一种可检测调节学习者学习状态的智能台灯的制作方法

本发明涉及一种可检测调节学习者学习状态的智能台灯。

背景技术：

台灯作为常用的家用电器，其主要用于学习、阅读和工作等照明之用，现有市面上的台灯功能较为单一，基本只有简单的照明功能，而且大部分台灯需要用户自行手动进行调节台灯的亮度，同时，台灯的色温固定，使用多有不便，台灯在不同的光照强度下无法改变亮度和色温，导致用户长时间学习会感到身心疲惫，从而导致学习效率降低。

现代研究发现：学习者的学习状态与情绪密切相关，学习兴奋心跳就会加快，学习疲劳心跳就会减慢，学习压力大心跳就会波动；现代研究还发现：外部声音和光线的刺激会影响脉搏的变化，当以粉红噪声为背景音乐，以蓝光为辅助光时，脉搏也会变慢；当以白噪声为背景音乐，以红光为辅助光时，脉搏也会变快；当轻音乐为背景音乐，以绿光为辅助光时，可以舒缓学习压力，让脉搏平稳。

因此，急需设计一款既能根据环境光强进行实时调节，又能自动调节学习者的学习状态的智能台灯。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术之不足，提供一种可检测调节学习者学习状态的智能台灯。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种可检测调节学习者学习状态的智能台灯，其包括手环和台灯，所述手环上设有脉搏检测模块和第一通信模块；所述台灯设有控制单元、用以检测环境光照强度的光照检测单元、用以检测环境色温的色温检测单元、第二通信模块、可调色温的led灯和若干个可变色led灯，所述脉搏检测模块通过第一通信模块无线连接所述第二通信模块；所述光照检测单元、色温检测单元和第二通信模块的输出端分别连接所述控制单元的输入端，所述控制单元的输出端连接所述可调色温的led灯和若干个可变色led灯；所述台灯包括底座、灯座、升降机构和横杆，所述底座通过升降机构连接横杆的一端，所述横杆的另一端连接所述灯座；所述控制单元驱动连接所述升降机构升降；所述可调色温的led灯设置在所述灯座内，所述若干个可变色led灯环绕所述可调色温的led灯并成圈地设置在所述灯座内；所述控制单元根据环境光照强度调节可调色温的led灯和若干个可变色led灯的亮度，所述控制单元根据色温和用户脉搏调节可调色温的led灯的色温和若干个可变色led灯发出的颜色。

在另一较佳实施例中，所述升降机构包括升降杆、升降支架和电机，所述升降支架活动套接所述升降杆，所述电机通过丝杆和丝杆螺母传动连接所述升降杆，所述控制单元驱动所述电机正反转以带动所述升降杆上升或下降。

在另一较佳实施例中，所述台灯的底座上设有升降调节按钮，所述升降调节按钮连接所述控制单元的输入端以控制所述电机正反转。

在另一较佳实施例中，还包括设置在所述底座内的音频模块，所述控制单元的输出端连接所述音频模块的输入端。

在另一较佳实施例中，所述台灯的底座上设有色温调节按钮，所述色温调节按钮连接所述控制单元的输入端以控制所述可调色温的led灯的色温。

在另一较佳实施例中，所述可调色温的led灯包括红、绿、蓝、黄四色led灯，所述控制单元通过控制黄色led灯的亮暗以调节所述可调色温的led灯的色温。

在另一较佳实施例中，所述可变色led灯包括红、绿、蓝三基色led灯。

在另一较佳实施例中，所述光照检测单元设置在所述横杆上。

在另一较佳实施例中，所述色温检测单元设置在所述底座上。

在另一较佳实施例中，所述第一通信模块和所述第二通信模块均采用蓝牙。

本发明的有益效果是：

1、采用脉搏检测模块检测用户，采用光照检测单元检测光照强度，采用色温检测单元检测色温，控制单元根据用户脉搏、光照强度和色温调节可调色温的led灯和可变色led灯的亮度和色温，并控制可变色led灯发出不同的颜色的光，可调色温的led灯的亮度自动调节到适合的亮度，照射在学习区域，保护用户的视力；当用户的精神状态不佳时，可变色led灯会发出比白色led灯强度较弱的不同颜色的光，照射在学习区域之外的书桌周围，起到调节学习气氛的作用，调节学习者的学习状态从而提高学习效率。

2、采用电机带动升降机构实现台灯自动升降，方便快捷。

3、通过升降调节按钮调节升降机构的升降高度。

4、根据用户的脉搏，通过音频模块播放不同的音乐用以调节学习者的学习状态。

5、通过设置色温调节按钮手动调节色温，方便快捷。

6、控制单元通过控制黄色led灯的亮暗能够实现调节所述可调色温的led灯的色温。

7、可变色led灯包括红、绿、蓝三基色led灯，可发出红光、绿光和蓝光以及不同颜色光组合的复色光，可根据用户的精神状态选择发出合适的光。

8、光照检测单元设置在所述横杆上可检测环境的光照强度。

9、色温检测单元设置在所述底座上可检测可调色温的led灯的色温。

10、手环和台灯通过蓝牙通信实现传输用户脉搏信号，蓝牙具有低功耗、低成本和低延迟等优点，适合手环与台灯之间的短距离通信。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明；但本发明的一种可检测调节学习者学习状态的智能台灯不局限于实施例。

附图说明

图1是本发明一较佳实施例的系统框图；

图2是本发明一较佳实施例的手环的结构示意图；

图3是本发明一较佳实施例的手环的电路原理图

图4是本发明一较佳实施例的台灯的结构示意图；

图5是本发明一较佳实施例的台灯的横杆的结构示意图；

图6是本发明一较佳实施例的台灯的底座的结构示意图；

图7是本发明一较佳实施例的态度的灯座的结构示意图；

图8是本发明一较佳实施例的台灯的电路原理图。

具体实施方式

实施例，参见图1所示，本发明的一种可检测调节学习者学习状态的智能台灯，其包括手环和台灯，所述手环上设有脉搏检测模块51和第一通信模块52；所述台灯设有控制单元18、第二通信模块19、用以检测环境光照强度的光照检测单元32、用以检测环境色温的色温检测单元13、可调色温的led灯41和若干个可变色led灯42，所述脉搏检测模块51通过第一通信模块52无线连接所述第二通信模块19；所述光照检测单元32、色温检测单元13和第二通信模块19的输出端分别连接所述控制单元18的输入端，所述控制单元18的输出端连接所述可调色温的led灯41和若干个可变色led灯42；所述台灯10包括底座1、灯座4、升降机构和横杆3，所述底座1通过升降机构连接横杆3的一端，所述横杆3的另一端连接所述灯座4；所述控制单元18驱动连接所述升降机构升降；所述可调色温的led灯41设置在所述灯座4内，所述若干个可变色led灯42环绕所述可调色温的led灯41成圈地设置在所述灯座4内；所述控制单元18根据环境光照强度调节可调色温的led灯41和若干个可变色led灯42的亮度，所述控制单元18根据用户脉搏调节可调色温的led灯41的色温和若干个可变色led灯42发出的颜色。

参见图2和图3所示，手环5包括脉搏检测模块51和第一通信模块52，手环电路由2个芯片及外围元件电路组成，u101采集用户脉搏信号通过蓝牙芯片u102发送至台灯的控制单元18。

u101芯片是集成脉搏血氧仪和心率监测芯片max30101，它包括内部的led和光电监测器等；采用i2c串口通讯；1、5-8、14脚空，2脚i2c串行时钟，3脚i2c串行数据，4脚led负端接地，9-10脚led正端，11脚电源端，12脚接地，13脚校验中断；芯片顶部有led发光窗口和光电监测器窗口。

u102芯片是i2c串口蓝牙芯片cc2541；用于通过i2c串口接收脉搏信号，再将其发射台灯的控制单元18；相关引脚功能：1脚数字接地，2脚i2c串行时钟，3脚i2c串行数据，6脚校验中断信号，10、39脚数字电源端，40脚电源去耦，21、24、27-29、31脚模拟电源端，20脚复位端，22-23脚外接32mhz晶体振荡器，32-33脚外接32.768khz晶体振荡器，25-26脚天线端，18脚对码开关，19脚指示端，30脚参考电流设置端。

参见图4至图7所示，台灯包括底座1、升降支架2、电机21、横杆3、灯座4。底座1底部设有电机连接座11用以安装电机21，升降支架2设置在底座1上；所述升降支架2活动套接一升降杆，所述电机21通过一丝杆和丝杆螺母传动连接所述升降杆；底座1上还设有喇叭12、色温检测传感器13、上升调节按钮14、下降调节按钮15、色温设定按钮16、电源开关17和控制单元18；上升调节按钮14和下降调节按钮15连接控制单元18以控制电机21正反转以控制升降机构上升或者下降，横杆3上设有升降机构顶部连接轴31、环境亮度检测检测传感器32和灯座4固定端33；可调色温的led灯41设置在所述灯座4内，所述若干个可变色led灯42环绕所述可调色温的led灯41成圈地设置在所述灯座4内；可调色温的led灯41包括红、绿、蓝、黄四色led灯，通过调节黄色led灯亮暗调节可调色温的led灯41的色温；可变色led灯42包括红色led灯421、绿色led灯422和蓝色led灯423。

参见图8所示，台灯的电路，控制芯片u201通过蓝牙芯片u204接收脉搏信号，控制芯片u201通过色温检测芯片u203接收色温信号，控制芯片u201通过光敏电阻r200接收光照强度信号，控制芯片u201通过连接电机驱动芯片u205驱动电机21，控制芯片u201连接语音芯片u202驱动喇叭。

u201芯片是多功能控制芯片ecd53e，其包括2组led控制输出、1个电机控制输出、1个光线检测输入和2路控制信号输入。1脚接可调色温的led灯41的红色led灯，2脚接可调色温的led灯41的绿色led灯，13脚接可调色温的led灯41的黄色led灯，14脚接可调色温的led灯41的蓝色led灯；9脚接可变色led42灯的绿色led灯422，10脚接可变色led42灯的红色led灯421，12脚接可变色led42灯的蓝色led灯423；8脚电机控制；7脚光线检测输入，3脚光线检测接地；5-6脚控制信号输入，5脚控制可调色温的led灯41，6脚控制可变色led灯42和电机21；4脚电源端，11脚接地端。

u202芯片是语音芯片sc8030；1脚内部电压，2脚pwm2音频输出，3脚pwm1音频输出，4脚电源端，5脚接地端，6脚输入输出口/串行脉冲复位脚，7脚输入口/串行触发计数脚，8脚输入输出口/串行buys信号。本发明6-8脚只用作输入控制信号。

u203芯片是可编程彩色光到频率的转换器tcs230，它把可配置的硅光电二极管与电流频率转换器集成在一个单一的cmos电路上，在单一芯片上集成有64个光电二极管，这些二极管分为四种类型，其16个光电二极管带有红色滤波器，16个光电二极管带有绿色滤波器，16个光电二极管带有蓝色滤波器，其余16个不带有任何滤波器，可以透过全部的光信息，这些光电二极管在芯片内是交叉排列的，能够最大限度地减少入射光辐射的不均匀性，从而增加颜色识别的精确度；tcs230的输出信号是数字量。1-2脚s0、s1用于选择输出比例因子或电源关断模式；7-8脚s2、s3用于选择滤波器的类型；3脚oe反是频率输出使能引脚，可以控制输出的状态，当有多个芯片引脚共用微处理器的输出引脚时，也可以作为片选信号，6脚out是频率输出引脚，4脚gnd是芯片的接地引脚，5脚vcc为芯片提供工作电压；芯片顶部有rgb彩色传感器窗口；s0和s1的组合选项以及s2和s3的组合选项参见表1所示：

表1s0和s1的组合选项以及s2和s3的组合选项

u204芯片是直流电机驱动芯片l6203，只需外接很少的元件即可完成对电机21的驱动。相关引脚功能：1脚输出控制电机21反转，3脚输出控制电机21正转，4脚和8脚功率补偿，5脚电机21正转信号输入，7脚电机反转信号输入，9脚内部基准电源滤波，10脚电流控制反馈，11脚使能控制端，2脚电源端，6脚接地。l6203的en脚输入为1时可驱动电机21，en脚输入为0时芯片不工作。in1脚和in2脚上输入pwm信号，分别控制电机21正转和反转。pwm波形的占空比则控制电机21转速。k201和k202分别是上升调节按钮14和下降调节按钮15。

u205芯片是i2c串口蓝牙芯片cc2541，用于通过蓝牙接收脉搏信号，再通过相关引脚进行控制。相关引脚功能：1脚数字接地，5-6脚多功能芯片u201控制信号输出，7-8脚直流电机驱动芯片u204控制信号输出，9脚接色温设定按钮，11-16脚彩色传感器u203检测控制，37-39脚语音芯片u202控制信号输出，40脚电源去耦，21、24、27-29、31脚模拟电源端，20脚复位端，22脚和23脚外接32mhz晶体振荡器，32脚和33脚外接32.768khz晶体振荡器，25脚和26脚天线端，18脚接对码按钮，19脚指示端，30脚参考电流设置端

本实施例的使用方法：

初次使用，打开台灯电源开关17，进入设置模式，通过上升调节按钮14、下降调节按钮15选择合适的升降机构的升降高度，确定光源的照射范围；色温设定按钮16选择合适的色温，色温选择采用单键循环模式：正白(6000-6500k)---暖白(5500-6000k)---冷白(6500-7000k)---返回。开始学习模式，使用过程中，光照检测单元32将学习者周围光线的强弱反馈给控制芯片u201，多功能控制芯片u201根据光照强度调节可调色温的led灯41的亮度，同时色温检测芯片u203检测可调色温的led灯41的色温，可调色温的led灯41采用四色混合光，红、绿、蓝三色led灯为主光，决定白色光线的组成，黄色led灯为矫正调节光，调节主光的色温；脉搏检测芯片u101采集用户脉搏初始值并保存，然后每隔一分钟采集一次，并与初始值比较，保证用户在适宜的亮度和色温下学习；当新采集的脉搏值与初始值相同时，可变色led灯42不发光，升降杆处于初始设定位。

当学习者学习状态需要调节时，控制芯片u201控制电机21驱动升降杆上升，扩大照射范围，让可变色led灯42照射到学习区域之外的书桌周围，调节结束回到初始位；当学习者学习疲劳时，脉搏明显变慢，控制芯片u201根据脉搏信号给可变色led灯42发出指令，发出相宜的红光；同时喇叭12发出白噪声为背景音乐，通过刺激，提高大脑兴奋程度，集中注意力；待学习者疲劳慢慢消除时，采集到的脉搏渐渐正常，红光和白噪声逐渐减弱，直至消失；同理，当学习者学习得比较亢奋时，脉搏明显变快，控制芯片u201发出指令，使得可变色led灯42发出相宜的蓝光。同时喇叭12发出粉红噪声为背景音乐，通过刺激，降低大脑活动让学习者平静下来，采集到的脉搏渐渐正常，蓝光和粉红噪音相应的减弱，直至消失；当学习者学习得心烦意燥时，脉搏会发生显然的波动，控制芯片u201发出指令，使得可变色led灯42发出相宜的绿光。同时喇叭12发出轻音乐为背景音乐，通过刺激，情绪逐渐平静；采集到的脉搏渐渐正常，绿光和轻音乐相应的减弱，直至消失。这是一款综合考虑人、台灯、光环境而设计的台灯，可调色温的led灯41作为主灯，可变色led灯42作为辅灯，二者相辅相成，营造舒适的光线环境氛围，有利于调节学习者学习状态。

上述实施例仅用来进一步说明本发明的一种可检测调节学习者学习状态的智能台灯，但本发明并不局限于实施例，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本发明技术方案的保护范围内。