智能手势控制灯的设计介绍.docx

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2017年“挑战杯”全国大学生课外学术科技 作品竞赛作品申报论文

作品名称:

手势控制灯

成员名单：

指导教师：

2017年4月

前言

《中国智能家电行业市场调研与投资预测分析报告》数据分析，物联网在家电行业的应用有着较好的用户基础，用户认识度比较高，智能家电产品将得到厂商的大力研发。

相信随着我国电子信息技术

的不断发展，智能家电和智能住宅的内涵将不断发生变化，智能家电的市场前景将广泛看好。

未来家电发展将以智能化为趋势，实现“人机对话、智能控制、自动运行”，对现有家庭的日常生活带来巨大冲击，也将会全面改写家电市场现状和行业格局。

信息设备的互联互通是未来家电智能化的必然趋势。

目录

目录 1

第一章 项目介绍 2

1、项目亮点 2

2、产品及服务 2

3设计目的 3

4产品应用范围 3

5原理与优势 3

第二章市场分析 5

1、全球传感器现状 5

2、发展前景 6

第三章 项目制作研究过程 7

1、系统方案 7

1.1红外发射模块 7

1.2红外接收模块 7

1.3控制模块 8

2、备选方案：

采用超声波模块控制信号的发射与接收 8

第四章电路设计.

........................................................................10

１、红外发射模块 10

2、红外接收模块 12

第一章 项目介绍

1、项目亮点

利用红外测距传感器发射的红外信号遇到障碍物距离的不同反射强度也不同的原理，进行障碍物远近的检测，然后通过手势的来回移动来实现控制灯的亮灭。

红外手势控制灯结合红外传输和红外测距传感器两个方面。

红外传输是一种点对点的传输方式，利用红外线的物理性质来进行测量，红外线又具有反射、折射、散射、干涉、吸收等性质。

红外线测距传感器有远距离测量，在无反光板和反射率低的情况下能测量较远的距离；有同步输入端，可多个传感器同步测量；测量范围广，响应时间短；而且它的应用价值比较高。

而且红外线传感器测量时不与被测物体直接接触，因而不存在摩擦。

红外测距一般具有精确度和分辨率高、抗干扰能力强、敏感度高、响应快等优点。

且红外系统应用领域广、行业需求众多，市场需求空间大。

2、产品与服务

⑴手势控制

采用非接触方式控制灯的开关、调节灯的亮度。

只要手在黑色感应区前5-

20cm处稍微停留，即可控制灯的开关。

具有卫生、安全的特点。

你只需要挥挥

手就可以切换亮度，把手放在上面一会儿，就可以进行隔空手势调光，以及开关和睡前呼吸延时功能。

大学“拾”光，无尽遐“享”，确实很酷、很人性的设计思维。

⑵延迟关闭

可以手势设置灯延迟30s自动关闭，方便晚上睡觉，避免关灯之后看不清而发生意外。

⑶三级调亮

针对不用的使用场合设计了三级亮度，分别为最亮/次亮/最暗。

最亮状态时可以看书，最暗状态时可以看电影，次亮时可以做一些其他事情。

⑷光线均匀

发光源为LED灯珠，总共24颗灯珠。

光线呈锥形均匀扩散，几乎无阴影，温和亮堂，对眼睛起到很好的保护作用。

3、设计目的

随着生活水平逐步提高,各式各样的灯具除要满足照明的需求外,亦要符合装饰和美化居室的效果,因此,加速了灯具灯饰行业的发展。

智能感应红外手势控制灯就是一款功能化的节能灯产品,能利用人体红外信号控制节能灯的发光状态即拥有人到灯亮,人离灯熄的功能,其安全节能等显著优点将受到人们青睐。

本项目设计的红外信号控制灯采用红外热释电探头、光敏电阻等构建红外信号处理系统,采用红外线检波接受芯片cx20106控制的集成电路对接收探头受到的信号进行放大，滤波。

考虑成本、性能和受广大用户欢迎程度,采用被动式热释电红外探头作为智能感应灯的传感器。

基于节能方便等要求,，人到灯亮,灯需处于点亮状态一段时间后再判断是否熄灭,需要输出有一定的延时,并由个人喜好不同要求能方便的调节延时时间。

4、产品应用范围

本产品适用于

（1）住家、卧室、客厅、厨房、浴厕

（2）办公室、会议室、电脑室、网吧、地下室、吸烟区

（3）汗蒸房、商店、美容院、餐厅、咖啡馆、速食店、茶艺馆

（4）医院、诊所、疗养院、学校、学习班、托儿所

5、原理及优势

本手势控制灯改变了传统的按键及声控开关形式，创新的采取肢体控制，减少了外接设备的束缚，摆脱传统观念上人们对于开关的概念，本产品通过人在红外发射端一定距离内挥动手臂对发射的信号进行干扰，接收器对反射回的信号进行处理，以达到控制照明设备亮灭的目的。

使灯的控制变得更有效，方便，并且，通过手势操控也会让我们看起来更酷！

此手势控制灯创意新颖，且较其他手势控制更为简单，成本低，所以极其容易应用到广大群众的生活当中，具有良好的市场。

相比按键开关控制的灯，有时我们会因为距离问题或是疏忽，而不愿去将灯关闭，造成了不必要的浪费；而声控形式的灯，由于它点亮之后需要持续一定的时间，因此，我们无法在不需要灯光时及时熄灭它，也会造成不必要的浪费！

可能一盏灯节的电微乎其微，但是在全国乃至全世界，如果都使用我们这盏灯，那我相信，每年节省的电能是不可估量的！

节约电能的同时，旨在保护了环境。

科技的发展，不仅在于改变了我们的生活，而是让我们的生活更加美好与健康，在享受科技给我们带来便利的同时，也能让我们欣赏美丽的大自然！

由此可见，节约与环保是我们这一产品的又一巨大潜在优势！

第二章 市场分析

1、全球传感器现状

2014年全球手势识别与传感器市场达到了31.2亿美元的规模，其复合年增长率为32.78%。

日前一份新发布的分析报告称，到2022年该市场规模预计将达321.6亿美元。

技术进步使硬件精度大幅提升，从而进一步拉升了对手势识别与传感器市场的需求。

在智能手机与汽车领域，手势识别与传感器市场呈现指数增长，其中的关键因素为硬件成本低廉，同时可大幅改善用户体验。

而另一方面，高功耗也成为阻碍市场增长的主要原因。

据预测，全球手势识别与传感器市场未来增长机会主要将落在智能家居以及部分新兴领域。

目前北美与欧洲国家是传感器最大的需求来源，预计亚太地区将迅速崛起并占据大部分市场份额。

除谷歌、苹果、微软、英特尔等科技巨头外，各个细分领域也涌现出一批佼佼者，如体感技术公司Softkinetic、图像识别公司

Cognivue、物联网公司Pointgrab、以及提供半导体解决方案的英飞凌科技等。

另一大趋势是，中国、印度等发展中国家创业公司正在大量吸引投资。

这一手势识别功能模块能够自动消除环境光的影响、排除光学串扰，既能满足简单的“东南西北”手势传感也能实现复杂的虚拟按键和轻击等广泛的手势检测要求。

采用片上集成技术（包括盲元替代、非均匀性校正、部分图像处理功能等）和其它新的器件结构及新的制造工艺技术，在MEMS（微机电系统），甚至基于纳米科技的NEMS（纳机电系统）推动下，红外传感器尺寸大为缩小，功耗大

大降低，集成度显著提高。

由于红外传感器的优越性能，许多主流仪表研究单位和生产制造商对它的研发投入也越来越高。

由于红外线感测大厂的多元化，导致红外探测器竞争格局十分复杂。

必需要清楚地了解每个主要厂商的技术背景和定位，才能清楚整体市场商机和将要

面临的挑战；小型红外线感测器的市场已趋成熟，走向价格战，中大型红外线阵列感测器还是以性能及品质为主，尚有容纳新人加入的利润空间。

随着微电子技术的发展和传感器的应用领域的不断扩大，红外传感器正从小型、单一功能，向大型化、多功能化方向发展。

如国外所研制的大型红外传感器（1616到6464像素）除可进行温度场测量外，还可获得先进的、小型红外传感器所不具有的人体探测功能（即可精确定位个人在空间中的位置，即使人不活动，也可识别出）或大型区域的安全监视等功能，十分适宜于家庭自动化、医疗保健、安全防护等场合的应用。

此外，新型多光谱传感器的研制，也大大改善了红外成像阵列的功能性。

2、发展前景

红外感应器应用可以用于非接触式的温度测量，气体成分分析、热像检测、红外遥感以及军事目标的侦察、搜索、跟踪和通信等。

红外传感器的应用前景

随着现代科学技术的发展，将会更加广阔。

虽然现阶段的红外传感器还有很多的不足，但红外传感器已经在现代化的生产实践中发挥着它的巨大作用。

随着探测设备和其他部分的技术的提高，红外感应器能够拥有更多的性能和更好的灵敏度，也将有更广阔的应用范围。

全球的传感器市场在不断变化的创新之中呈现出快速增长的趋势。

有关专家指出，传感器领域的主要技术将在现有基础上予以延伸和提高，各国将竞相加速新一代传感器的开发和产业化，竞争也将日益激烈。

新技术的发展将重新定义未来的传感器市场。

第三章 项目制作研究过程

1、系统方案

主体由三个模块组成，分别为红外发射，红外接收及电路控制端。

1.1红外发射模块

红外发射由555触发器控制的发射端。

红外发光二极管，它实际上是一只特殊的发光二极管，由于其内部材料不同于普通发光二极管，因而在其两端施加一定电压时，它便发出的是红外线而不是可见光。

目前大量使用的红外发光二极管发出的红外线波长为940nm左右，外形与普通发光二极管相同，只是颜色不同。

红外发光二极管一般有黑色、深蓝、透明三种颜色。

判断红外发光二极管好坏的办法与判断普通二极管一样：

用万用表电阻挡量一下红外发光二极管的正、反向电阻即可。

红外发光二极管的发光效率要用专门的仪器才能精确测定，而业余条件下只能用拉距法来粗略判定。

我们使用的是透明的红外发光二级管，由三个二级管并联组成发光源。

1.2红外接收模块

接收部分的红外接收管是一种光敏二极管。

在实际应用中要给红外接收二极管加反向偏压，它才能正常工作，亦即红外接收二极管在电路中应用时是反向运用，这样才能获得较高的灵敏度。

红外接收二极管一般有圆形和方形两种。

由于红外发光二极管的发射功率一般都较小（100mW左右），所以红外接收二极管接收到的信号比较微弱，因此就要增加高增益放大电路。

前些年常用

μPC1373H、CX20106A等红外接收专用放大电路。

最近几年不论是业余制作还是正式产品，大多都采用成品红外接收头。

成品红外接收头的封装大致有两种：

一种采用铁皮屏蔽；一种是塑料封装。

均有三只引脚，即电源正（VDD）、电源（GND）和数据输出（VO或OUT）。

红

外接收头的引脚排列因型号不同而不尽相同，可参考厂家的使用说明。

成品红外接收头的优点是不需要复杂的调试和外壳屏蔽，使用起来如同一只三极管，非常方便。

但在使用时注意成品红外接收头的载波频率。

红外遥控常用的载波频率为38kHz，这是由发射端所使用的455kHz晶振来决定的。

在发射端要对晶振进行整数分频，分频系数一般取12，所以455kHz÷12≈37.9kHz≈38kHz。

也有一些遥控系统采用36kHz、40kHz、56kHz等，一般由发射端晶振的振荡频率来决定。

我们使用的红外接收模块的接收头为塑料封装，红外接受电路，信号经红外线接收管接收，送给cx20106芯片方大，整形，输出脉冲波形。

将其波形适当变换变成我们需要的形式。

红外线接收的特点是，灵敏，反应速度快。

1.3控制模块

将红外接收电路反馈的信号调整成需要形式已达到控制电路的目的。

2、备选方案：

采用超声波模块控制信号的发射与接受。

超声波具有方向性好、在介质中传播能量消耗缓慢、且其速度远小于光速等特点,因而超声波可用于距离测定。

超声波测距的基本思想是:

通过测量从超声波发射到接收到反射回