8563 日历芯片
  PCF8563 有 16 个位寄存器:一个可自动增量的地址寄存器,一个内置 32.768KHz的振荡器(带有一个内部集成的电容)一个分频器(用于给实时时钟RTC 提供源时钟)一个可编程时钟输出,一个定时器,一个报警器,一个掉电检测器和一个 400KHz I2C 总线接口。其原理图如图6所示。  


  图6 PCF8563 应用电路图

  5. LM2596稳压模块
  LM2596模块,是采用开关稳压芯片LM2596,固态电容220uf/35V集成。 直流4-35V (输入的电压必须比要输出的电压高1.5v以上。) 直流2-30V 电压连续可调,高效率最大输出电流为3A。其原理图如图7所示。  

 

  作品特色

  一. 产品的先进性及创新性
  智能化感应装置可检测到人离台灯的距离并调整灯光的亮度,从而达到节能的目的。
  通过语音提示用户保持人体离灯的距离,从而达到预防近视的目的。
  在不同的工作模式下有不同的功能,可以随用户的喜好进行调节。

  二.产品实用性
  可通过红外检测控制台灯的亮度,从而达到节能的目的。
  台灯不同的亮度会有不同的语音提示,提醒用户预防近视。
  LCD液晶显示屏,可提供日期,时间的显示。

  三. 平台选型说明
  本系统是基于STC15F2K61S2单片机系统的智能护眼台灯装置,实现了对人体红外感应探测来进行台灯亮度的调节,并伴有语音智能播报的功能。

  四. 声明
  本参赛队伍所有成员一致同意,在不涉及技术泄密的情况下,大赛主办方及相关技术支持单位,可以将该参赛作品用于大赛等有关活动使用。

系统演示视频:http://v.eepw.com.cn/video/play/id/2658




关键词: 智能     护眼     台灯     近视     显示     功能     语音     模块         

高工
2013-01-25 18:48:44    评分
2楼
想法不错,希望这个设计节能的同时也能够降低近视眼的概率

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