一种新型多功能智能台灯的设计与制作
随着智能化技术的兴起，智能设备已广泛应用于工业、农业、及科研等领域，传统的灯具已渐渐不能满足人们对灯具智能化的要求。此外，从英国科学家戴维发明的电弧灯到美国发明家爱迪生发明的白炽灯，再到现在普遍使用的LED环保节能灯，灯具同时正在不断地往环保节能的方向发展。有鉴于此，本文的重点是研究并设计出一套既可自动控制又可语音控制的智能台灯系统。硬件方面，本设计包括光线传感器的选择与应用、台灯系统控制板的选择以及电路设计等。经过反复比较,本文设计选择Arduino Uno R3平台为智能台灯的核心去控制智能台灯的自动、语音等功能。Arduino没有复杂的单片机底层代码，扩展性高，同时具有简单的编程环境IDE和标准化的接口模式，因此为本文首选的平台。随后根据硬件的选择进行了软件的编写。本文设计的智能台灯基本体现出了智能化的特征，具有较强的实用性。
目 录
一、绪论 1
（一）课题研究背景 1
（二）国内外发展现状 1
（三） 课题研究的目的及其意义 1
二、系统设计方案 2
（一）设计思路 2
（二）实现功能 2
三、开发平台简介 2
（一）Arduino平台简介 2
（二）Arduino语言 4
四、系统硬件设计 5
（一）电源模块 5
（二）模拟光线传感器 6
（三）数字继电器模块 6
（四） 电灯模块 7
（五）语音控制系统 7
五、系统软件设计 8
六、系统功能的实现 12
（一）系统初始化 12
（二）语音识别功能实现 12
（三）注意事项 12
七、总结 14
致谢 15
参考文献 16
附录一 原理图补充 17
附录二 元器件清单 18
附录三 程序代码 19
一、绪论
（一）课题研究背景
21世纪是个高新科技层出不穷的时代，人工智能设备的发展尤其突出，各式各样的智能设备逐步渗透了我们生活的每一个角落。这些智能化设备对现实社会做出了巨大 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
的贡献，并且在各领域内发挥着重要作用。比如通信网络系统、门禁防盗系统、综合布线系统等时常出现在日常生活中并且得到了广泛应用，当代用户使用智能化设备越来越频繁。
自从爱迪生发明了电灯，人类便离不开这个给黑暗带来光明的发明。在任何场景，灯具都是必不可少的组成部分，例如日常家居、马路照明、军事应用等等。传统灯具的应用范围远超我们的想象。灯具给我们带来便利的同时也在消耗大量的能源，这点在新的LED技术发展起来后得到了解决。灯具的应用为我们的生活、学习带来了极大的便利，甚至可以说是推动了人类社会的发展。
利用传感器等技术，还可以对台灯进行更深一步的设计，实现自动灯控模式，使台灯智能化，让我们在享受灯具带来的便利的同时也能为地球节省资源。
（二）国内外发展现状
近年来，“物联网”概念在飞速发展的传感器技术和网络技术推动下成为现实。“物联网”利用例如光线传感器，温湿度传感器，GPS定位系统等设备，按照统一协议，将任何物品并入互联网，并依托网络形成一个整体系统的新型网络概念。它具有能够“智能识别”、“智能纠错”、“智能定位”、“智能管理”等优点。物联网和智能化设备相结合，为人们的生活带来便捷，智能生活的关联深入人心。随着科技的高速的发展，家用电器也逐渐变得更加智能、方便和舒适。作为家用电器之一的台灯，也要顺应科技的发展步伐，走向智能化。但国内外对本设计的研究还存在尚未解决的问题：
传统灯具缺乏智能化技术，智能化水平普遍较低；
使用平台参差不齐、功能单一并不完善；
使用成本较为昂贵，普及程度较低，不能做到普遍存在。
课题研究的目的及其意义
本文设计目的在于从生活的便利高效的生活方式出发，为了满足众多用户的需求，对当下控制方式落后、使用不便的传统灯具进行加工和改进。设计出一款可以声控运行，通过传感器自动控制智能台灯。采用Arduino嵌入式开发、传感器控制技术、语音识别技术、语音合成技术，在传统灯光控制的基础上实现自动化控制和人机交互控制，可以更深层次地解决传统灯控技术的缺陷。
控制系统作为智能家居的核心系统，完善其设计功能能够促进家庭智能化的发展。而系统功能的集成化以及市场的平民化将是智能家居控制器的发展趋势，系统将逐渐走向绿色环保。最终，能够实现智能家居控制系统将包含所有丰富家居理论和产生社会效益。
二、系统设计方案
（一）设计思路
本文的设计思路综合了传感器控制技术、中文语音识别技术以及语音合成技术，在传统灯光控制的基础上基于Arduino Uno实现自动化控制和人机交互控制，可以更深层次的解决传统灯控技术的缺陷。如图1所示。本文设计的智能声控台灯主要被分成硬件设计和软件设计两个部分，模块主要包括中文语音识别模块、语音合成模块、继电器模块、LED灯模块等模块。硬件设计是以Arduino Uno平台控制、模拟环境光线传感器和继电器模块为设计核心，而软件则是各种工作程序的总称。
图 1 智能灯控系统
实现功能
1.语音灯控
1）语音识别
本系统可以通过语音识别模块，实现最长10个汉字和最长79个字母的语音识别。同时在比对预设之后完成对应操作，LED模块负责表示当前语音识别状态，当常亮时，表示识别正常，当LED模块灯光熄灭，表示语音识别异常。
2）语音合成
本系统通过语音合成模块和小喇叭，程序会播报预设好的对应场景的反馈，例如要求系统开启灯光则会开启灯光并且反馈：“灯光已经开启”。
3）语音灯光控制
本系统在自动控制的前提下，可以通过语音识别模块输入语音指令，将语音指令转换为机器指令，控制继电器开关，实现开灯和关灯功能。
自动灯控
本系统通过模拟环境光线传感器采集数据，将接收的数据和预先设定的阈值进行对比。当当前光值高于设计阈值时，继电器开关关闭，关闭灯光。当当前光值低于设计阈值时，继电器开关打开，开启灯光。
目 录
一、绪论 1
（一）课题研究背景 1
（二）国内外发展现状 1
（三） 课题研究的目的及其意义 1
二、系统设计方案 2
（一）设计思路 2
（二）实现功能 2
三、开发平台简介 2
（一）Arduino平台简介 2
（二）Arduino语言 4
四、系统硬件设计 5
（一）电源模块 5
（二）模拟光线传感器 6
（三）数字继电器模块 6
（四） 电灯模块 7
（五）语音控制系统 7
五、系统软件设计 8
六、系统功能的实现 12
（一）系统初始化 12
（二）语音识别功能实现 12
（三）注意事项 12
七、总结 14
致谢 15
参考文献 16
附录一 原理图补充 17
附录二 元器件清单 18
附录三 程序代码 19
一、绪论
（一）课题研究背景
21世纪是个高新科技层出不穷的时代，人工智能设备的发展尤其突出，各式各样的智能设备逐步渗透了我们生活的每一个角落。这些智能化设备对现实社会做出了巨大 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
的贡献，并且在各领域内发挥着重要作用。比如通信网络系统、门禁防盗系统、综合布线系统等时常出现在日常生活中并且得到了广泛应用，当代用户使用智能化设备越来越频繁。
自从爱迪生发明了电灯，人类便离不开这个给黑暗带来光明的发明。在任何场景，灯具都是必不可少的组成部分，例如日常家居、马路照明、军事应用等等。传统灯具的应用范围远超我们的想象。灯具给我们带来便利的同时也在消耗大量的能源，这点在新的LED技术发展起来后得到了解决。灯具的应用为我们的生活、学习带来了极大的便利，甚至可以说是推动了人类社会的发展。
利用传感器等技术，还可以对台灯进行更深一步的设计，实现自动灯控模式，使台灯智能化，让我们在享受灯具带来的便利的同时也能为地球节省资源。
（二）国内外发展现状
近年来，“物联网”概念在飞速发展的传感器技术和网络技术推动下成为现实。“物联网”利用例如光线传感器，温湿度传感器，GPS定位系统等设备，按照统一协议，将任何物品并入互联网，并依托网络形成一个整体系统的新型网络概念。它具有能够“智能识别”、“智能纠错”、“智能定位”、“智能管理”等优点。物联网和智能化设备相结合，为人们的生活带来便捷，智能生活的关联深入人心。随着科技的高速的发展，家用电器也逐渐变得更加智能、方便和舒适。作为家用电器之一的台灯，也要顺应科技的发展步伐，走向智能化。但国内外对本设计的研究还存在尚未解决的问题：
传统灯具缺乏智能化技术，智能化水平普遍较低；
使用平台参差不齐、功能单一并不完善；
使用成本较为昂贵，普及程度较低，不能做到普遍存在。
课题研究的目的及其意义
本文设计目的在于从生活的便利高效的生活方式出发，为了满足众多用户的需求，对当下控制方式落后、使用不便的传统灯具进行加工和改进。设计出一款可以声控运行，通过传感器自动控制智能台灯。采用Arduino嵌入式开发、传感器控制技术、语音识别技术、语音合成技术，在传统灯光控制的基础上实现自动化控制和人机交互控制，可以更深层次地解决传统灯控技术的缺陷。
控制系统作为智能家居的核心系统，完善其设计功能能够促进家庭智能化的发展。而系统功能的集成化以及市场的平民化将是智能家居控制器的发展趋势，系统将逐渐走向绿色环保。最终，能够实现智能家居控制系统将包含所有丰富家居理论和产生社会效益。
二、系统设计方案
（一）设计思路
本文的设计思路综合了传感器控制技术、中文语音识别技术以及语音合成技术，在传统灯光控制的基础上基于Arduino Uno实现自动化控制和人机交互控制，可以更深层次的解决传统灯控技术的缺陷。如图1所示。本文设计的智能声控台灯主要被分成硬件设计和软件设计两个部分，模块主要包括中文语音识别模块、语音合成模块、继电器模块、LED灯模块等模块。硬件设计是以Arduino Uno平台控制、模拟环境光线传感器和继电器模块为设计核心，而软件则是各种工作程序的总称。
图 1 智能灯控系统
实现功能
1.语音灯控
1）语音识别
本系统可以通过语音识别模块，实现最长10个汉字和最长79个字母的语音识别。同时在比对预设之后完成对应操作，LED模块负责表示当前语音识别状态，当常亮时，表示识别正常，当LED模块灯光熄灭，表示语音识别异常。
2）语音合成
本系统通过语音合成模块和小喇叭，程序会播报预设好的对应场景的反馈，例如要求系统开启灯光则会开启灯光并且反馈：“灯光已经开启”。
3）语音灯光控制
本系统在自动控制的前提下，可以通过语音识别模块输入语音指令，将语音指令转换为机器指令，控制继电器开关，实现开灯和关灯功能。
自动灯控
本系统通过模拟环境光线传感器采集数据，将接收的数据和预先设定的阈值进行对比。当当前光值高于设计阈值时，继电器开关关闭，关闭灯光。当当前光值低于设计阈值时，继电器开关打开，开启灯光。
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