一种智能台灯的制作方法

本实用新型涉及台灯照明技术领域，特别涉及一种智能台灯。

背景技术：

从目前来看，我国台灯市场的很大，需求也很多。然而现在市面上的台灯不仅功能单一，普遍采用的是有频闪对我们视力有害的pwm调光技术来手动的对亮度进行的调节而且不能实现智能开关和智能调节亮度等，用户长期在普通台灯的环境下，不仅容易产生视觉疲劳和审美疲劳，台灯还不能在用户离开忘记关灯时自行熄灯或者调暗亮度，而且在用户距离台灯较远时或者在光线较暗不方便寻找物理开关时不能通过手势开关灯，用户体验较差。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种智能台灯，具有更好的用户体验和更多的功能。

本实用新型提供一种智能台灯，包括apds-9960手势传感器、bh1750光照强度检测传感器和hc-sr505人体红外传感器，还包括stm32f103c8t6芯片、stm32f103rct6芯片和led灯珠；

apds-9960手势传感器和bh1750光照强度检测传感器通过iic通讯协议与stm32f103c8t6芯片通信；

apds-9960手势传感器的int引脚和hc-sr505人体红外传感器的out引脚分别连接stm32f103c8t6芯片的pa1引脚和pb0引脚，int引脚输出的高电平信号或低电平信号为中断信号，out引脚输出的高电平信号或低电平信号为有人体存在信号；

stm32f103c8t6芯片的pc0、pc1、pa3和pa2引脚分别与stm32f103rct6芯片的pa4、pa5、pa9、pa10引脚通信连接，由pa9引脚传向pa3引脚的数据流为发送数据流，由pa2引脚传向pa10引脚的数据流为接收数据流，发送数据流和接收数据流中数据的传输均采用usart协议；

所述led灯珠有多个，每一所述led灯珠中具有三个led灯片，分别用于发出红光、绿光和蓝光，所有led灯珠均与ws2312b控制芯片连接，每一led灯片的亮度均受所述ws2312b控制芯片控制，ws2312b控制芯片的sin引脚连接stm32f103rct6芯片的pc3引脚以实现通信。

进一步地，所述智能台灯还设有用于与用户进行交互的ili9341显示屏，所述ili9341显示屏上具有设置灯光颜色和亮度的界面，所述ili9341显示屏包括电阻触摸屏和液晶显示屏，所述液晶显示屏的d00～d15引脚是液晶显示屏与stm32f103rct6芯片传输数据或指令的引脚以调控显示屏的显示界面；所述ili9341显示屏的rd引脚和wr引脚分别为控制ili9341显示屏的读数据和写数据的引脚，所述电阻触摸屏通过其io1～io5引脚与stm32f103rct6芯片进行读数据和写数据传输。

进一步地，所述智能台灯还包括hc-sr04超声波传感器，hc-sr04超声波传感器的trig引脚和echo引脚分别与stm32f103c8t6芯片的pb10引脚和pb11引脚连接，trig引脚为控制超声波发射频率的引脚，echo引脚为记录超声波从发出到接收所用时间的引脚。

进一步地，所述stm32f103c8t6芯片内具有rtc时钟、装载有手势检测算法的手势算法计算器、装载有人体感应算法的人体感应算法计算器和装载有距离检测算法的测距算法计算器，还具有装载有智能开关算法的智能开关算法计算器，智能开关算法计算器连接rtc时钟、手势算法计算器、人体感应算法计算器和测距算法计算器以读取其计算数据作为智能开关算法的自变量，所述智能开关算法计算器通过stm32f103c8t6芯片的pa2引脚连接stm32f103rct6芯片的pa10引脚，所述接收数据流中的数据包括智能开关算法计算器根据自变量计算的结果。

进一步地，ws2312b控制芯片内具有装载有基于hsv色彩模型的自适应调光算法的调光计算器，所述ili9341显示屏和stm32f103c8t6芯片通过stm32f103rct6芯片连接所述调光计算器以使所述写数据和智能开关算法计算器的计算结果被所述调光计算器读取。

进一步地，ws2312b控制芯片中具有光照强度检测传感器和自适应调光计算器，所述自适应调光计算器包括装载有pid算法的第一计算机和装载有增量型pid算法的第二计算机，所述光照强度检测传感器、第一计算机、第二计算机和调光计算器顺次连接。

进一步地，所述智能台灯还包括闹钟，所述闹钟响铃通过rtc时钟驱动。

进一步地，所述智能台灯还包括mq-9有害气体检测传感器和蜂鸣器，所述mq-9有害气体检测传感器的oa引脚和od引脚分别与stm32f103c8t6芯片的pa6引脚和蜂鸣器连接，oa引脚的电压与环境中co的浓度值成正比或反比关系，所述mq-9有害气体检测传感器上具有设置co浓度报警阈值的旋钮。

进一步地，所述智能台灯还包括dht11温湿度检测传感器，所述dht11温湿度检测传感器的data引脚与stm32f103c8t6芯片的pa7引脚连接以进行数据交互。

进一步地，apds-9960手势传感器和bh1750光照强度检测传感器的scl引脚和sda引脚为iic通讯引脚，stm32f103c8t6芯片的pa2引脚和pa3引脚亦为iic通讯引脚，scl引脚和sda引脚与pa2引脚和pa3引脚对应连接以实现iic通讯。

本实用新型的有益效果有：

(1)通过apds-9960手势传感器、hc-sr505人体红外传感器等，可实现台灯远距离智能开关，不仅具有更好的用户体验，而且节能，有助于延长灯珠的使用寿命。

(2)通过bh1750光照强度检测传感器和灯珠的三色灯片等，可实现台灯根据环境光线的变化自动调节照明亮度和光线色彩，使用户在长期的光照下，始终保持最佳的视觉效果，减轻或者缓解视觉疲劳，保护眼睛。

(3)采用stm32f103c8t6芯片和stm32f103rct6芯片双芯片控制，有助于提高数据处理速度，且能够在一定程度上实现人机交互，增强用户体验感和参与感。

(4)采用hsv色彩模型来实现对台灯的亮度调节可以避免pwm调光所导致的频闪。这样用户可以在更大的程度上的保护视力，而不会因为频闪所导致的视觉疲劳。

(5)采用自适应调光算法来实现对台灯亮度的智能调节，可实现当外界光照强度强时，台灯的亮度就弱，当外界的光照强度弱时，台灯的亮度就强。如此一来用户工作环境内的光照强度永远都保持在了一个定值，这样极大的保护了用户视力，给用户提供了一个舒适可靠的工作环境。

(6)采用智能开关算法来实现台灯的智能开关，当用户在白天的时候人体红外传感器检测到人体的存在会自动的开启，当用户离开时会自动的熄灭；当用户在夜晚的时候手势传感器检测到了手势的变化台灯会自动的开启或熄灭。如此一来可以避免用户在夜晚没有灯光的情况下依然可以控制台灯，这使得智能台灯更加的智能更加的人性化。

附图说明

图1是本实用新型一种智能台灯的系统框图；

图2是本实用新型stm32f103c8t6芯片与传感器硬件连接图；

图3是本实用新型stm32f103c8t6芯片与stm32f103rct6芯片通信连接示意图；

图4是本实用新型ili9341显示屏与stm32f103rct6芯片连接示意图；

图5是本实用新型ws2312b控制芯片与stm32f103rct6芯片连接示意图；

图6是本实用新型智能开关算法流程图示例；

图7是本实用新型为基于hsv色彩模型的自适应调光算法流程图；

图8是本实用新型为自适应调光算法流程图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地描述。

请参照图1至图5，本实用新型提供一种智能台灯，包括人体释热传感器、手势检测传感器、温湿度传感器、超声波传感器、光照强度传感器和有害气体传感器，还包括显示屏、蜂鸣器、led灯和两个单片机。从而本实用新型所述的智能台灯不仅功能多样化，而且能够实现智能开关灯、智能调节亮度、自主选择色彩和自动检测室内温湿度和有害气体浓度。

本实施例中，人体释热传感器为hc-sr505人体红外传感器，手势检测传感器为apds-9960手势传感器，温湿度传感器为dht11温湿度检测传感器，超声波传感器为hc-sr04超声波传感器，光照强度传感器为bh1750光照强度检测传感器，有害气体传感器为mq-9有害气体检测传感器。

其中，apds-9960手势传感器和bh1750光照强度检测传感器通过iic通讯协议与stm32f103c8t6芯片通信。apds-9960手势传感器的int引脚连接stm32f103c8t6芯片的pa1引脚。apds-9960手势传感器和bh1750光照强度检测传感器的scl引脚和sda引脚为iic通讯引脚，stm32f103c8t6芯片的pa2引脚和pa3引脚亦为iic通讯引脚，scl引脚和sda引脚与pa2引脚和pa3引脚对应连接以实现iic通讯。

apds-9960手势传感器的功能是感应手势变化从而将信息传递给单片机。同时手势检测传感器int引脚就是专门用来触发中断的，当传感器检测到人手时会触发int引脚拉低或者拉高，以此来实时捕获手势的变化，并使stm32f103c8t6芯片产生中断从而让stm32f103c8t6芯片和stm32f103rct6芯片做出下一步的处理。apds-9960手势传感器原理：在手势传感器工作时集成的led灯发出特定频率的光，而在手势检测传感器内部分别有四个方向上的光电二极管(上、下、左、右)当有手掌经过时，集成的led灯发出的特定频率的光将会发射到四个方向上的光电二极管中，以此来推算出手势的方向和速度以及位置等。

本实用新型通过apds-9960手势传感器遥控台灯开关。

hc-sr505人体红外传感器的out引脚连接stm32f103c8t6芯片的pb0引脚，hc-sr505人体红外传感器用来实时监测台灯附近是否有人的活动，如果hc-sr505人体红外传感器检测到用户离开一段时间后，hc-sr505人体红外传感器的out引脚会自动变为低电平。当用户重新在台灯附近一段时间时，人体红外传感器的out引脚会自动的变为高电平。

hc-sr505人体红外传感器基本原理：人体都有恒定的体温，一般在37℃左右，根据黑体辐射原理，人体会辐射特定频率红外线，被动式红外探头就是靠探测到人体辐射特定频率的红外线而感应到人的存在的。人体辐射的特定频率红外线通过菲泥尔滤光片增强后聚集到红外感应源上，其中的out引脚相应的发出高电平。

stm32f103c8t6芯片的pc0、pc1、pa3和pa2引脚分别与stm32f103rct6芯片的pa4、pa5、pa9、pa10引脚通信连接，由pa9引脚传向pa3引脚的数据流为发送数据流tx，由pa2引脚传向pa10引脚的数据流为接收数据流rx，发送数据流tx和接收数据流rx中数据的传输均采用usart协议；由pc0引脚传向pa4引脚的数据为数据line1，由pa5引脚传向pc1引脚的数据为数据line2，line1是为接收方指明了当前发送的数据是数据类型还是数据的有效值。当line1处于高电平时，说明发送方发送的为数据类型。当line1处于低电平时，说明发送方发送的数据为数据的有效值。而line2是表明当前状态下接收方是否有能力接收数据。当line2处于高电平时表明接收方此时有能力接收数据，发送方可以发送数据。当line2处于低电平时表明接收方正在处理其他的任务，不希望被打断，发送方不能发送数据，等到line2处于低电平时发送方再发送数据。

所述led灯珠有多个，每一所述led灯珠中具有三个led灯片，分别用于发出红光、绿光和蓝光，所有led灯珠均与ws2312b控制芯片连接，每一led灯片的亮度均受所述ws2312b控制芯片控制，ws2312b控制芯片的sin引脚连接stm32f103rct6芯片的pc3引脚以实现通信。ws2312b控制芯片通过改变led灯片上经过的电流来控制每个led灯珠亮度的强弱，不同的led灯片发出的红光、绿光和蓝光组合起来就可以实现rgb中各种颜色的光。

所述智能台灯还设有用于与用户进行交互的ili9341显示屏，所述ili9341显示屏上具有设置灯光颜色和亮度的界面，所述ili9341显示屏包括电阻触摸屏和液晶显示屏，所述液晶显示屏的d00～d15引脚是液晶显示屏与stm32f103rct6芯片传输数据或指令的引脚以调控显示屏的显示界面；所述ili9341显示屏的rd引脚和wr引脚分别为控制ili9341显示屏的读数据和写数据的引脚，所述电阻触摸屏通过其io1～io5引脚与stm32f103rct6芯片进行读数据和写数据传输。

用户可通过触碰ili9341显示屏修改灯光的颜色，led灯珠随即做出相应颜色改变的动作。

所述智能台灯还包括hc-sr04超声波传感器，hc-sr04超声波传感器的trig引脚和echo引脚分别与stm32f103c8t6芯片的pb10引脚和pb11引脚连接，trig引脚为控制超声波发射频率的引脚，echo引脚为记录超声波从发出到接收所用时间的引脚。具体地，trig引脚是用来激活传感器工作的，当trig拉高一定时间时则让传感器测距一次。echo引脚是用来记录超声波从发出到接收时所用到的时间，以此来推算距离。

所述stm32f103c8t6芯片内具有rtc时钟、装载有手势检测算法的手势算法计算器、装载有人体感应算法的人体感应算法计算器和装载有距离检测算法的测距算法计算器，还具有装载有智能开关算法的智能开关算法计算器，智能开关算法计算器连接rtc时钟、手势算法计算器、人体感应算法计算器和测距算法计算器以读取其计算数据作为智能开关算法的自变量，所述智能开关算法计算器通过stm32f103c8t6芯片的pa2引脚连接stm32f103rct6芯片的pa10引脚，所述接收数据流中的数据包括智能开关算法计算器根据自变量计算的结果。

智能开关算法是由人体感应算法、led灯的驱动、rtc时钟、手势检测算法、距离检测算法五个部分组成。为方便理解，在此列举一个可能的应用场景：请参照图6，当时间为白天时，则hc-sr505人体红外传感器和hc-sr04超声波传感器激活，apds-9960手势传感器睡眠，首先hc-sr505人体红外传感器激活人体感应算法，感应器监控范围内是否有人存在，若无人，则台灯熄灭，若有人，则激活hc-sr04超声波传感器激活，经距离检测算法判断人与台灯之间的距离，假设人与台灯之间的距离在某个值范围内(如≤60cm)，则台灯点亮，若超过该范围，则熄灭台灯；当时间为夜晚，hc-sr505人体红外传感器和hc-sr04超声波传感器休眠，apds-9960手势传感器激活，apds-9960手势传感器通过手势检测算法感应到手势向上，则点亮台灯，若感应到手势向下，则熄灭台灯。根据设计需要或者用户需要，可以用上述传感器及算法的相互组合设计多种控制台灯开关的方案，在此不一一列举。故，采用本实用新型技术方案，使台灯的开关更加灵活，更满足日常生活的需要，同时使人能够在不触碰台灯时实现开关台灯，具有更好的用户体验，方便用户能够在较远的距离控制台灯。

ws2312b控制芯片内具有调光计算器，调光计算器中装载有基于hsv色彩模型的自适应调光算法，所述ili9341显示屏和stm32f103c8t6芯片通过stm32f103rct6芯片连接所述调光计算器以使所述写数据和智能开关算法计算器的计算结果被所述调光计算器读取。

如图7所示，基于hsv色彩模型的自适应调光算法的基本思路是：将灯光当前的颜色rgb值通过rgb与hsv的转换公式得到hsv值，用户通过ili9341显示屏输入用户决定的增量v，继而又通过rgb与hsv的转换公式得到新的rgb值，最后将新的rgb值通过led灯的驱动发送给led灯。

(1)从rgb到hsv转换公式

对应的hsv色彩空间中的(h，s，v)的值为：

v＝max

其中max等于r、g、b中的最大值，min为最小值。h的取值范围为在0到360°之间，s的取值范围在0到100％之间，v的取值范围在0到max之间。

(2)从hsv到rgb转换公式

对应的rgb色彩空间中的(r，g，b)的值为：

p＝v×(1-s)

q＝v×(1-f×s)

t＝v×{1-(1-f)×s}

对于每个颜色向量(r，g，b)有：

其中r在0到255之间，g在0到255之间，b在0到max之间。

ws2312b控制芯片中具有光照强度检测传感器和自适应调光计算器，所述自适应调光计算器包括装载有pid算法的第一计算机和装载有增量型pid算法的第二计算机，所述光照强度检测传感器、第一计算机、第二计算机和调光计算器顺次连接。该自适应调光算法能够实时捕获环境的光照强度的变化来补偿当前的光照强度，使环境的光照强度永远保持在一个恒定的值上。

如图8所示，基于pid的自适应调光算法基本思路是：通过光照强度检测传感器来采集光照强度后反馈给pid算法，通过增量型pid算法计算得出增量加到原有的hsv模型的亮度值上，再由hsv和rgb的相互转换公式换算出rgb的值，再将rgb的值输入到led智能台灯中，从而实现了led的智能调光。

所述智能台灯还包括mq-9有害气体检测传感器和蜂鸣器，所述mq-9有害气体检测传感器的oa引脚和od引脚分别与stm32f103c8t6芯片的pa6引脚和蜂鸣器连接，oa引脚的电压与环境中co的浓度值成正比或反比关系，所述mq-9有害气体检测传感器上具有设置co浓度报警阈值的旋钮。具体地，oa引脚是用来记录的co的浓度值的，当浓度值发生相应的变化则oa引脚的电压也会随之发生变化。od引脚是用来触发报警的引脚，通过传感器的旋钮可以设置co浓度报警的阈值，当co的浓度超过阈值时od会触发高电平。

所述智能台灯还包括dht11温湿度检测传感器，所述dht11温湿度检测传感器的data引脚与stm32f103c8t6芯片的pa7引脚连接以进行数据交互。

所述智能台灯还包括闹钟，所述闹钟响铃通过rtc时钟驱动，通过ili9341显示屏来设置闹钟闹铃的时间、频率和铃声，mq-9有害气体检测传感器检测的co浓度和dht11温湿度检测传感器检测的室内温度和湿度均显示在ili9341显示屏上。

在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。