基于手势和语音控制的智能LED台灯设计——毕业论文

毕业设计(论文) 题目题目：基于手势与语音控制的智能 LED 台灯设计 学院(系)： 物理科学与工程技术学院 专 业： 电子科学与技术 班 级： 2011 级 1 班 学 号： 1112270105 学生姓名： 吴钊华 指导教师： 陆翔 二一五年五月 I 摘 要 目前，国内外对智能家用电器的研究已经到达了一个飞速发展的阶段，在智能电视、 智能空调、智能洗衣机和智能电饭煲等家用电器中，都有不少代表性的产品。而在智能节 能 LED 台灯这方面的研究，却少有代表性的产品，尤其是综合性较强的智能节能 LED 台 灯。 在研究原有智能台灯基础上，设计了一种基于手势与语音控制的智能 LED 台灯。该智 能 LED 台灯的整体控制结构由传感器模块、电源模块、LED 矩阵和控制模块构成。传感 器模块包括驻极体拾音器、手势传感器模块、人体红外传感器、亮度传感器，LED 矩阵包 括 LED 驱动器和高亮暖白光 LED，控制模块包括微处理器和语音识别芯片。所有控制信 号和传感器信号都会经过主控制器，然后主控制器对输入信号进行分析和处理后，输出控 制命令到 LED 驱动器，LED 驱动器驱动高亮暖白光 LED 发光。该智能 LED 台灯有两种 控制方法，其一为自动模式，其二为人机交互模式；两个模式间能自由切换，具有关机状 态记录，开机状态恢复等功能。多传感技术的应用，能减少周围环境的影响，大大提高台 灯的稳定性和易用性，使之更实用更智能。 该台灯不仅具有更高的使用灵活性和实用性，同时也增加了产品的科技感。该台灯使 用的控制方法并不局限于台灯，也可以移植到其他的普通的家庭照明或其他遥控型家用电 器中，说明该方法的实用性很高。 关键词 智能 LED 台灯 手势控制 语音控制 节能 传感器 II The Design of Intelligent LED Lamp based on Gesture and Voice Control Abstract At present, the researches on intelligent home appliances have reached a stage of rapid development, in the smart TV, smart air conditioning, smart washing machines and intelligent rice cookers and other household appliances, there are a lot of representative products. Energy Smart LED lamp in research in this area, few representative products, especially more integrated intelligent energy-saving LED lamp. The LED lamp was designed based on the research and the original smart lamp and intelligent gesture and voice control. Overall control structure of the intelligent LED lamp consists of a sensor module, a power supply module, LED matrix and the control module. The sensor module includes an electret microphone, gesture sensor module, the human body infrared detecting sensor, light sensor, LED matrix includes a LED driver and highlight the warm white LED, the control module includes a microprocessor and a voice recognition chip. All control signals and sensor signals will go through the main controller, then the main controller input signal analysis and processing, the output control commands to the LED driver, LED driver drives the highlight warm white LED light. The intelligent LED lamp has two control methods, one for the automatic mode, the second for interactive mode; can freely switch between the two modes, with off record, powered recovery. Application of multi-sensor technology can reduce the impact on the surrounding environment, greatly improving the lamps stability and ease of use, making it more practical and more intelligent. The table lamp not only has a higher flexibility of use and practicality, but also increased the sense of technology products. This control method is not limited to the use of table lamp table lamp can also be ported to other normal household lighting or other household appliances in remote control, indicating a high practicality of this approach. Keywords gesture control voice control intelligent LED lamp efficiency sensor III 目 录 引 言 . 1 主要功能和技术参数指标 . 2 第一章 方案设计的比较与论证 . 3 1.1 主控制器的选择方案 . 3 1.2 手势识别的选择方案 . 3 1.3 语音识别的选择方案 . 4 1.4 人体红外检测的选择方案 . 4 1.5 光照强度采样检测的选择方案 . 4 1.6 LED 驱动的选择方案 . 5 1.7 主电源的选择方案 . 5 第二章 LED 台灯的智能控制原理 . 7 2.1 手势识别与语音识别的实现原理 . 7 2.1.1 手势识别原理 . 7 2.1.2 语音识别原理 . 7 2.2 智能 LED 台灯的工作方式 . 8 2.2.1 自动模式 . 8 2.2.2 人机交互模式 . 8 2.3 LED 的 PWM 调光原理 . 9 第三章 LED 台灯电路设计 . 10 3.1 系统硬件结构 . 10 3.2 主控制器硬件电路 . 10 3.3 手势识别与语音识别硬件电路 . 11 3.4 人体红外检测原理电路 . 13 3.5 LED、LED 灯盘与 LED 驱动的硬件设计 . 14 3.6 主电源原理电路 . 15 第四章 LED 台灯智能控制系统程序 . 17 4.1 手势识别子程序流程 . 17 4.2 语音识别子程序流程 . 18 4.3 人体红外检测子程序流程 . 18 4.4 光照强度检测子程序流程 . 19 4.5 主程序控制流程实现 . 20 4.5.1 自动模式控制流程实现 . 20 IV 4.5.2 人机交互模式控制流程实现 . 20 第五章 LED 台灯测试结果分析 . 22 5.1 测试结果分析 . 22 5.1.1 输入输出基本特性测试与分析 . 22 5.1.2 手势和语音控制测试与分析 . 23 5.2 不足之处与拟解决方案 . 24 第六章 技术经济分析 . 25 结束语 . 26 参考文献 . 27 附录一 . 28 附录二 . 29 致谢 . 45 1 引引 言言 随着现代科学的进步和电子科学信息技术的快速发展，尤其是近年来迅猛发展的智能 通讯设备，带来了一股又一股的智能设备发展潮流，各式各样的智能设备层出不穷，智能 家用电器的发展也勃发生机。因此与人们接触最多的家电之一的台灯也迎来了它的更新时 代。 在照明前三代照明技术蜡烛、卤素、荧光灯的迭代更新中，LED 照明技术作为一种新 型的节能、环保的绿色光源技术，被称为第四代照明光源或绿色光源，具有节能、环保、 寿命长、体积小等特点，已经被广泛应用于各种指示、显示、装饰、背光源、普通照明和 城市景观照明等领域1。 目前的智能台灯在控制功能方面也是相对比较单一，主要是通过光敏电阻或光敏三极 管对周围环境的光照进行采样，来控制台灯的开关或亮度控制。或仅仅通过热释电红外线 传感或者超声波来探测是否有人接近从而控制台灯的开关。对于手势控制、语音控制和自 动控制结合智能化台灯的研究就相对很少了。因此给消费者的感觉是台灯功能单一且价格 偏贵，给用户的感觉是不够人性化，不够个性。控制功能单一，如果该控制功能失灵，就 会给用户带来不便。且在台灯的自动控制方面普遍是用普通的光敏电阻，热释电红外线传 感技术。这种技术很容易受周围环境的影响。比如家里宠物的影响，从而制约了台灯可靠 性和稳定性。对于台灯的调光的方式，普遍是只有一两级的档位可选择，很难得到人们自 感舒适的光照亮度，而且一般都是手工调光和手动开关灯，这对一些人来说却显得不那么 方便的，尤其是在黑暗中要找到台灯并找到开关开灯那就没那么容易了。 为了解决原有智能台灯的不足方面，为了让科技深入到人们生活的方方面面，方便人 们最日常生活需要，迎合人们环保简约、绿色节能、低碳科技这一新兴的生活理念2。本 文提出了一种基于手势与语音控制的智能 LED 台灯及其控制方法。 该方法不仅仅局限于台 灯，也可以移植到其他的普通的家庭照明或其他遥控型家用电器中从而也大大增强了本产 品的实用性。为了满足人们各种各样的亮度要求，该台灯使用的调光技术是基于 PWM 的 LED 无级调光技术，可实现 LED 的任意亮度的调节。该调光技术的应用不仅可以大大的 提高台灯使用的灵活性和实用性，也增加了产品的可靠性。台灯的状态控制不再是单一的 机械开关控制，而是采用多传感器控制的电子开关，内置的语音传感器、手势传感器、人 体红外感传感器、亮度传感器和距离传感器可以对环境的实时变化进行监测，使台灯的状 态变化能根据环境的实时变化而进行改变， 当需要时还能预测环境的变化， 提前做出响应。 多传感技术的使用能减少周围环境的突然变化对台灯的影响，大大提高台灯的稳定性和易 用性、扩展其功能性，使之更实用更智能更节能。 2 主要功能和技术参数指标主要功能和技术参数指标 一、实现功能：一、实现功能： 1、实现智能 LED 台灯 0 到 15W 的无级调光，最大功率无闪频稳定工作； 2、实现智能 LED 台灯 10 到 50cm 内的手势控制台灯的开关灯、亮度的调节； 3、实现智能 LED 台灯 100 到 500cm 内的语音控制台灯的开关灯、亮度的调节和模式 的灵活切换； 4、实现多种技术的集成，其中包括人体距离感应、环境光强检测、红外传感以及较为 流行的手势控制和智能语音控制； 5、实现自动根据光强和人与灯的距离来自动调整灯的最适合亮度。当传感器收集到人 体红外信号和人灯距离信号比较处理后，控制 LED 发出适当强度的光； 6、实现非接触式控制手势与语音控制模式，用户可以不接触台灯，甚至距离台灯 一定距离都能开启台灯，并根据自己的喜好来调节自己喜欢的亮度。 二、基本参数：二、基本参数： 额定电压：交流输入 85264VAC/4763Hz LED 工作电压：直流电压/电流 1213.6V/01.2A PWM 调光频率：72000Hz PWM 占空比调节：0100% 待机功耗：0.025W 最大功耗：16W 工作环境温度：080 3 第一章 方案设计的比较与论证第一章 方案设计的比较与论证 在科技发达的今天，每一种电子产品的设计都有无数种方案，每一种方案都各有优缺 点，只有选择最适合的设计方案，才能得到最完美的产品方案。因此每一种力求完美的设 计都会经过多种方案的比较与论证。为了达到本文设计的预期结果，我们要对每一种设计 方案进行论证和比较。因此我们在下面对本设计的一些方案进行讨论，由此选择出适合本 课题和预期目标的实现方案。 1.1 主控制器的选择方案主控制器的选择方案 主控制器要对各种指令做出快速的处理，并快速地执行相应的操作，还要对各种操作 实施时间控制和切换，并对所采集的数据进行算术运算和逻辑运算，或进行其他的信息处 理。 方案一：STC12C5A60S2 系列 51 单片机是宏晶科技有限公司（STC）生产的单时钟周 期(1T)的单片机，是高速、低功耗、超强抗干扰的新一代 8051 单片机，指令代码完全兼容 传统 8051,但速度快 8-12 倍。内部集成 MAX810 专用复位电路，2 路 PWM，8 路高速 10 位 A/D 转换(250K/S，即 25 万次/秒),针对电机控制，强干扰场合3。虽说 STC 单片机拥有 比传统 51 单片机更好的性能，但相对我们的设计需求来说还是不能满足。 方案二：以 ST 公司生产的 STM32F103RBT6 为主控制器，其高性能、低成本、低功耗 的 ARM Cortex-M3 32bits 内核和 72MHz 的工作频率，能快速处理用户发出的指令，实现 台灯的快速响应，实现控制智能化。对于语音识别控制、手势识别控制、周围环境亮度识 别控制、及人体距离检测等多种控制数据及指令能做出快速反应，从而能进行快速控制台 灯，其出色的高速的数据处理能力和低功耗设计完全适合本题的设计要求。 综合考虑，采用方案二。 1.2 手势识别的选择方案手势识别的选择方案 方案一：可以采用摄像头的成像技术，对手掌动作进行拍照捕获，然后对图像逐帧提 取手势特征信息，利用帧融合技术，对每组既定动态手势集合求其各个手势帧融合图像的 密度分布特征参数，然后通过求其密度分布特征参数的平均值，得到其分布向量特征。然 后将其作为参考值，每次将采集回来的新的手势分布向量特征与参考值比较分析出对应的 手势动作，最终识别。 方案二：使用一颗由 Vishay 公司生产的全集成接近和环境光传感器、红外发射器 VCNL4000 和四颗由安华高科技公司（Avago Technologies）生产的数字接近和环境光传感 器 APDS-9930。它们都具有 IIC 通讯接口的器件，能通过主控制器编程去读写它们的寄存 器，从而得到数字化的外界光强度值；作为一颗接近传感器，能对在设定距离的物体做出 4 感应，可算出物体和传感器的距离，加入算法后还能得出物体的移动速度的方向，因此将 它们组合在一起，并加以算法处理，就可以实现手势识别。 综合考虑，采用方案二。 1.3 语音识别的选择方案语音识别的选择方案 方案一：采用孤立词语音识别系统的DSP实现需要用到动态时间规整(Dynamic Time Warping，DTW)算法，该算法语音识别中出现最早、较为经典的一种算法，解决了发音是 非不一的模板匹配问题4；但是要实现它，需要集合DSP芯片重新编写或移植一套算法， 硬件还要对输进的模拟语音信号首先要进行预处理和声学建模，对于我们应用性设计明显 划不来。 方案二：使用由ICRoute公司生产的LD3320 非特定人语音识别芯片。该芯片集成了语 音识别处理器和一些外部电路，包括 AD、DA 转换器、麦克风接口、声音输出接口等。 本芯片在设计上注重节能与高效，不需要外接任何的辅助芯片如 Flash、 RAM 等，直接 集成在现有的产品中即可以实现语音识别/声控/人机对话功能5。并且，识别的关键词语列 表是可以任意动态编辑的， 因此我们可以通过在寄存器中写入控制命令的关键词， 如： “开 灯、请开灯、我要开灯、打开台灯、把灯打开”等作为开灯同一类命令，这样我们可以通 过多组命令作为开灯命令。 综合考虑，采用方案二。 1.4 人体红外检测的选择方案人体红外检测的选择方案 方案一：采用主动红外探测器。此类型探测器需要用到红外发射机和接收机，它属于 一种红外线光束遮挡型或反射捕获型检测；通过特定的红外发射机向待测区发射红外线， 当移动物体进入红外线辐射区时，由于漫反射的作用，部分红外线被红外接收机捕获，从 而获得物体进入区域的信息，由于要一直向外发射红外线，所以主动红外探测器的功耗较 大，不适用于节能写设计，且容易受到其他移动物体的干扰。 方案二：采用被动红外探测器。被动红外探测器能根据外界移动物体引起红外能量的 变化来判断是否有物体在移动。具有无辐射，器件功耗小，隐蔽性好，价格低廉等优点， 它通过人体的红外能量与环境存在差别和人移动时的不同的红外能量的位置变化，来完成 对人体红外的检测6。由于器件本身不需要一直向外发射红外线，因此它的功耗可以做到 很低，且电路的设计也能得到很大的简化，可用于小型节能产品设计中。 综合考虑，采用方案二。 1.5 光照强度采样检测的选择方案光照强度采样检测的选择方案 方案一：可采用光敏电阻或光敏三极进行光照强度采样。光敏器件一般用于光的测量、 光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化）7。但是受温度影响较大，响应速度 不快，在ms到s之间，延迟时间受入射光的光照度影响，功耗较大。使用中还需要用到AD 5 转换和驱动放大电路，硬件开销较大。 方案二：使用数字光照强度检测芯片，本设计手势识别使用的传感器 VCNL4000 就自 带数字光照强度检测功能，能实现 16 位高分辨率的数字化光强解析能力，不需要外加的 驱动放大电路和外接 AD 转换器对其进行额外的处理，不仅方便简单而且更高效实用。 综合考虑，采用方案二。 1.6 LED 驱动的选择方案驱动的选择方案 因为LED是具有负温度特性的敏感半导体器件，所以在应用过程中需要有可控的驱动 器对其工作状态进行稳定和保护。 而且LED并不像普通的白炽灯泡直接连接 220V的交流市 电即可工作。一般的LED需要 34 伏的低电压横流驱动，不同用途的LED灯，还要配备不 同的驱动器。为此我们要选定一款稳定可靠的LED驱动器，以获得预期的亮度要求和工作 稳定度，并保证各个LED亮度、色度的一致性8。 方案一：理论上用场效应管和运算放大器等独立元器件去搭建一个LED的恒流恒压无 疑是最简单不过的了，但实际应用中，要想选出适合的驱动方案，保证驱动的长时间工作 稳定可靠，还是有一定难度的，尤其是驱动效率上难以满足设计要求，而且运算放大器常 常需要双电源工作条件，这又加大了电源的设计难度。并且独立器件的功耗很难控制，有 自身的设计缺陷原因，会导致一部分功率消耗在无用的发热上，过多的热量还会严重影响 器件的寿命和稳定性。 方案二：LED亮度控制使用的是PowTech公司生产的PT4115 高调光比 LED 恒流驱动 器。PT4115 是一款具有的电感电流导通模式的降压恒流源的LED驱动器，它能用于驱动一 颗或多颗串并联 LED。PT4115 的输出电流可调，最大可达 1.2 安培的输出能力，其 6 伏 到 30 伏的宽电压输入范围和高达数十瓦的LED驱动能力能适应更多的使用场合的要求。 PT4115 内置功率开关，采用高端电流采样设置LED平均电流，并通过DIM引脚输入PWM 脉冲实现调光。当DIM的电压低于 0.3 伏时，功率开关管关断，PT4115 进入极低工作电流 的待机状态9。 1.7 主电源的选择方案主电源的选择方案 电源是任何电子系统的运行的基本保障，没有它再强大电子系统都不能工作；若电源 不够稳定，有可能导致这个电子系统的彻底瘫痪，所以电源的选择和设计，在一个电子系 统显得中尤为重要。 方案一：线性稳压电源是应用最广泛的稳压电源之一，最常用的线性稳压芯片有正电 源 LM78XX 系列、负电源 LM79XX 系列和可调 LM317、LM337 系列等，它们通常具有电 压调整响应速度快，输出纹波较小，电源工作产生的噪声低；但是由于它们有一个共同的 特点就是它的功率器件调整管工作在线性区，靠调整稳压管极间的电压降来稳定输出，所 以它们的转换效率普遍较低，而且在接近满负荷工作时，发热量很大10，对于本文的设计 不适合。 6 方案二：开关电源也与线性稳压电源具有同样的广泛的应用，开关电源不仅具有功耗 小效率高等优点，而且它的体积也十分的小巧，重量也轻，电路形式灵活多样11。而且它 的输入电压范围很宽，可达到 89265V 的宽交流电压输入。电压输入的变化并不会对电源 的稳定输出造成影响，电源依然能稳定的长时间工作，若不是满负荷工作时，电源的发热 量也是很小的，完全可以忽略不计。 综合考虑，采用方案二。因此本设计选用开关电源作为主电源，选用 PT4201 作为电源 控制器，设计一个输出为 13.4V/2A 的开关电源。 7 第二章 第二章 LED 台灯的智能控制原理台灯的智能控制原理 LED 台灯的控制原理是实现台灯智能化运行的理论分析之一，以下主要从手势识别控 制、语音识别控制和台灯模式控制与切换等方向进行说明。 2.1 手势识别与语音识别的实现原理手势识别与语音识别的实现原理 手势识别与语音识别是本设计的重点之一，它们是实现整个台灯控制的基础，它们的 稳定灵敏与否、 距离足够与否、 矫正错误能力如何是关系到整个 LED 台灯的使用效果的满 意度的重要保障。 2.1.1 手势识别原理手势识别原理 图 2-1 为手势传感器与手势识别识别区示意图， 在图 2-1 中， 为整合后的手势传感器， 为不同编码的红外光束，手势动作识别区。手势传感器向手势动作识别区发射五组不 同编码的红外光束，当人的手从手势动作识别区做出相应动作时，由于动作顺序的差异， 不同编码的红外光束将由于手的漫反射先后被反射回来，由于有顺序的存在，反射回来的 是不同编码的红外光束的与顺序有关的组合，然后被手势传感器捕获，捕获后将其送至微 处理器解码，解码后将得到此编码组合对应的手势命令。 本文的手势识别技术属于二维手型识别技术，手势控制指令有手在手势动作识别区内 的左、右、上、下、靠近和远离共六种基本指令，还有左、右、上、下四种基本指令分别 两两组合的多种组合指令。 图 2-1 手势传感器与手势识别识别区 2.1.2 语音识别原理语音识别原理 图 2-2 为语音芯片识别原理图，LD3320 芯片上集成了高精度的 A/D 和 D/A 接口，不 再需要外接辅助的 Flash 和 RAM，即可以实现语音识别/声控/人机对话功能。并且，识别 的关键词语列表是可以动态编辑的12。从图 2-2 中可以看出，LD3320 从 MIC 中获取语音 流并进行 AD 转换，然后进行频谱分析，从频谱分析结果中提取语音的特征信息，得到特 征信息后送到语音识别器，语音识别器将其与关键词语列表中的拼音串进行特征匹配，最 8 后将识别结果送至外部处理器。 频谱 分析 提取 特征 语音 识别器 处理器 命令 拼音串 关键词语 列表 MIC LD3320语音识别芯片 语音流 动态编辑识别列表 识别结果 图 2-2 语音识别原理 2.2 智能智能 LED 台灯的工作方式台灯的工作方式 本着简约智能控制的人性化设计理念，该智能 LED 台灯设计了两种工作模式，分别为 自动模式和人机交互模式。 2.2.1 自动模式自动模式 当 LED 台灯处在自动模式时，人体红外感传感器处在间歇工作状态，人体红外感传感 器一旦检测到人体的红外信号，即将该红外信号传送至微处理器，微处理器收到该红外信 号后，启动亮度传感器采集亮度信号，亮度传感器将亮度信号传送给微处理器进行分析处 理，若亮度信号低于预设值时，微处理器发出开灯信号给 LED 驱动器，驱动 LED 矩阵点 亮；亮度传感器采集亮度信号并传送给微处理器调节亮度使其稳定在设定值内；人体红外 感传感器一旦检测不到人体的红外信号超过设定时间时，LED 台灯自动关闭，进入待机状 态。 2.2.2 人机交互模式人机交互模式 当 LED 台灯处在人机交互模式时， 语音识别芯片和手势传感器处在间歇工作状态； 当 驻极体拾音器接收到声音后，传送至语音识别芯片将声音与语音控制指令进行比对，若比 对识别成功，则将语音控制指令传至微处理器处理，微处理器根据语音控制指令控制 LED 驱动器做出相应的响应；或当手势传感器捕获到一个手势动作信号后，传至微处理器，微 处理器将手势动作信号与手势控制指令进行比对，若比对识别成功，微处理器根据手势控 制指令控制 LED 驱动器做出相应的响应；LED 台灯点亮后，人体红外感传感器处在工作 状态， 若在设定时间内没有检测到人体红外信号， LED 台灯熄灭并记录熄灭前的工作状态， 进入人机交互模式的待机状态。 9 2.3 LED 的的 PWM 调光原理 调光原理 PWM 调光的操作包括使 LED 灯接通和断开的闪烁点亮过程。如果这过程进行速度足 够快，由于人眼存在一个临界闪烁频率，当闪烁频率超过这一值时就不会出现闪烁现象， 人眼就只能感知到亮度的变化而不是闪烁。如果要使人眼感觉不到闪烁，调光频率至少为 50Hz13。因此结合 PT4115 支持的最大调光频率和 STM32F103RBT6 的处理能力，我们选 择 72KHz 的 PWM 调光频率，可实现 LED 的稳定调光和长时间工作。在 PWM 频率输出 固定不变的条件下，改变 PWM 输出的占空比可实现 LED 亮度的调节。 10 第三章 第三章 LED 台灯电路设计台灯电路设计 硬件电路是实现一切系统功能的硬载体，没有它，再高精尖的理论科技都是空洞之谈， 只有在硬件稳定安全工作运行的前提条件下，才能保证所有系统软件的平稳运行。 本设计采用模块化硬件设计的思想，按其硬件功能分为五个大模块来设计，分别为主 控制器硬件电路、手势识别与语音识别硬件电路、各传感器原理电路、LED、LED 灯盘与 LED 驱动的硬件设计和主电源原理电路。每一个模块的设计要点都会在下面进行主要说 明。 3.1 系统硬件结构系统硬件结构 图 3-1 为台灯的整体硬件和控制结构。如图 3-1 所示，智能 LED 台灯由传感器模块、 电源模块、LED 矩阵和控制模块组成；其中传感器模块包括驻极体拾音器、手势传感器模 块、人体红外感传感器、亮度传感器；驻极体拾音器接收外部的声音信号并输出到语音识 别芯片，微处理器控制语音识别芯片将声音信号与语音控制指令进行比对，若比对成功则 执行台灯控制指令；手势传感器模块、人体红外感传感器、亮度传感器分别将捕获到的手 势信号、人体红外信号、台灯的亮度信号输出到微处理器；微处理器对上述各输入信号进 行分析和处理后输出控制命令到 LED 驱动器，LED 驱动器驱动高亮暖白光 LED 发光。 LED 驱动器 高亮暖 白光LED 电源 模块 微处 理器 语音识 别芯片 手势 动作 手势 传感器 人体 红外 传感器 驻极体 拾音器 亮度 传感器 光线 照射 声音 动作 人体 红外 图 3-1 台灯的整体硬件和控制结构 3.2 主控制器硬件电路主控制器硬件电路 图 3-2 为 STM32F103RBT6 主控电路图。主控制器采用的是 ST 公司生产 STM32 系列 的 STM32F103RBT6 嵌入式处理器。该系列拥有专为高性能、低成本、低功耗的嵌入式应 11 用专门设计的 ARM Cortex-M 内核。尤其是其低功耗的设计，在 72MHz 时消耗 36mA(所 有外设处于工作状态)，待机时下降到 2A 的状态，十分适合在运行频繁的日常智能控制 设备中使用14。从图 3-2 可知，我们在电路中加入两个线性稳压芯片 LM7805CV 和 AMS1117-3.3，他们分别为+5V 和+3.3V 电源芯片，主要为主控制器和传感器等供电之用； STM32F103RBT6 与各传感器之间的接线脚均一一引出，方便调试和测试之用。 VBAT 1 PC13/ANT1 2 PC14/OSC32 3 PC15/OSC32 4 PD0/OSCIN 5 PD1/OSCOUT 6 NRST 7 PC0/ADC10 8 PC1/ADC11 9 PC2/ADC12 10 PC3/ADC13 11 VSSA 12 VDDA 13 PA0/WKUP/ADC0/TIM2_CH1_ETR 14 PA1/ADC1/TIM2_CH2 15 PA2/U2_TX/ADC2/TIM2_CH3 16 PA3/U2_RX/ADC3/TIM2_CH4 17 VSS 18 VDD 19 PA4/SPI1_NSS/ADC4 20 PA5/SPI1_SCK/ADC5 21 PA6/SPI1_MISO/ADC6/TIM3_CH1 22 PA7/SPI1_MOSI/ADC7/TIM3_CH2 23 PC4/ADC14 24 PC5/ADC15 25 PB0/ADC8/TIM3_CH3 26 PB1/ADC9/TIM3_CH4 27 PB2/BOOT1 28 PB10/I2C2_SCL/U3_TX 29 PB11/I2C2_SDA/U3_RX 30 VSS 31 VDD 32 PB12/SPI2_NSS/I2C2_SMBAI/TIM1_BKIN 33 PB13/SPI2_SCK/TIM1_CH1N 34 PB14/SPI2_MISO/TIM1_CH2N 35 PB15/SPI2_MOSI/TIM1_CH3N 36 PC6 37 PC7 38 PC8 39 PC9 40 PA8/TIM1_CH1/MCO 41 PA9/U1_TX/TIM1_CH2 42 PA10/U1_RX/TIM1_CH3 43 PA11/CAN_RX/USBDM/TIM1_CH4 44 PA12/CAN_TX/USBDP/TIM1_ETR 45 PA13/JTMS/SWDIO 46 VSS 47 VDD 48 PA14/JTCK/SWCLK 49 PA15/JTDI 50 PC10 51 PC11 52 PC12 53 PD2/TIM3_ETR 54 PB3/JTDO/TRACESWO 55 PB4/JNTRST 56 PB5/I2C1_SMBAI 57 PB6/I2C1_SCL/TIM4_CH1 58 PB7/I2C1_SDA/TIM4_CH2 59 BOOT0 60 PB8/TIM4_CH3 61 PB9/TIM4_CH4 62 VSS 63 VDD 64 U2 STM32F103RBT6 C7 104 C15 104 C18 104 C16 104 C14 104 C9 22C12 22 C11 22 C10 104 D21N4148 KEY1 C8 22 VCC3.3 VCC3.3 GND RESET RESET RESET RESET 12 Y3 8MHz 12 Y2 12MHz GND 12 34 56 BOOT1 Header3X2 R17 100k R18 100k BOOT0BOOT1BOOT0BOOT1 VCC3.3 L1 100uH GND GND VCC3.3 VCC3.3 GND GND VCC3.3 VCC3.3 VCC3.3 GND VCC3.3 GND VCC3.3 GND VCC3.3 GND VCC3.3 GND VCC3.3 GND VCC3.3 C13 10uF JTRST JTDI JTMS JTCK JTDO JTRST JTDI JTMS JTCK JTDO 12 34 56 VOUT1 VCC 12 34 56 VOUT2 VCC GND 1 OUT 2 IN 3 OU