基于STM32的多功能智能台灯及其智能控制方法与流程

本发明涉及一种电子技术及单片机应用技术，特别涉及一种基于STM32的多功能智能台灯及其智能控制方法。

背景技术：

目前已上市的台灯种类众多，但是其功能往往比较单一。但是随着科技的进步以及生活水平的不断提高，人们对台灯的需求与要求逐渐增加。它的功能也由简单的照明开始向其他的节能和护眼等方面发展，有些台灯还添加了非照明等功能。目前大范围上市的多功能台灯中，其所具备的功能并不多，仅仅局限于闹钟、定时等功能。对于我们的这一款新型台灯，除了最基本的照明功能之外，它还有感光模块能根据环境亮度自动调节台灯的亮度；它的传感器判断使用者的坐姿等是否正确并且提出健康提示；我们还运用云通讯技术，通过手机APP对台灯进行控制，而且可以通过手机得到台灯显示屏幕前的画面，可以观察孩子的学习情况，它拥有火灾烟雾报警模块，一旦有火灾情况的发生的时候，手机APP会紧急地提醒用户。能为我们的日常生活提供便捷。它的功能也由简单的照明开始向护眼、节能等方面转变发展；这些功能都是现在市场上台灯所不具有的。

技术实现要素：

本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于STM32的多功能智能台灯，该多功能智能台灯与传统台灯类似，只要插上电源，就能运行，不同点在于，其具有多种功能但又不用进行繁琐的设置，给了使用者更多的功能体验，体现了整体系统设计的新颖性及简洁性，具有广阔的产业前景，这是市面上所类似的产品无法媲美的；本发明针对市场上多功能台灯能源损耗量大、花费电费多，以及不能自动关闭的问题，本台台灯采用LED光源，节能、环保又耐用，而且能通过网络控制开关与否或者自动关闭，在这方面体现了功能设计的创造性，让使用者能够获得人性化的体验；此外，现有技术中的智能台灯没有视频监控的功能，本发明的智能台灯通过台灯的摄像头的画面获取能很好地解决了这个问题。

本发明的另一目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种应用于基于STM32的多功能智能台灯的智能控制方法。

本发明的首要目的可以通过下述技术方案实现：均与STM32单片机芯片控制模块相连接的超声波、摄像头模块、火灾烟雾报警模块、时钟模块、红外线触摸感应模块、LED投影模块、音响模块、WiFi模块、液晶显示器模块、键盘模块、电源模块、温控模块、继电器模块和app模块；

STM32单片机芯片控制模块：是多功能智能台灯的主控制器，用于协调环境检测模块、时钟模块、红外线触摸感应模块、LED投影模块、音响模块、WiFi模块、液晶显示器模块、键盘模块、电源模块、温控模块和继电器模块之间的工作；

摄像头、超声波模块：用于检测周围环境光线强度的大小；

火灾烟雾报警模块：用于检测周围环境烟雾及有害气体的浓度，判断是否有火灾情况或者其他有害气体泄漏；时钟模块：用于向单片机控制提供时间信息；

红外线触摸感应模块：用于通过触摸该模块控制相应的开关；

LED投影模块：用于投影时间；

音响模块：用于输出语音提示；

WiFi模块：用于使多功能智能台灯与互联网相连接；

液晶显示器模块：用于提示文本的输出显示；

键盘模块：包括功能键和数字键，用户通过键盘模块的按键设置时间、闹铃和控制电子钟；

电源模块：用于将市电转换成5V电压，向多功能智能台灯供电；

温控模块：当台灯周围温度超过80℃时自动断电，以预防火灾的发生；

继电器模块：用于根据单片机的管脚控制，自动控制开关的断与开。

所述单片机控制模块采用STM32，所述环境检测模块采用光敏电阻，所述时钟模块采用DS12C887+时钟芯片。

所述LED投影模块采用LED光源，通过红外线触摸感应，控制LED投影模块的开与关。

所述音响模块采用ISD1820录音语音、喇叭模块；所述WiFi模块采用ESP8266无线网络模块，所述液晶显示器模块采用LCD1602模块，所述电源模块具有备用电池，断电时，启动备用电池，保证时钟芯片的供电；所述温控模块采用智能集成温度传感器DS18B20。

本发明的首要目的也可以通过以下技术方案实现：基于STM32的多功能智能台灯主要包括STM32LQFP64主控制器模块、ESP8266串口转WIFI模块、光敏电阻模块、超声波模块、摄像头模块、HC-SR501人体红外感应模块、DS18B20温度传感器模块、MQ-2火灾烟雾检测模块和LCD12864液晶显示模块。

使用ESP8266串口转WIFI模块，将摄像头以及其他各种传感器收集到的信息，经过单片机处理后上传至云端服务器，再由手机APP客户端接收来自服务器的信息，可以让使用者了解到台灯周围的环境状况；除此之外，手机APP也可以发送文本信息经云端发送到台灯显示屏处显示。

采用光敏电阻模块，检测周围环境光线强度，并根据该强度自动调节LED灯的启动个数、或者调节通过LED灯的电流，以达到输出灯光的亮度调节功能。

通过超声波和摄像头模块的叠加检测，精确测量使用者头部与桌面之间的距离，若距离小于30厘米，则通过台灯的音响输出语音提醒，提醒使用者增加头部与桌面之间的距离。

采用MQ-2火灾烟雾检测模块，该模块对有毒气体、烟雾、火灾温度等有着可靠的灵敏性。能检测到周围环境的状况，不仅能监测到火灾，对天然气等对人体有害的气体也能检测到，保证使用者的健康。

采用HC-SR501人体红外感应模块，该模块有多种感应形式，能根据需求进行调整。当使用者离开台灯可检测范围超过15分钟后，台灯将自动关闭，以此达到节能的效果。

采用DS18B20温度传感器，该传感器对温度感应敏感，根据其提供的信息，处理器可迅速做出反应。当台灯工作温度过高时自动断电，防止安全事故发生。

本发明是一个以STM32单片微处理器为核心配合电子电路模块组成的多功能智能台灯，具有以下功能：

亮度调节：采用光敏电阻模块，检测周围环境光线强度大小，并根据该强度自动调节LED灯的启动个数、或者调节通过LED灯的电流大小，以达到输出灯光的亮度调节；即：能根据环境亮度自动调节台灯的亮度，以达到最适合学习的亮度。

坐姿提醒：通过超声波和摄像头模块的叠加检测，精确测量使用者头部与桌面之间的距离，若距离小于30厘米，则通过台灯的音响输出语音提醒，提醒使用者增加头部与桌面之间的距离；即：通过检测模块，测出头部与桌面的距离，来确定姿势是否健康并给出提醒，根据使用者的坐姿等是否正确并且提出健康提示。

时钟闹钟：采用DS12C887+时钟芯片向STM32单片机系统提供时间信息。

火灾烟雾报警：采用MQ-2火灾烟雾检测模块，该模块对有毒气体、烟雾、火灾温度等有着可靠的灵敏性，一旦有火灾情况的发生的时候，手机APP会紧急地提醒用户。

手机App：采用计算机高级语言开发手机端App，适配Android、iOS、Windows等系统平台；运用云通讯技术，通过手机APP对台灯进行控制，而且可以通过手机得到台灯显示屏幕前的画面，可以观察孩子的学习情况。

WiFi控制：采用ESP8266串口转WIFI模块，该模块是一款超低功耗的UART-WiFi透传模块，其支持无线802.11b/g/n标准；支持STA/AP/STA+AP三种工作模式；内置TCP/IP协议栈，支持多路TCP Client连接；支持丰富的Socket AT指令；支持UART/GPIO数据通信接口；支持Smart Link智能联网功能；通过WiFi控制台灯的开关状态以及当人离开一小段时间之后自动关灯；

红外线感应模块：采用HC-SR501人体红外感应模块，该模块有多种感应形式，能根据需求进行调整。

温度感应模块：采用DS18B20温度传感器，该传感器对温度感应敏感，根据其提供的信息，处理器可迅速做出反应。

还可以采用LED投影时间，并具有时钟和闹钟提醒功能，还可以定时开关该多功能智能台灯。

本发明的另一目的可以通过以下技术方案实现：一种应用于所述的基于STM32的多功能智能台灯的智能控制方法，包括以下步骤：

步骤1、打开台灯时，通过摄像头模块以及其相应的传感器收集到的信息，经过STM32单片机芯片控制模块处理后上传至云端服务器；

步骤2、光敏电阻模块检测周围环境是否光线适宜，如不适宜，则STM32单片机芯片控制模块调节台灯的亮度；

步骤3、超声波模块和摄像头模块一起检测使用者是否坐姿正确，如果不正确，则由音响模块进行播报提醒，提醒使用者增加头部与桌面之间的距离；

步骤4、火灾烟雾报警模块检测周围环境是否有烟雾或者其他有害气体，若有，则通过音响模块立即提醒使用者赶紧做好逃生措施并且通过网络发送危险信号到手机App里，提醒使用者的家人；

步骤5、温控模块对台灯温度进行检测，当台灯的温度超过设定的温度值时，马上自动切断台灯的电源以关闭台灯，防止安全事故的发生；

步骤6、由人体感应模块与时钟模块一起感应使用者是否已离开台灯超过15分钟，若是，则切断台灯的电源以关闭台灯，以此达到节能的效果；

作为优选，还包括以下步骤：

当需要使用远程监控时，可以打开app模块，app模块从云端服务器下载数据从而实现实时监控，手机APP通过云端把文本信息发送到台灯的液晶显示器模块。

本发明的另一目的也可以通过以下技术方案实现：一种应用于基于STM32的多功能智能台灯的智能控制方法，包括以下步骤：

步骤1、打开台灯时，摄像头模块以及其他各种传感器收集到的信息，经过单片机处理后上传至云端服务器；

步骤2、用光敏电阻模块检测周围环境是否光线适宜，如不适宜则将数据送到主控芯片从而调节LED灯启动个数或者LED灯的电流，以实现输出灯光的亮度调节；

步骤3、用超声波模块和摄像头模块两者一起检测使用者是否坐姿正确，如果不正确，则由语音模块进行播报提醒，提醒使用者增加头部与桌面之间的距离；

步骤4、火灾烟雾模块检测周围环境是否有烟雾或者其他有害气体，若有则通过音响立即提醒使用者赶紧做好逃生措施并且通过网络发送危险信号到手机App里提醒使用者的家人，从而达到火灾烟雾报警功能；

步骤5、配合温度传感器对台灯温度进行检测，当温度过高，超过确定的温度值马上自动切断电源关闭台灯，防止安全事故发生；

步骤6、由人体感应模块与时钟模块一起感应使用者是否已离开台灯超过15分钟，若是，则同样切断电源关闭台灯，以此达到节能的效果；

步骤7、当需要使用远程监控时，可以打开app，app可以从云端服务器下载数据从而实现实时监控，另外，手机APP也可以发送文本信息经云端发送到台灯显示屏处显示。

本发明的智能台灯具有以下特点：

(1)通过光敏电阻模块，根据环境光照强度，自动调节台灯中LED的启动个数或者电流大小，从而改变台灯亮度，以达到最适合学习的亮度；

(2)采用摄像头和超声波模块的组合，可以叠加检测，能够精确地检测出头部与桌面之间的距离，从而确定实用者姿势是否健康，若不健康则通过台灯的音响系统给出语音提醒；

(3)通过DS12C887+时钟芯片提供时钟闹钟功能，并且通过红外线触摸模块，触摸之后，让LED投影出相应的时间；

(4)应用MQ-2火灾烟雾检测模块，该模块对有毒气体、烟雾、火灾(高温)等反应灵敏，可以严格监控周围环境是否发生火灾，若确认发生火灾，则通过音响立即提醒使用者赶紧做好逃生措施并且通过网络发送危险信号到手机App里提醒使用者的家人，从而达到火灾烟雾报警功能；

(5)通过手机App，发送文本信息，经过网络，把文本信息发送到到台灯内部，并经过处理然后从显示屏显示出来；

(6)通过台灯摄像头模块监控使用者的状态以及台灯前的环境状态，并且能通过网络，将所获取的视频信号发送到手机App中，以达到监控效果；

(7)通过手机App，经过网络，从而控制台灯的开关；

(8)通过已有的超声波模块，检测使用者与台灯之间的距离，当使用者超出检测模块的检测范围15分钟后自动关闭台灯；

(9)采用内置热敏电阻模块，当台灯工作温度超过80摄氏度时，自动断电关闭台灯，以防发生火灾。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

(1)根据环境光照程度自动调节台灯亮度，以达到最适合学习的亮度，绿色节能环保。

(2)可检测出使用实验者头部与桌面之间的距离，来确定使实用者姿势是否端正，若不端正则给出语音提醒。

(3)时钟、闹钟及定时功能，可以在长期外出家里没人时定时打开台灯，模拟家里有人的情景预防小偷光顾。

(4)温控及火灾烟雾报警功能，当台灯工作温度过热时，自动断电关闭台灯电源，避免引起火灾事故。

(5)通过台灯摄像头实时监控使用者的状态以及台灯前的环境状态，已达家长和孩子互动及监督学习的效果。

(6)当使用者接近台灯时根据环境情况自动打开台灯，超出检测模块的检测范围15分钟后自动关闭台灯，以体现节能效果及使用便利性。

(7)本发明的多功能智能台灯经济实用，实用性强，可以批量生产投入市场以满足人们日常生活需要，具有广阔的产业化前景。

附图说明

图1是台灯系统总体框架图；本发明的台灯以STM32微控制器为主CPU，在此基础上建立相关功能物理模块构成多功能学生用台灯硬件系统，其中包括摄像头和超声波传感测控模块、液晶显示器模块、WiFi模块、LED投影模块以及各种传感器。

图2是台灯系统组成模块。

图3是基于STM32的多功能智能台灯的智能控制方法。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

如图1所示，是本发明的台灯系统总体框架结构，该台灯使用ESP8266串口转WIFI模块，将摄像头以及其他各种传感器收集到的信息，经过单片机处理后上传至云端服务器，再由手机APP客户端接收来自服务器的信息，可以让使用者了解到台灯周围的环境状况；除此之外，手机APP也可以发送文本信息经云端发送到台灯显示屏处显示。

采用光敏电阻模块，检测周围环境光线强度，并根据该强度自动调节LED灯的启动个数、或者调节通过LED灯的电流，以达到输出灯光的亮度调节功能。

通过超声波和摄像头模块的叠加检测，精确测量使用者头部与桌面之间的距离，若距离小于30厘米，则通过台灯的音响输出语音提醒，提醒使用者增加头部与桌面之间的距离。

采用MQ-2火灾烟雾检测模块，该模块对有毒气体、烟雾、火灾温度等有着可靠的灵敏性。能检测到周围环境的状况，不仅能监测到火灾，对天然气等对人体有害的气体也能检测到，保证使用者的健康。

采用HC-SR501人体红外感应模块，该模块有多种感应形式，能根据需求进行调整。当使用者离开台灯可检测范围超过15分钟后，台灯将自动关闭，以此达到节能的效果。

采用DS18B20温度传感器，该传感器对温度感应敏感，根据其提供的信息，处理器可迅速做出反应。当台灯工作温度过高时自动断电，防止安全事故发生。

如图2所示，台灯以STM32单片机为主控芯片，以光敏电阻模块、摄像头、超声波模块、DS12C887+时钟芯片、MQ-2火灾烟雾检测模块、电源模块、红外模块、WiFi模块、温控模块、音响模块、键盘模块、液晶显示模块和继电器模块作为附带模块，以实现通过主控平台操作便可以实现自动调光，火灾报警，自动断电，并结合app进行实时监控。。

(1)通过光敏电阻模块，根据环境光照强度，自动调节台灯中LED的启动个数或者电流大小，从而改变台灯亮度，以达到最适合学习的亮度；

(2)采用摄像头和超声波模块的组合，可以叠加检测，能够精确地检测出头部与桌面之间的距离，从而确定实用者姿势是否健康，若不健康则通过台灯的音响系统给出语音提醒；

(3)通过DS12C887+时钟芯片提供时钟闹钟功能，并且通过红外线触摸模块，触摸之后，让LED投影出相应的时间；

(4)应用MQ-2火灾烟雾检测模块，该模块对有毒气体、烟雾、火灾(高温)等反应灵敏，可以严格监控周围环境是否发生火灾，若确认发生火灾，则通过音响立即提醒使用者赶紧做好逃生措施并且通过网络发送危险信号到手机App里提醒使用者的家人，从而达到火灾烟雾报警功能；

(5)通过手机App，发送文本信息，经过网络，把文本信息发送到到台灯内部，并经过处理然后从显示屏显示出来，；

(6)通过台灯摄像头模块监控使用者的状态以及台灯前的环境状态，并且能通过网络，将所获取的视频信号发送到手机App中，以达到监控效果；

(7)通过手机App，经过网络，从而控制台灯的开关；

(8)通过已有的超声波模块，检测使用者与台灯之间的距离，当使用者超出检测模块的检测范围15分钟后自动关闭台灯；

(9)采用内置热敏电阻模块，当台灯工作温度超过80摄氏度时，自动断电关闭台灯，以防发生火灾。

本智能台灯调节器主要由STM32LQFP64主控制器模块、ESP8266串口转WIFI模块、光敏电阻模块、超声波模块、摄像头模块、HC-SR501人体红外感应模块、DS18B20温度传感器模块、MQ-2火灾烟雾检测模块及LCD12864液晶显示模块组成。

(1)环境感应模式：应用DS18B20温度传感器模块和MQ-2火灾烟雾检测模块，根据环境条件控制智能台灯开关亮度及发出警报，避免事故发生；

(2)节能模式：应用HC-SR501人体红外感应模块，当使用者离开台灯可检测到的范围15分钟后，台灯将自动关闭，节省用电。

(3)手机客户端模式：通过系统配套的应用程序，可向台灯发送文本指令，经服务器传输到台灯显示屏处显示。

如图3所示，一种应用于基于STM32的多功能智能台灯的智能控制方法具体如下：首先打开台灯时，摄像头以及其他各种传感器收集到的信息，经过单片机处理后上传至云端服务器，用光敏电阻模块检测周围环境是否光线适宜，如不适宜则将数据送到主控芯片从而调节LED灯启动个数或者LED灯的电流，否则则继续用超声波和摄像头模块两者一起检测使用者是否坐姿正确，如果不正确，则由语音模块进行播报提醒；火灾烟雾模块检测周围环境是否有烟雾或者其他有害气体，若有则通过音响立即提醒使用者赶紧做好逃生措施并且通过网络发送危险信号到手机App里提醒使用者的家人，从而达到火灾烟雾报警功能；接着配合温度传感器对台灯温度进行检测，当温度过高，超过确定的温度值马上自动切断电源关闭台灯，由人体感应模块与时钟模块一起感应使用者是否已离开台灯超过15分钟，若是，则同样切断电源关闭台灯，当需要使用远程监控时，可以打开app，app可以从云端服务器下载数据从而实现实时监控。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。