前段時間參加了全國大學生智能互聯創新大賽，我們隊伍經過半個月的努力做了一款智能臺燈，特分享出來供大家學習。

智能臺燈側面圖

智能臺燈整體圖

智能臺燈俯視圖

作品簡介：

隨著時代的進步人們對燈的要求也越來越多，臺燈是普遍的家用照明設備之一，為了結合國家的節能環保計劃以及產品人性化的要求，我們團隊研發出了一種多功能用途臺燈，將智能與節能環保最大化結合。該智能臺燈基于多種模塊的相互配合，融入了團隊智能環保的設計理念，以及人性化的宗旨使“她”可以更加貼心的照顧我們對燈光的需求。智能燈光調節的設計使她擁有最大化保護用戶視力的強大功能，通過我們團隊特制的手機APP用戶可以隨心所欲的對她進行遠程監控，本智能臺燈強大的外設模塊使它可以實時獲取工作時間、外部環境溫濕度、光照強度、可燃氣體的數據，并將數據實時顯示在手機APP頁面端讓用戶可以實時了解近期工作時間，并掌控外界環境的各種變化。同時語音識別控制和無極調光功能的嵌入更加靈敏化了“她”的可操作性。自動調光模式在不同的時間可以通過獲取外界環境來自動調整燈光亮度，有利于節能環保。坐姿糾正功能的實現使得用戶能夠養成良好的學習工作習慣并保護視力。手速調光的新挑戰賦予“她”與眾不同的亮點，通過手勢掃描的速度來調節燈光亮度，在調節燈光的時候還能給用戶體驗速度的樂趣，讓臺燈的使用變得更加便捷、有趣。產品智能化、物聯化、人性化的設計將帶您進入智能家居的美好生活。

研究背景

隨著現代科學技術的不斷發展，生活用品的智能化程度也越來越普及，人們對一些家居物品的人性化、智能化設計要求也越來越高。眾所周知臺燈作為家庭主要照明工具之一，在現代社會生活中占有重要地位，而且臺燈的應用范圍非常廣泛，適用于各年齡階段的人群，因此它的市場應用性非常高，具有很好的發展前景。隨著青少年近視問題越來越嚴重，家長越來越重視孩子的視力保護，這使得“無頻閃、無眩光”的“護眼臺燈”越來越受到家長們的青睞。然而實際上，市面上很多護眼臺燈雖然聲稱“無頻閃”，但只是“高頻閃”而已。這種更高頻的頻閃，對眼睛的傷害更大，因為眼睛要非常快速地根據燈光閃動作出反應，長時間使用此種臺燈，眼睛更容易疲勞，對視力造成一定傷害。真正無頻閃的臺燈應該是使用直流電恒流驅動的LED作為發光源，所以本次我們采用的便是 LED燈作為發光源。

如果臺燈僅僅具有這些功能，未免太缺乏實用性和創新性。因此，我們通過調查和學習，了解到很多人希望臺燈有一些特殊功能，例如：能夠通過外界光照自動調節亮度、能夠對周邊環境檢測、能夠用手機遠程控制臺燈、能夠讓臺燈擁有多種工作模式、能夠對有害氣體的預警、能夠讓害怕黑夜的孩子晚上安穩入睡等。還有很多生活中我們常常會遇到的問題。一切產品的最終目標都是為人類服務，所以我們團隊決定此次比賽我們致力于解決在智能家居類普遍存在的問題，我們也希望通過這次學習能夠更好地為人們生活帶來便捷，更大程度的實現臺燈的人性化、智能化，滿足未來智能家居的要求。

研究目的

創新來源于生活，一切有價值的創造都將用于提高人們的生活品質。隨著現代化社會的不斷發展智能物聯一體化的創新方向得到了特別的重視，這些方面人們善于開發思想敢于創新，加快了智能化產品的快速發展。臺燈作為生活中必不可少的家居用品之一在人們的生活中起著非常重要的作用，尤其對于學生、兒童。但市面上的臺燈規格不一種類繁多，為了滿足大多數人們的生活要求，我們開始研究了一款符合大眾的智能臺燈。在一些硬件模塊的結合以及一些開發平臺的幫助之下讓它更具“思想”，能夠滿足大多數人對于臺燈的期望值。

眼睛是人們心靈的窗戶，因此，很多人希望臺燈能夠很好的保護我們的眼睛。所以借助本次大賽的平臺我們團隊決定做一款多功能的臺燈。當然護眼是它的主要功能之一，我們決定采用直流電恒流驅動的LED作為發光源，以減少頻閃對人眼的傷害，同時我們采用光照感應模塊采集臺燈周圍環境亮度用來調節燈光自身亮度減少亮度差。我們通過在身邊同學的調查得出很多同學希望現代臺燈能夠等多的擁有科技感時代感，因此在現在智能化，物聯化快速發展的今天我們決定用手機APP遠程控制臺燈，在APP頁面上我們做了很多人性化的設計，比如：模式選擇功能、遠程控制開關、語音開關、亮度調節、溫度時間、工作數據顯示等一些好玩的功能。這樣的設計一是為了滿足現代人對于產品智能化的要求，另一個則是物品人性化設計的理念，更好地提高人們的生活質量。手勢調節燈光亮度在現代社會中還沒有發展成熟，本次我們努力嘗試探索以手速快慢等特定條件來調節燈光強弱，使臺燈更具科技感。在現實生活中很多小孩子在早期學習中不能養成良好的坐姿，本次比賽中我們試著實現坐姿糾正的功能，用于培養小孩子的正確坐姿養成良好的學習習慣。還有一些人夜晚睡覺害怕黑暗，所以我們此次加入了小夜燈模式，用幾個藍色發光二極管來發出美麗的藍光，幫助用戶安穩入眠。

模塊設計圖示

功能分布圖：

硬件設計之一：

首先考慮到臺燈的設計理念要更好地符合智能化、人性化、多功能化的要求，我們使用STM32F401Nucleo作為主控開發板以及Android Studio為軟件APP開發平臺，同時我們參考研究了很多公司的資料，在這些平臺上我們學習了更多的知識，下面介紹一下我們作品的硬件設計流程方案。

1、臺燈的外觀設計方面，由于外觀制作不易成型演示效果不好，所以本次臺燈外觀選擇了在舊臺燈上進行改造，使達到廢物利用創新節能的作用。該臺燈有一個可以彎曲的臺柱用于調節光照范圍，使得它的實用性更好，同時我們采用了節能護眼的LED燈作為光源，并自己動手進行主燈的焊接工作。

2、設計中使用ST公司的STM32F401Nucleo開發板為主控核心板，并在Android平臺下進行手機軟件的開發，為了解決硬件與軟件的通信，選用了ESP8266wifi模塊。ESP8266是上海樂鑫信息科技設計的低功耗wifi芯片，集成完整的TCP/IP協議棧和MCU。而ESP8266模塊是深圳安信可公司基于ESP8266芯片研發（增加必要外圍電路、串口flash、板載天線等）的串口wifi模塊，成本低、使用簡便、功能強大。

硬件電路之二：

3、在Android studio軟件開發平臺上編寫了名為“智能臺燈”的手機APP。實現臺燈的遠程監控功能，該應用主頁面上有多種燈光模式選擇功能，同時具有進度條調節燈光亮度、顯示當前溫濕度、光強度、時間定時開關、語音開關以及工作數據顯示等，方便用戶的更多生活需求。在后續的實物照片及演示過程中我們會詳細介紹。

4、對于無極調光這一方面采用了電容式觸摸模塊。電容式觸摸模塊通常廣泛適用于遙控器、燈具調光、各類開關以及車載、小家電和家用電器控制界面等應用中。單線觸摸，利用電容觸摸原理，感應靈敏觸手可即。默認是具有開關功能、調光功能、帶亮度記憶漸明漸暗的LED觸摸無級調光功能。開燈時慢慢變亮，關燈時慢慢變暗，有效避免了對眼睛的刺激。同時能過通過觸摸時間的長短進行光照亮度的調節，總有一種亮度適合您。

硬件電路之三：

5、HC-SRO4超聲波模塊。超聲波測距模塊一般有發射、接收和信號處理三個部分。工作時超聲波發射器只需要在觸發端給一個至少10微秒的高電平信號，它就會自動發送8個40KHz的方波，自動檢測是否有返回的信號。用超聲波模塊主要用于糾正坐姿需要，我們會通過超聲波的測距功能來時刻提醒用戶在工作學習時要保持正確的坐姿，一旦用戶坐姿偏差太大臺燈將會發出報警提醒聲，讓用戶培養良好的坐姿習慣。

6、人體熱釋電探頭。用人體熱釋電模塊能夠實時檢測到是否有人經過，如果有返回信號則臺燈自動開啟，能夠方便用戶第一時間的使用并可以記錄入座時間及時給予反饋信息提醒。同時有利于用戶的夜間使用，當感應到有人經過它便會自動開燈，方便夜間人們的生活且不影響家人的正常休息。對于害怕黑夜的人來說臺燈夜間有一個小夜燈模式，能夠讓用戶安心入睡，保障更好地睡眠質量。我們還運用四個熱釋電探頭做了一個手勢控制臺燈亮度的功能，通過手速的快慢及方向來改變燈光亮滅。

硬件電路之四：

7、DHT11溫濕度模塊。DHT11數字溫濕度傳感器是一款含有已校準數字信號輸出的溫濕度復合傳感器，它應用專用的數字模塊采集技術和溫濕度傳感技術，確保產品具有極高的可靠性和卓越的長期穩定性。傳感器包括一個電阻式感濕元件和一個NTC測溫元件，并與一個高性能8位單片機相連接。單線制串行接口，使系統集成變得簡易快捷。超小的體積、極低的功耗，使其成為同類應用場合的最佳選擇。所以此次我們選擇了這一模塊用來實時監測臺燈周圍的環境變化，用于給用戶提供更加健康、舒適的工作學習環境。

8、MQ-2煙霧、甲烷、液化氣、可燃氣模塊。MQ-2氣體傳感器對液化氣、丙烷、氫氣的靈敏度高，對天然氣和其它可燃蒸汽的檢測也很理想。這種傳感器可檢測多種可燃性氣體，是一款適合多種應用的低成本傳感器。現在家庭很多在使用天然氣、煤氣，在為人們生活提供方便的同時，但也存在著一些安全隱患。因此，我們采用該模塊對家庭室內環境實時檢測，也是為了給用戶提供更加安全健康的生活場所。

硬件電路之五：

9、時鐘顯示PCF8563模塊。PCF8563是低功耗的CMOS實時時鐘日歷芯片它提供一個可編程時鐘輸出一個中斷輸出和掉電檢測器所有的地址和數據通過I2C總線接口串行傳遞最大總線速度為400Kbits/s每次讀寫數據后內嵌的字地址寄存器會自動產生增量。該模塊為我們獲取實時時間提供了保障，可以使手機APP頁面端實時更新數據提供可靠地時間參考依據。

通過以上模塊的協作，我們將各模塊收集的數據上傳至云端與手機APP之間進行打通連接，讓這臺臺燈擁有了“思想”，它能盡可能多的滿足人們的生活需求，提高人們的生活質量，同時適應科技創新、智能化、物聯化、未來化的發展方向，為智能家居的發展注入了了新的活力。

APP軟件設計（局部）

/**

*發送指令,下發單個數據點的命令可以用這個方法

*注意

*下發多個數據點命令不能用這個方法多次調用，一次性多次調用這個方**導致模組無**確接收消息，參考方法內注釋。

*

* @param key 數據點對應的標識名

* @param value需要改變的值

*/

public static void sendCommand(String key, Object value) {

if (value == null) {

return;

}

int sn = 5;

ConcurrentHashMap hashMap = newConcurrentHashMap();

hashMap.put(key, value);

//同時下發多個數據點需要一次性在map中放置全部需要控制的key，value值

// hashMap.put(key2, value2);

// hashMap.put(key3, value3);

mDevice.write(hashMap, sn);

Log.i("liang", "下發命令：" + hashMap.toString());

}

[size=21.3333px]

APP軟件設計（局部）

/**

*更新界面數據顯示

**/

protected void updateUI() {

myPowerCheckBox.setChecked(Lamp_Power);

myAutoCheckBox.setChecked(Lamp_Auto_Control);

tv_data_Lamp_Size.setText(Lamp_Size +"");

sb_data_Lamp_Size.setProgress((int)((Lamp_Size - LAMP_SIZE_ADDITION) / LAMP_SIZE_RATIO - LAMP_SIZE_OFFSET));

tv_data_Today_Humidity.setText("濕度:" + Today_Humidity +"");

tv_data_Today_Temp.setText(Today_Temp +"°C");

tv_data_lamp_illumination.setText("光強度:" + Light_Intensity);

tv_data_have_CombustibleGas.setText((Have_CombustibleGas) ? "有可燃氣體" : "無可燃氣體");

tv_data_sitting_posture.setText((Sitting_Posture) ? "坐姿正確" : "坐姿不正確");

HashMapHMSataHashMap = DateTimeUtils.getIntTimeToHMS(Now_Time);

tv_data_time.setText(HMSataHashMap.get("h") + ":" +HMSataHashMap.get("m"));

initViewPager();

HashMapstringDataHashMap = new HashMap<>();

stringDataHashMap.put("Today_Study", Today_Study);

stringDataHashMap.put("Last1day_Study",Last1day_Study);

stringDataHashMap.put("Last2day_Study", Last2day_Study);

stringDataHashMap.put("Last3day_Study", Last3day_Study);

stringDataHashMap.put("Last4day_Study", Last4day_Study);

stringDataHashMap.put("Last5day_Study",Last5day_Study);

stringDataHashMap.put("Last6day_Study", Last6day_Study);

//設置溫度折線圖

studyTimeContentPager.setData(stringDataHashMap, Today_Date);

/**

* 如果燈關了，強制頂部圖片最暗

*/

if (Lamp_Power)setTopLampLight(Lamp_Size);

else setTopLampLight(-255);

}

STM32硬件代碼（局部）

STM32硬件代碼（局部）

APP頁面：局部圖 燈光控制主界面

APP時鐘設置界面圖，可以通過APP來控制臺燈上面的數碼管時鐘實現網絡時間的同步與時間調節。

設置日期和時間界面圖

APP智能臺燈模式選擇界面圖

創新點

現如今社會LED燈以高節能，長壽命，促環保的優點在社會上面占據著強大的市場，也因此是大家關注的焦點。這幾年高亮度的LED光源因科技的迅速發展，制作技術方面突飛猛進，同時造價成本的降低，如今臺燈得以使用LED光源作為高亮度，高效率而又省電無碳排放的節能光源。

團隊秉持著創新智能、簡約實用為主題來設計這款臺燈。臺燈在現如今的生活比重越來越重，社會大眾對臺燈的功能要求也越來越高，為適應更加寬廣的人群要求，我們在這款設計方面加入了許多新穎的創新理念和設計要求：

1、用手機APP實現對臺燈進行遠程監控，使用方便并可以實時了解家庭環境的最新情況；

2、自動調光、語音調光、手動調光時刻為了您的方便與快捷作出努力；

3、手勢調節光照亮度，通過掃描手速的快慢與方向來改變光亮；

4、對于坐姿的糾正有一定幫助，可以使您培養良好的坐姿習慣，促進身體健康；

5、久坐提醒、定時提醒、小夜燈等為您的健康生活提供便利和保障。

科學技術是第一生產力，創新是科技不斷進步的力量源泉。創新要更好地服務于人類的生活，提高人們的生活水平，我們的創新想法是來自于人們生活中的真實需要，我們努力用所學的知識去創造價值，用求知的心態去探索世界，每一次小小的進步都是我們不斷前行的動力，我們熱愛著生活、我們熱愛著科學、我們熱愛著無限的創造力。

實用性

我們的智能臺燈，與其他臺燈相比智能化設計理念優勢較為明顯。現如今，智能、節能、環保產品不斷出現在大眾眼前，科技的快速發展也讓越來越多的物品變得智能化、簡單化。普通臺燈或者說家居產品都將會面臨著改革的命運，這是一個趨勢，也是一個必然現象。現就我們的作品功能分析來說它在現實生活中具有以下實用性：

1、信息化的快速發展讓我們的生活變得近在矩尺，一切事情好像都能夠通過一個手機來完成，手機成為了我們生活中必不可少的物品。所以，我們給臺燈配備了APP連接，通過手機APP頁面端我們可以對臺燈進行一些特殊的操作，使遠在其它地方的您可以隨時控制它。

2、在手機APP頁面端我們不單單設置有開關功能，還設置了語音調節、進度條調節、多種工作模式選擇功能，操作簡單易于上手。我們的臺燈還可以通過外界光照強度來調整自身亮度，通過不同形式的燈光調節來保護您的眼睛，給你一個舒適的學習工作環境。

3、APP頁面端還可以通過臺燈實時收集到您的入座時間、周圍溫濕度、光強度、可燃氣體等數據，并將這些數據顯示在APP頁面端，讓您能在千里之外就能對家里的環境了如指掌，隨時作出應對準備，還可以查看近一周的工作時間數據，對臺燈的使用情況有所了解。

4、在事務纏身想要通過閱讀讀物放松身心或者睡前閱讀一些文章又怕沉迷書海不能自拔的時候，您可以通過手機APP頁面端對小臺燈進行定時關燈，在約定時間結束的時候會通過自動關閉臺燈來提醒您該要工作或者休息了，這彌補了我們經常遺忘時間的通病。

5、孩子的學習是我們每個家庭特別關注的問題。學習的同時孩子學習的坐姿也是家長們頭疼的難題。孩子們在學習的時候不經意間就會彎腰趴在桌子上面長時間下來對孩子的身體骨骼發育會造成較大的影響，同時近距離學習對眼睛的傷害也會特別的嚴重。我們的臺燈設計上面考慮到這個問題，所以我們添加了坐姿糾正的功能。利用超聲波模塊通過使用者與臺燈的距離遠近判斷是否存在坐姿偏差，如果您的身體嚴重傾斜或下趴，臺燈將自動熄滅以此來提醒使用者糾正坐姿。

6、我們的產品可以根據手勢和無極調光來實現燈光控制。在臺燈的上面有4個傳感器，當我們的手勢在上面快速通過的時候，小臺燈的亮度會從最暗直接增加到最亮，如果您的手勢緩慢通過的時候我們的小臺燈會緩慢變亮，這跟我們臺燈上面的實現無極功能的4次指紋按鍵實現相同的功能------無極調光。第一次指紋按鍵在上面的時候燈光會由暗緩慢的變到最亮；第二次指紋按鍵時間在第一次燈變換的過程中時，小臺燈直接調到最大亮度；第三次指紋按鍵會實現小臺燈的燈光從最亮緩慢轉化到最暗直至燈熄滅；第四次指紋按鍵時間在第三次燈光變化過程中時，小臺燈直接熄滅。這就是我們的無極調光功能的實現過程。

總的來說，我們所有的思想設計都是為了改善我們的生活質量，提高我們的生活水平。每一項功能都盡可能多的為用戶提供便利，符合現代化社會人們對商品的要求。

市場應用前景

現在社會上的臺燈應用比較廣泛，包括家庭，學習，工作各個領域。而且臺燈的樣式也琳瑯滿目。特別是隨著現代社會的迅速發展，科技時代的來臨，新材料，新技術，新設備的逐漸完善，科技產品的應用會更加貼近生活。應國務院要求，發展節能環保產業是培育發展新動能，提升綠色競爭力的強大舉措。但是現如今，市場上面臺燈的質量良莠不齊，好的LED臺燈能夠做到節能，環保，壽命長三個大大的優點，能做到適應國家的要求，但是他的價位相對來說也是比較高的。而普通的臺燈與之恰恰相反，在瓦數相同的情況下，普通的燈會更加耗電，同時亮度的控制也不會根據實際情況來自動調節，做不到智能化。這跟我們這臺節能燈的設計理念相差甚遠。

關于智能臺燈程序部分：1.手動模式與自動模式的切換 ，可以通過按鍵或者APP端來控制自動模式與手動模式的切換。

自動模式1：通過獲取外界的光線值來實現臺燈的自動調節。

自動模式2:實現了人來燈亮，人走燈滅，人學習時自動調節。

手動模式：在手動模式下可以通過旋鈕，APP和手勢控制裝置實現臺燈的控制。