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作者：四川大学锦江学院 秦仕禹 罗霞 底佳佳
指导教师：董慧

作品简介

一.开发背景
　　近视已成为影响我国人民健康的重要问题。日前，据中国、美国、澳大利亚合作开展的防治儿童近视研究项目前期调查显示，我国人口近视发生率为33%，全国患有近视眼病人数已接近4亿，是世界平均水平22%的1.5倍。而近视高发群体——青少年近视发病率则高达50%至60%，我国是世界上近视发病率最高的国家之一，近视眼人数世界第一。
　　今年前11月份，全国用电量42835亿千瓦时。第一产业用电量同比增长3.77%，第二产业用电量同比增长一成二，第三产业用电量同比增长一成四;城乡居民生活用电量同比增长一成左右[2] ，为了更加合理的利用和节约能源，我们设计出此智能护眼并伴有节能功能的台灯。

二.结构说明
　　基于上述的开发背景设计出此智能护眼台灯，该台灯具有自动检测人体与灯间距的功能、根据人体与灯的间距自动调节灯亮度并伴随语音提示的功能、台灯工作模式设置的功能、时间日期显示的功能等。
　　该台灯分为五个主要模块：IAP15F2K61S2单片机为核心的控制器模块，灯光光强调节模块、语音播报提示模块、时间日期显示模块及灯组模块。系统总体结构图如图1所示：　　

三.系统功能
　　1. 通过红外检测模块E-18检测人离台灯的距离，调节灯的亮度，从而达到节能的护眼的目的，并伴随语音提示提醒用户应该干什么。
　　2. 按下模式开关键一，关闭SYN6288智能语音播报模块、台灯高亮，用户可以安静的看书。
　　3. 按下模式开关键二， 让台灯随机智能播放一条名言警句，缓解用户疲惫;名言警句可以随意修改。
　　4. LCD1602显示日历时间等信息。

四.使用说明
　　使用方法一：按下电源开关及复位键，台灯处于工作方式一，台灯前的3个红外检测器处于待机状态，当用户离台灯最远时，1号检测器检测到最远距离并点亮检测指示灯，台灯亮度最弱，语音播报提示“祝你今天愉快”;当用户离台灯距离适中时，2号检测器检测此距离，台灯亮度适中亮，语音播报提示“亲可以看书了哦”;当用户离台灯距离最近时，3号检测器检测到此距离，台灯亮度最亮，语音播报提示“小心近视”。
　　使用方法二：按下模式键一，台灯处于工作方式二。台灯会处于高亮、语音模块关闭状态，用户可以安静的看书。
　　使用方法三：按下模式键二，台灯处于工作方式三。台灯会随机智能播放一条名言警句，或者音乐(用户可以通过程序烧写自行修改)。　　

设计说明

五.系统设计方案
　　本系统以IAP15F2K61S2作为核心控制器件，并由SYN6288智能语音播报模块，E-18红外检测模块，LCD1602液晶显示模块，电源及稳压模块和时钟日历芯片PC8563模块组成。其中，E-18红外检测模块感应人与台灯的距离、SYN6288语音模块外接扬声器、LCD1602显示日历芯片PC8563芯片产生的日历及时间。系统方案图如图2所示：　　

　　1.控制系统(MCU)模块：
　　用宏晶公司最新STC15系列IAP15F2K61S2单片机控制芯片。ISP/IAP在系统可编程在应用可编程。IAP15F2K61S2是一种集成度高、功能强的单片机芯片，适合于可靠性高、速度快和扩展功能强的应用系统。与以前的51系列单片机相比，IAP15F2K61S2增添了许多功能，8通道10位高速ADC、内部高精度R/C时钟、3通道捕获/比较单元等大大提高了其可靠性和速度。
　　2.E-18 D80NK红外感应模块：
　　采用E-18 D80NK红外感应器检测其人与灯之间的距离。它是集发射与接收于一体的光电传感器。检测的距离可以根据调节模块后面的可变电阻来实现。该传感器具有探测距离远、可以广泛应用于机器人避障、流水线计件等众多场合。
　　3.SYN6288智能语音播报模块：
　　SYN6288语音模块是一款中高端语音合成芯片。可方便地完成设置语音识别列表，启动语音识别，获得识别结果，播放MP3等功能。该芯片支持的最大关键词为50条，每次合成文本量最多可达200字节。具有智能的文本分析处理算法，可正确的识别数值、号码、时间日期及常用的度量衡符号。内部集成23首和旋提示音、15首背景音乐。且芯片各项指标均满足室外严酷环境下使用。外接扬声器即可语音播放。
　　4.LCD 1602液晶显示模块：
　　LCD1602液晶显示器是指显示的内容为16x2,即可以显示两行，每行16个字符液晶模块(显示字符和数字)。内含复位电路，提供各种控制命令，如：清屏、字符闪烁、光标闪烁、显示移位。微功耗、体积小、显示内容丰富、达到了本系统的显示指标。
　　5.PCF8563时钟日历芯片模块：
　　PCF8563是低功耗的CMOS实时时钟日历芯片它提供一个可编程时钟输出，一个中断输出和掉电检测器。所有的地址和数据通过I2C总线接口串行传递，片内有电源复位功能、内部集成震荡电容。其每次读写数据后，地址寄存器自动增加。
　　6.稳压模块：
　　系统由电池提供电压，稳压后输出5V给SYN6288模块、E-18模块及单片机最小系统供电。

六.系统硬件设计原理
　　1.E18 D80NK 红外传感器：
　　在人体红外检测模块设计中，由于E18 D8ONK是NPN型光电开关，输出状态是0和1，当检测到人体温度时，正常状态是低电平输出，但此电平不能直接接在单片机的I/O口上，所以要接上拉的1K电阻拉高其输出电平。其原理图如图3所示。　　

　　2.SYN6288 智能语音播报模块：
　　SYN6288 中文语音合成芯片是北京宇音天下科技有限公司于 2010 年初推出的一款性价比更高，效果更自然的一款中高端语音合成芯片。 SYN6288 通过异步串口接收待合成的文本，实现文本到声音( TTS )的转换。其原理图如图4所示。　　

　　3. LCD1602 液晶显示：
　　LCD1602各寄存器介绍(Controller)、驱动器(Driver)和偏压产生电路组成。控制器主要由指令寄存器IR、数据寄存器DR、忙识别位BF、地址计数器AC、DDRAM、CGROM、CGRAM及时序发生电路组成。其原理图如图5所示。　　

　　4. PCF8563 日历芯片
　　PCF8563 有 16 个位寄存器：一个可自动增量的地址寄存器，一个内置 32.768KHz的振荡器(带有一个内部集成的电容)一个分频器(用于给实时时钟RTC 提供源时钟)一个可编程时钟输出，一个定时器，一个报警器，一个掉电检测器和一个 400KHz I2C 总线接口。其原理图如图6所示。　　

　　图6 PCF8563 应用电路图

　　5. LM2596稳压模块
　　LM2596模块，是采用开关稳压芯片LM2596，固态电容220uf/35V集成。 直流4-35V (输入的电压必须比要输出的电压高1.5v以上。) 直流2-30V 电压连续可调，高效率最大输出电流为3A。其原理图如图7所示。　　

作品特色

　　一. 产品的先进性及创新性
　　智能化感应装置可检测到人离台灯的距离并调整灯光的亮度，从而达到节能的目的。
　　通过语音提示用户保持人体离灯的距离，从而达到预防近视的目的。
　　在不同的工作模式下有不同的功能，可以随用户的喜好进行调节。

　　二.产品实用性
　　可通过红外检测控制台灯的亮度，从而达到节能的目的。
　　台灯不同的亮度会有不同的语音提示，提醒用户预防近视。
　　LCD液晶显示屏，可提供日期，时间的显示。

　　三. 平台选型说明
　　本系统是基于STC15F2K61S2单片机系统的智能护眼台灯装置，实现了对人体红外感应探测来进行台灯亮度的调节，并伴有语音智能播报的功能。

　　四. 声明
　　本参赛队伍所有成员一致同意，在不涉及技术泄密的情况下，大赛主办方及相关技术支持单位，可以将该参赛作品用于大赛等有关活动使用。

系统演示视频：http://v.eepw.com.cn/video/play/id/2658