【RS50】毕业论文_基于手势与语音控制的智能LED台灯设计文档

而在智能节能台灯这方面的研究，却少有代表性的产品，尤其是综合性较强的智能节能台灯。

在研究原有智能台灯基础上，设计了种基于手势与语音控制的智能台灯。

该智能台灯的整体控制结构由传感器模块电源模块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，矩阵包括驱动器和高亮暖白光，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，输出控制命令到驱动器，驱动器驱动高亮暖白光发光。

该智能台灯有两种控制方法，其为自动模式，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。

关键词智能台灯手势控制语音控制节能传感器引言主要功能和技术参数指标第章方案设计的比较与论证主控制器的选择方案手势识别的选择方案语音识别的选择方案人体红外检测的选择方案光照强度采样检测的选择方案驱动的选择方案主电源的选择方案第二章台灯的智能控制原理手势识别与语音识别的实现原理手势识别原理语音识别原理智能台灯的工作方式自动模式人机交互模式的调光原理第三章台灯电路设计系统硬件结构主控制器硬件电路手势识别与语音识别硬件电路人体红外检测原理电路灯盘与驱动的硬件设计主电源原理电路第四章台灯智能控制系统程序手势识别子程序流程语音识别子程序流程人体红外检测子程序流程光照强度检测子程序流程主程序控制流程实现自动模式控制流程实现人机交互模式控制流程实现第五章台灯测试结果分析测试结果分析输入输出基本特性测试与分析手势和语音控制测试与分析不足之处与拟解决方案第六章技术经济分析结束语参考文献附录附录二致谢引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，带来了股又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，照明技术作为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。

目前的智能台灯在控制功能方面也是相对比较单，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，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，而且般都是手工调光和手动开关灯，这对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新兴的生活理念。

本文提出了种基于手势与语音控制的智能台灯及其控制方法。

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的无级调光技术，可实现的任意亮度的调节。

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。

主要功能和技术参数指标实现功能实现智能台灯到的无级调光，最大功率无闪频稳定工作实现智能台灯到内的手势控制台灯的开关灯亮度的调节实现智能台灯到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，控制发出适当强度的光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。

二基本参数额定电压交流输入工作电压直流电压电流调光频率占空比调节待机功耗最大功耗工作环境温度第章方案设计的比较与论证在科技发达的今天，每种电子产品的设计都有无数种方案，每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，我们要对每种设计方案进行论证和比较。

因此我们在下面对本设计的些方案进行讨论，由此选择出适合本课题和预期目标的实现方案。

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。

方案系列单片机是宏晶科技有限公司生产的单时钟周期的单片机，是高速低功耗超强抗干扰的新代单片机，指令代码完全兼容传统，但速度快倍。

内部集成专用复位电路，路，路高速位转换，即万次秒，针对电机控制，强干扰场合。

虽说单片机拥有比传统单片机更好的性能，但相对我们的设计需求来说还是不能满足。

方案二以公司生产的为主控制器，其高性能低成本低功耗的内核和的工作频率，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。

手势识别的选择方案方案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。

方案二使用颗由公司生产的全集成接近和环境光传感器红外发射器和四颗由安华高科技公司生产的数字接近和环境光传感器。

它们都具有通讯接口的器件，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颗接近传感器，能对在设定距离的物体做出感应，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。

语音识别的选择方案方案采用孤立词语音识别系统的实现需要用到动态时间规整，算法，该算法语音识别中出现最早较为经典的种算法，解决了发音是非不的模板匹配问题但是要实现它，需要集合芯片重新编写或移植套算法，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。

方案二使用由公司生产的非特定人语音识别芯片。

该芯片集成了语音识别处理器和些外部电路，包括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。

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。

人体红外检测的选择方案方案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。

由于器件本身不需要直向外发射红外线，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。

光照强度采样检测的选择方案方案可采用光敏电阻或光敏三极进行光照强度采样。

光敏器件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。

但是受温度影响较大，响应速度不快，在到之间，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就自带数字光照强度检测功能，能实现位高分辨率的数字化