1. 研究目的与意义
随着人们生活水平的提高和智能家居的不断普及，人们越来越重视家庭设备的智能化。能够根据周围环境光线强度进行灯光自适应调节的台灯系统是智能家居的重要组成部分之一。传统的台灯只需要接受电源开关进行打开或者关闭，并不会根据光线的强度调整亮度，以及没办法接受声音信号或者连接到家庭的局域网上。 因此，本课题拟利用高性能低功耗的单片机设计一款具有自适应灯光的台灯，能够根据光线的强弱自动调整台灯的光照强度。并且能够接受声音信号或家庭局域网发送的信号，实现声音控制和远程控制。从而保护用户的视力和不用再担心忘记关闭台灯影响用电安全，并且为以后物联网提供一定的技术支持。
2. 课题关键问题和重难点
本文利用低功耗的单片机结合通讯技术开发设计了基于单片机的台灯智能灯光系统,经过理论和实验验证，该智能灯光系统具有成本低、可靠性好、抗干扰能力强、实时性高等优点，系统整体结构简单、容易实现、实用方便，符合系统的设计要求。本设计能够实时调整灯光，并且保证不管是有人还是无人的情况下都能够自动检测周围亮度，从根本上解决灯光强度单一不变的问题，有效避免因长时间灯光不变而引起的的眼部疲劳的发生，可广泛应用于宿舍、家庭，公司等众多领域。
本设计系统包括mcu控制模块，语言识别模块，光强度传感器模块、wifi模块等。文中对每个部分功能、实现的过程作了详细介绍。整个系统的核心是进行灯光实时调整，各项功能的实现满足了课题所有要求。设计电路图，应用单片机编写程序控制。
难点：
3. 国内外研究现状（文献综述）
21世纪初，ntil对无线系统的研究主要集中在香浓定律的两个极端上。一方面，在带宽有限的情况下，对高数据率的不断增长的需求促进了频谱效率和信息理论技术。另一方面，在电力有限的情况下，监测应用程序的兴起已经提高了低功耗技术，如自适应协议和节能网络。尽管两端都为非关键用户提供了良好的基础，但低延迟和高可靠的应用程序，和工业和汽车，安装和维护优先解决方案却非常灵活、昂贵[1]，为解决这种弊端需要调节软硬件之间的参数，从而使之能够互相结合。
当前，我国经济正处于从高速发展向高质量发展的转型时期。物联网产业的兴起和发展是我国经济产业改革的一个转折点，增强社会创新意识对于提高整体创新能力、建设创新型国家具有重要作用。同时，物联网产业的发展，也优化了整个社会的资源配置效率，为每个人提供了更加舒适和方便的生活[2]。此外，如果物联网产业的技术能够自主控制，也能够保证国家经济和社会运行的战略安全，同时也是发展战略性新兴产业，促进经济增长的迫切需要。此外，《国家重大科技基础设施建设中长期规划(2012-2030年)》还特别提到了科技产业的应用。据估计，到2021年，中国 iot产业将占全球 iot 总量的四分之一左右，达到2.7万亿元人民币，成为一个规模超过万亿元人民币的巨大市场。2020年5月，工业和信息化部下发了关于进一步推进物联网全面发展的通知，现在的智能家居也越来越普及，尤其需要有一些高效的算法进行支撑，这样才能够带动起来，让他们发展越来越稳定迅速[3]。2020年，商务部等部门下发了一批促进物联网与其他产业深度融合的规划和指导文件，物联网产业的影响日益突出[4]。
在实现“双碳”目标的背景下，可再生能源产业迎来了前所未有的发展前景。但在飞速发展的大趋势下，也出现了一些新的问题。例如，在光伏发电厂的投资和建设中，出现了模块价格、土地成本大幅上涨等问题。价格上涨了。根据 pvinfolink 提供的产业链数据，自2022年以来，182毫米和210毫米组件的平均价格从未低于每瓦1.8元，而且这一趋势还在继续攀升，组件报价高出2元/瓦的情况层出不穷。这些包括大唐5.553瓦、华润第五批3瓦模块收购中收购的每瓦2元以上的报价出现。这样的价格，使发电厂的投资收益减少甚至亏损。三峡新能源总工程师王忠良在最近的2022年太阳能供应链论坛上承认，面对不断飙升的零部件价格，压力非常大[5]。他说: “目前，对于分布式和普通的陆地电厂来说，投资需要集中在新的问题上。唯一能做的就是调整建设速度，通过控制建设速度来应对价格上涨。”.以三峡工程为例，青海最高可接受的零部件价格是每瓦一点六五元，低于一点七元，内蒙古稍高，但不高于一点八五元。土地租金上涨，土地使用政策收紧[6]。土地成本在电厂投资成本中占有重要地位，占6% ~ 8% ，有的甚至高达10% 。于是乎我们更应该将我们日常家电所能够节省的能源节省出来，顺着时代的发展实现智能控制是大势所趋，智能控制的背后需要有低功耗，高稳定的硬件控制器与之匹配，以及强悍的软件算法作为支撑[7]。智能家居越来越普及的背后也代表着国家的发展。机构数据显示，2021年我国智能家居行业市场规模在5800亿元左右，较于2020年增长12.75%，预计 2022 年我国智能家居行业市场规模将达到6515亿元[8]。
4. 研究方案
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四、方案（设计方案、研制方案、研究方案）论证 1、设计方案 充分利用已有资料、图书馆书库资料、图书馆电子资源库以及互联网上的资源库，通过一切途径浏览有关资料文献，并对与设计有关的知识和文献资料进行汇总、归纳、创新，并结合设计任务构思设计方案。根据任务和实际要求，该总体方案主要有单片机、语音识别模块、WIFI模块、LED灯、液晶屏显示、光照度采集、电源供电等七部分构成。系统构成框图1-1所示。
图1-1系统构成框图
1、单片机型号的选择 单片机采用的是STC12C5A60S2,这种是增强型的51，加密型强，有全球唯一ID号，ISP/IAP，在线编程，无需编程器、仿真器，尤其是双串口，两个独立串口，高速10位A/D转换器，8通道，1个时钟/机器周期8051，高速，高可靠，低功耗，超低价，强抗静电，强抗干扰，因为语音识别和WIFI都需要串口，而普通单片机只有一个串口，故综合考虑选择这款单片机。 2、语音识别模块的选择 语音识别模块采用的是天问ASR语音识别模块，该模块支持多线程工作，支持物联网，可以通过串口蓝牙、WIFI模块而且可以设置多个唤醒词，最多可以设置5个唤醒词，而且主频180MHZ，内存512k，两个串口，6个独立pwm,4个32位定时器，26个用户可用IO，而且带人工智能神经网络NPU处理器。 3、WIFI模块的选择 WIFI模块采用的是ESP8266，ESP8266是一种低成本、低功耗串口WIFI模块，具有数据传输、AT指令控制等功能。而且ESP8266模块是为物联网数据传输和电子产品智能化研究开发而推出的高集成产品，小功率串口WiFi模块，性能稳定，支持软AP模式，静态模式，三个SoftAP Station共存模式；内建的TCP/IP协议栈，支持多种TCPClient连接；用户的物理设备可以连接到WiFi无线网络，与因特网或局域网通讯，具有网络功能，可用于快速开发智能遥控设备。 4、光强度传感器的设计 设计主要就是靠光敏电阻（LDR），由RadioShack提供的276-1657型光敏电阻，其电阻随环境光强度变化而变化，其电阻值可以从黑暗环境中的数百万欧姆降低至光亮环境的几百欧姆。 5、显示模块的设计 显示模块我采用的是工业液晶屏lcd1602,这个是一种工业字符液晶能够显示1602即32个字符。LCD1602液晶显示的原理时利用液晶的物理特安防通过电压对其显示区域进行控制。而且显示质量高，lcd1602每一个点在收到信号后就一直保持那种色彩和亮度恒定发光画质高且不会闪烁。采用的是数字式接口，体积小、重量轻，相对于传统显示屏要有更多的优点，所以显示模块我选择的是lcd1602，主要用来显示台灯的状态，当前的光照强弱，以及台灯亮度的等级等。 6、LED灯模拟台灯模块 采用led灯来模拟台灯，受到单片机的信号的控制来实现点亮熄灭，以及各个状况下对应的亮度，从而达到模拟台灯的效果。
2、软件流程图
图1-2 系统软件流程图
软件流程图介绍：首先单片机通电，然后初始化各模块，然后采集各模块数据，单片机对数据进行处理，然后控制LED灯的状态，然后通过LCD1602模块显示出光照强度，台灯状态等信息，通过判断LED灯是否打开，如果打开则需要调用当前环境光的强度数据，然后通过单片机的处理来重新控制LED灯的灯光强度。
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5. 工作计划
第1周：接受任务书，领会课题含义，按要求查找相关资料；翻译英文文献；
第2周：阅读相关资料，理解有关内容；写出开题报告一份；
第3周：确定传感器，参阅有关资料，分析调理电路原理；
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