简介
一、研究背景
随着生活水平的提高和科学技术的发展，人们对于家用电器的功能和性能要求越来越高，智能化家电已成为当代社会的主流。同时，很多青少年做作业的时候，总喜欢趴着看或者凑近看，不注意坐姿，离光源太近，长时间的不良写作和阅读姿势导致的近视与驼背等问题日趋严重。为了日常阅读体验更加便利化与人性化，同时及时发现与提醒不良的阅读姿势，采用同时具备语音控制与坐姿矫正功能的家居照明设备是十分必要的。目前市面上的智能台灯，往往对光线强度的控制，没有坐姿矫正功能，并且价格较为昂贵。结合现状，我想设计一款能够同时具备语音控制与坐姿矫正功能，且价格适中的便携式智能台灯。
二、研究过程
我查阅相关文献，明确要做一款我想要的多功能智能台灯，需要语音模块，超声波模块，继电器，台灯等。我在淘宝上买了相应的材料，开始改装普通台灯。
1.多功能智能台灯主要硬件设备
整个系统由微控制器、存储器、语音识别、继电器构成语音识别模块声控开发板（价格约30元），arduino主控板，超声波传感器，蜂鸣器构成坐姿矫正器（价格约25元），系统电源（价格约10元）与普通台灯（价格约25元）等组成。
2.多功能智能台灯的工作原理
语音识别模块LD3322主控板连接麦克风，用于获取使用者的语音命令。系统通上电后，微控制器通过RS485串行口控制语言识别模块获取并解析语言指令，根据指令解析结果，通过2路继电器PMW输出脉冲宽度调制信号，增强负载能力，一路控制台灯作出相应动作，灯的开和关，一路控制坐姿矫正器作出相应动作，矫正器的开和关。同时，微控制器通过坐姿检测模块的反馈信息判断使用者的坐姿是否正常，当使用者阅读姿势不正确时，显示屏现实距离并利用蜂鸣器报警提醒使用者纠正坐姿，预防近视和驼背。
3.多功能智能台灯的制作过程
3.1 主控模块中编译程序并烧录
选用LD3322主控板作为主控芯片，开发板作为主控制电路板。在智能公元网络平台中创建产品，通过离线方案对SU-03T模块进行语音SDK并烧录。模块通过麦克风收取语音指令，若指令与存储的词条波形相识度高于设定的门槛，串行口和定时器实现语音指令数据的获取与解析，以此实现台灯的在开/关，坐姿矫正器的开/关。
3.2 坐姿矫正器设定程序
坐姿矫正器控制系统使用了开源硬件arduino做为主控，通过米思齐软件编写程序，通过超声波传感器检测前方物体的距离，把数据传输到arduino主控板，主控板按照编定的程序当距离少于32cm的时候，程序就会驱动蜂鸣器工作发出警报，同时把距离数据显示到显示屏上。
3.3 组装元件
把台灯外壳拆开，在底座上放语音识别模块声控开发板，坐姿矫正器主控板，系统电源控制器，通过导线把台灯的导线连到继电器1，把坐姿矫正器连接到继电器2，再用数据线连接到电源控制器上。最后把台灯的外壳组装好。
4.多功能智能台灯的调试与分析
4.1 语音控制台灯功能测试
当测试人发出语音指令“你好，小丽。”时，唤醒语音识别模块，回复：“我在”；发出语音指令“请开灯/请打开台灯”，台灯自动打开，回复：“已打开”；发出语音指令“请关灯/请关闭台灯”，台灯自动关闭，回复：“已关闭”；发出语音指令“请打开坐姿矫正器”，坐姿矫正器自动打开，回复：“已打开”；发出语音指令“请关闭坐姿矫正器”，坐姿矫正器自动关闭，回复：“已关闭”。
语音识别成功，串口输出内容相应内容。测试结果表明，语音控制台灯的系统功能正常。
4.2 坐姿检测与提醒功能测试
将人体进入超声波模块的感应范围(小于32cm），蜂鸣器响起；当人体离开超声波模块的感应范围，蜂鸣器不响。测试结果表明系统的坐姿检测和矫正功能正常，测试成功。
三、功能及创新点
以LD3322主控板作为主控芯片，基于语音识别技术与超声波检测技术，设计实现了一种同时具有语音控制与坐姿矫正功能的智能台灯。本台灯实现以下三方面功能：① 通过对语音指令的编辑和烧录，实现对台灯的语音控制功能，如语音控制台灯的开和关，语音控制坐姿矫正器的开和关；②通过红外反射原理检测人体坐姿，实现对不良坐姿的提醒功能；③通过主控制器实现系统各模块的统一控制，通过语音控制继电器，实现智能化。本多功能智能台灯不仅操作简单智能，成本价格低，功能多样，还能在一定程度上预防近视与驼背。
四、我的收获
通过对普通台灯的改进，实现台灯多功能和智能化。让我不仅对台灯中电路有了更深入的认识，还让我对一些模块产生了浓厚的兴趣，如语音模块、超声波模块的编译程序和烧录。我还从网上了解到更多模块如红外检测模块，湿度检测模块等等，今后我将努力研究模块，进一步优化智能台灯，同时实现家庭用电器的智能化。
小发明仍有许多值得进一步探索与完善。如语音控制只实现了台灯的开关和坐姿矫正器的开关，还不能根据当前环境光照强度自动调整台灯亮度。我打算今后加入光照传感器，作为语音控制的并行模式，实现主观（语音）与客观（光照度）相结合的台灯亮度调整模式，节约能源。
