【单片机毕业设计】基于 STM32 单片机的环境感知自动调光控制系统设计基于 STM32 单片机的红外测距坐姿预警照明装置设计（023608）

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原创最新推荐文章于 2026-11-10 16:37:35 发布 246 阅读 AI 写同款· GEO 优化 ›

情系淮思：五款车规MCU横向对比与VCU选型本文对比五款车规MCU中的S32K312与S32K324，聚焦核心架构、存储、通信及安全特性。S32K324为双核160MHz Cortex-M7，内存、外设（如以太网、QuadSPI、SAI）全面升级，支持高实时并行处理与复杂应用；而S32K312为单核120MHz，适用于中端车身控制。两者均满足ASIL B功能安全，具备完整安全引擎。选型建议：中端用S32K312，高端复杂系统优选S32K324。阅读详情

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项目研究背景

随着数字化学习与线上办公模式的普及，长时间伏案阅读、使用电子设备已成为普遍现象，不合理的照明环境与不良坐姿极易引发视力下降、颈椎劳损等健康问题。传统台灯大多功能单一，仅支持固定档位手动开关，无法感知环境光线变化，也不能识别用户的存在状态与坐姿情况，智能化程度较低。部分简易智能照明产品仅实现基础的光强采集，缺少人体感应、坐姿距离检测、久坐计时提醒等一体化功能，难以兼顾护眼、节能、健康监测多重需求，设备交互与状态信息展示能力不足。嵌入式物联网技术的快速发展，使低成本多传感器硬件集成方案逐步成熟，STM32 单片机具备丰富外设接口与稳定运算能力，适合小型智能硬件开发。本课题依托嵌入式传感技术，集成人体感应、光敏采集、红外测距、实时时钟等模块，设计集自动调光、手动控制、坐姿预警、久坐定时提醒于一体的智能护眼照明装置，解决传统台灯功能割裂、适配性差的痛点，为桌面学习场景提供兼顾节能与健康防护的硬件方案，具备实际应用价值。

摘要

本课题设计一款基于 STM32 单片机的智能护眼台灯系统，集成多种传感器实现环境感知与健康提醒功能。系统以 STM32F103C8T6 为主控芯片，利用 5516 光敏电阻采集环境光照强度，HC-SR501 人体感应模块检测室内人员状态，红外接近传感器监测用户坐姿距离，DS1302 时钟芯片实现计时、闹钟与久坐累计计时功能，搭配 LCD1602 液晶屏幕展示光照、时间、设备工作状态。系统支持自动、手动两种工作模式，灯光共设置 10 档亮度调节。自动模式下依据环境光线自动调节补光亮度，无人时自动关灯，距离过近或久坐超时触发声光提醒；手动模式可通过按键调整亮度、校准时钟与设置闹钟，到达闹钟时间触发报警。经硬件调试，系统能够稳定完成光照采集、人体检测、坐姿预警、定时提醒等功能，可应用于桌面学习场景，实现照明节能与用眼坐姿健康监测。

总体方案

STM32F103C8T6 主控单片机：作为整个装置的控制核心，负责读取各类传感器采集的数据，执行模式判断、亮度计算、计时逻辑，控制 LED 灯光、LCD 屏幕、声光报警模块的输出。该芯片外设资源丰富，IO 口数量充足，成本适中，是嵌入式小型硬件项目的常用选型，能够满足多传感器接入、实时数据运算的开发需求。
HC-SR501 人体感应模块：用于检测环境内是否有人，将人体存在信号传输至单片机。在自动模式下，单片机依据该信号判断是否开启照明，无人时自动关闭灯光，实现节电，适用于桌面学习场景的人体状态感知。
5516 光敏电阻：采集环境光照强度，将光信号转化为模拟电压信号送入单片机，为自动调光功能提供原始环境光数据，支撑环境亮度检测与显示功能。
红外接近传感器：实时检测用户头部与台灯的距离，将距离信号发送给主控芯片，当用户距离过近时，单片机驱动声光模块进行坐姿报警提醒，用于预防近距离用眼。
DS1302 实时时钟芯片：独立硬件时钟模块，不受单片机断电影响，持续记录年月日时分秒，提供闹钟计时、久坐时长累计功能，为定时提醒、坐姿久坐提醒提供时间基准。
LCD1602 液晶显示屏：作为人机交互显示模块，接收单片机发送的数据，展示实时时间、环境光照强度、人体检测状态、当前工作模式、灯光档位等信息，直观反馈设备运行状态。
LED 灯组：作为照明执行部件，接收主控输出信号，实现 10 个档位的亮度调节，完成补光照明功能。
4 个独立物理按键：分为设置、增加、减小、模式切换按键，供用户手动切换工作模式、调整灯光亮度、设置时钟与闹钟参数，实现人工交互控制。
声光报警模块：由蜂鸣器与 LED 提示灯构成，接收单片机控制信号，在坐姿距离过近、久坐超时、闹钟到达指定时间时触发声光提醒。
PC 计算机：作为开发调试硬件，搭载开发软件，完成程序编写、编译、烧录、在线调试工作，是嵌入式程序开发的基础环境。

核心功能

环境光照采集与显示功能：使用 5516 光敏电阻持续采集环境光照强度，将采集数据传输至 STM32 单片机进行处理，处理后的光照数值输出到 LCD1602 屏幕展示。用于感知环境明暗，作为自动调光的判断依据，用户可以直观查看当前环境光照情况。
人体感应节能控制功能：在自动工作模式下，HC-SR501 人体感应模块实时监测场景内是否有人，当检测到环境无人时，主控自动关闭 LED 照明，减少电能消耗；检测到有人时，启动照明相关逻辑，适用于学习时人离开自动关灯的节能场景。
LCD1602 综合信息显示功能：液晶屏幕实时展示系统运行信息，包含实时时间、环境光照强度、人体感应检测结果、当前工作模式、灯光档位等控制信息，作为人机可视化交互载体，让用户掌握设备当前状态。
模式切换与状态显示功能：通过模式切换按键，用户可以在自动模式、手动模式之间切换，切换完成后 LCD 屏幕同步更新当前工作模式标识，便于用户识别系统运行模式。
实时时钟与定时提醒功能：依托 DS1302 时钟芯片获取精准时间，实现年月日时分秒的计时显示；支持设置闹钟时间与久坐计时阈值，用于学习计时提醒、闹钟定时提醒，到达设定时间触发提醒逻辑。
自动模式综合控制功能：
- 自动调光：检测到有人存在时，依据环境光照强度自动匹配灯光亮度，共 10 个档位，环境光线越弱，补光占比越高，实现自适应补光。
- 坐姿距离预警：红外接近传感器持续检测用户距离，若用户头部距离台灯过近，系统启动声光报警，提醒用户调整坐姿，保护视力。
- 久坐累计提醒：系统持续累计用户久坐时长，不受光照、人体感应状态影响，当累计时长达到设定阈值，触发声光提醒，提醒用户休息。
手动模式控制功能：
- 灯光档位手动调节：利用增加、减小按键调整 LED 灯光档位，屏幕同步更新档位数值，用户自主控制照明亮度。
- 系统时钟校准与闹钟配置：通过设置按键配合增减按键，修改系统年月日时分秒，同时支持设置一组闹钟时间。
- 闹钟声光报警：当系统时间匹配设定闹钟时间，声光模块触发提醒，按下设置按键即可关闭闹钟报警。

技术路线

C 语言：本课题嵌入式主控程序开发语言，用于编写传感器数据读取、逻辑判断、按键扫描、屏幕显示、PWM 灯光调光、计时提醒等底层业务代码，适配 STM32 单片机的开发环境，是嵌入式硬件开发主流编程语言。
Keil MDK5 开发工具：STM32 单片机程序编写、代码编译、程序烧录与在线调试工具，用于完成工程创建、代码语法检查、固件编译，将编译完成的程序下载至主控板，调试硬件逻辑 BUG。
STM32 标准库：单片机底层驱动库，简化 GPIO、ADC、定时器、I2C 等外设的驱动代码编写，降低底层寄存器开发难度，快速完成传感器、屏幕、LED 灯、按键的驱动开发，适合本科嵌入式开发。
Proteus 仿真软件：硬件电路仿真工具，前期用于绘制电路原理图，模拟传感器、单片机、显示模块的电气连接，在实物焊接前验证电路逻辑，减少实物调试的硬件故障。
Altium Designer：绘制硬件电路原理图与 PCB 电路板，完成元器件布局布线，生成 PCB 文件用于加工硬件电路板，实现装置硬件载体的设计。
ST-Link 下载器：硬件调试外设，连接 PC 与 STM32 开发板，完成程序烧录与在线断点调试，实时查看单片机内部变量、传感器采集数据，方便定位程序逻辑问题。
串口调试助手：PC 端调试工具，通过串口接收单片机上传的传感器采集数据、系统状态信息，用于验证光敏、人体感应、红外测距的数据采集是否正常。
万用表、示波器：硬件测试工具，焊接完成后检测电路电压、信号输出，排查短路、传感器信号异常等硬件故障，完成硬件功能验证。

项目演示

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关于我们

博主本身从事开发软件开发、有丰富的编程能力和水平、累积给上千名同学进行辅导、有自己的独立工作室，目前只专注做自己专业领域的事。团队人员有多年架构师设计经验、多人有参加校企合作经验，被多个学校常年聘为校外企业导师，指导学生毕业设计并参与学生毕业答辩指导，有较为丰富的相关经验。期待与各位高校教师、企业讲师以及同行交流合作。