CN207438410U - 一种基于Arduino的智能闹钟床头灯 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于Arduino的智能闹钟床头灯，该床头灯中集成了Arduino控制器、LED触摸调光模块、时钟模块、OLED显示模块、语音模块、按键组和喇叭，既实现了灯光强度可调，有利于使用者根据使用情况选择适合的光照强度；又实现了时钟功能及闹钟功能。且整个床头灯结构简单，通过触摸区和按键即可分别实现光照强度的调节和闹钟定时，操作简单。

Description

一种基于Arduino的智能闹钟床头灯

技术领域

本实用新型涉及一种床头灯，尤其是涉及一种基于Arduino的智能闹钟床头灯。

背景技术

在家居生活中，卧室是一个解除疲惫、休整身心、养精蓄锐的空间。随着科技的发展，丰富卧室生活的电子产品可谓是琳琅满目，但床头灯仍然是一个不可或缺的基本配置，宛如卧室中的一颗“夜明珠”，时刻满足人们照明、休闲、学习等方面的需要。但传统的床头的主要功能在于照明，功能单一。

实用新型内容

针对传统床头灯功能单一的问题，本实用新型的目的在于提供一个将闹钟和床头灯合二为一的基于Arduino的智能闹钟床头灯，该床头灯既能够照明，又能够作为闹钟使用，结构简单、操作方便。

为了实现本实用新型的目的，所提供的基于Arduino的智能闹钟床头灯包括LED灯头和固定底座，所述LED灯头和所述固定底座之间通过合金软管连接；所述固定底座上设置有触摸区、显示区、按键组和喇叭；所述固定底座的内部设置有控制电路板和电源转换模块，所述控制电路板上设置有LED触摸调光模块、Arduino控制器、时钟模块、OLED显示模块以及语音模块，所述按键组与所述Arduino控制器的信号输入端连接，所述时钟模块与所述Arduino控制器的数字信号引脚连接；所述Arduino控制器的一路信号输出端通过所述LED触摸调光模块与所述LED灯头连接，所述OLED显示模块与所述Arduino控制器的一路信号输出端连接，所述喇叭通过所述语音模块与所述Arduino控制器的另一路信号输出端连接；所述OLED显示模块设置于所述显示区内，所述LED触摸调光模块设置于所述触摸区内；所述电源转换模块的输出分别与所述LED触摸调光模块的电源端、所述Arduino控制器的电源端、所述时钟模块的电源端、所述OLED显示模块的电源端、所述语音模块的电源端、以及喇叭的电源端连接。

本实用新型所提供的床头灯中集成了Arduino控制器、LED触摸调光模块、时钟模块、OLED显示模块、语音模块、按键组和喇叭，既实现了灯光强度可调，有利于使用者根据使用情况选择适合的光照强度；又实现了时钟功能及闹钟功能。且整个床头灯结构简单，通过触摸区和按键即可分别实现光照强度的调节和闹钟定时，操作简单。

进一步的，所述固定底座上还设置有与所述语音模块的信号输入端连接的插卡口和与所述电源转换模块的输入端连接的供电接口。通过插卡口实现了与存储设备的连接，如SD卡，用于存放各种闹钟语音，便于更换闹钟提示音。通过供电接口可通过移动电源等电源为其供电，实现了多种供电模式。

具体的，所述插卡口为Micro SD卡座，和/或所述供电接口为USB接口。

具体的，所述的固定底座包括上支撑架和下支撑架，所述上支撑架和下支撑架通过销钉螺丝连接成一体，所述销钉螺丝上另设置有回力弹簧。保证了上支撑架和下支撑架的一端总是处于闭合状态，使得整个固定底座呈现一个近似“∝”，便于放置和夹持于床头或床沿上。

具体的，所述LED灯头的发光源由若干0.2W白光2835灯珠串联或并联构成。

具体的，所述按键组为Gadgeteer ADkey按键模块，包括模式键、数据“+”键和数据“一”键。

具体的，所述喇叭为2W4Ω喇叭。

具体的，所述LED触摸调光模块为SGL8022W；所述时钟模块为DS1307；所述语音模块为BY8001。

具体的，所述OLED显示模块包括显示屏和驱动芯片，所述驱动芯片的信号输入端与所述Arduino控制器的信号输出端连接，所述驱动芯片的信号输出端连接所述显示屏的信号输入端；所述驱动芯片为SSD1106，所述显示屏为1.3吋OLED显示屏，分辨率为128×64，具有IIC/SPI接口。

具体的，所述电源转换模块包括充电控制芯片TP4056和稳压芯片AMS1117-3.3。

本实用新型的有益效果是：

1、将闹钟、床头灯合二为一，具有智能闹铃功能和床头灯照明功能：

2、使用智能闹铃功能，固定底座表面上的显示屏显示实时时间信息，通过调节固定底座侧面的设置按键，可以设定一组或多组闹铃时间，选择不同的语音，播放提醒，设定不同的语音音量，当设定时间到时，自动以设定的语音音量播放选定的语音。

3、使用床头灯照明功能，通过碰触固定底座表面上的触摸区实现各种操作，

4、床头灯设计为带亮度记忆渐明渐暗的无级触摸LED调光功能。

附图说明

图1为本实用新型所提供的床头灯的右视图；

图2为本实用新型所提供的床头灯的左视图；

图3为本使用新型所提供的床头灯的控制原理图；

图中：1-灯头，2-软管，3-底座，4-触摸区，5-显示区，6-按键组，7-喇叭，8-插卡口，9-供电接口，31-上支撑架，32-下支撑架，33-销钉螺丝。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的及优点更加清楚明白，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型所保护的技术方案。

结合图1、图2和图3，一种基于Arduino的智能闹钟床头灯，包括了LED灯头1和固定底座3，LED灯头1和固定底座3之间通过合金软管2连接，合金软管2分别与灯头1和固定底座3相连接的两端为固定的硬金属管，其上分别铸有螺纹，对应的灯头1和固定底座3上设置有与合金软管2上螺纹相匹配的安装孔，通过固定螺丝使灯头1和固定底座3分别安装于合金软管上。合金软管2既可以随意弯曲又能够保持弯折后的状态，方便用户的调节。其中LED灯中的发光源是由若干LED灯串联或并联而成，可以采用任何一种颜色的LED灯，在此所采用的是0.2W白光2835LED灯。

此外，在固定底座3的表面上设置有用于触摸操作的触摸区4、用于显示时间的显示区5、按键组6和喇叭7；固定底座3的内部设置有控制电路板和电源转换模块，控制电路板上设置有LED触摸调光模块、Arduino控制器、时钟模块、OLED显示模块以及语音模块，按键组6与Arduino控制器的模拟信号引脚连接，时钟模块与Arduino控制器的数字信号引脚IIC接口连接；Arduino控制器的一路输出通过LED触摸调光模块与LED灯头1连接，OLED显示模块与Arduino控制器的数字信号引脚SPI接口连接连接，喇叭7通过语音模块与Arduino控制器的数字信号引脚通用串行接口连接；OLED显示模块设置于显示区5内，LED触摸调光模块设置于触摸区4内；电源转换模块的输出分别与LED触摸调光模块的电源端、Arduino控制器的电源端、时钟模块的电源端、OLED显示模块的电源端、语音模块的电源端、以及喇叭7的电源端连接为其提供工作电压。电源转换模块通过电源线与电源连接，该电源线的一端与电源转换模块的输入端连接，一端连接有插头，可以直接接交流电。

其中，固定底座3包括上支撑架31和下支撑架32，上支撑架31和下支撑架32通过销钉螺丝33连接成一体，所述销钉螺丝33上另设置有回力弹簧。设置与固定底座3上的触摸区4、显示时间的显示区5、按键组6和喇叭7可以是设置于上支撑架31上，也可以设置与下支撑架32上，最好是设置于上支撑架31上，便于使用者操作。

所记载的控制电路板和电源转换模块可以同时设置于上支撑架31内，也可以同时设置于下支撑架32内，还可以分开设置，如控制电路板设置与上支撑板31内，电源转换模块设置与下支撑架32内。控制电路板的各功能模块之间通过印制于电路板上的导线实现连接，控制电路板与电源转换模块之间则通过导线实现连接。

此外，本实施方式中所提供的床头灯还包括了插卡口8和供电接口9；插卡口8和供电接口9可以设置于固定底座3上任何位置，如插卡口8和供电接口9均设置于上支撑架31的同一侧面上(右侧面上、或左侧面上)，或者不同侧面上；或者均设置于下支撑架32的同一侧面上(右侧面上、或左侧面上)，或者不同侧面上；或者一上一下设置，如插卡口8设置与上支撑架32的侧面上，供电接口设置于下支撑架32的侧面上。

插卡口8与语音模块的信号输入端连接，便于语音模块读取插入插卡口8内的存储设备中的数据；供电接口9与电源转换模块的输入端连接，将电源引入电源转换模块。插卡口8可以是任何一种可以插装SD卡的插卡口，如MicroSD卡座。供电接口9则设置为MicroUSB接口，用于接通电源。

此外，在固定底座3内还设置有锂电池组，该锂电池组与电源转换电路的输入端连接，用于无交流供电情况下为床头灯提供电源。

本实施方式中所记载的按键组6采用的是Gadgeteer ADkey按键模块的简化版，只提供了模式键、数据“+”键和数据“-”键，用于设置闹钟时间。喇叭7为一个2W4Ω喇叭，用于播放闹钟提示音。

在本实施方式中，LED触摸调光模块采用的是SGL8022W，调光芯片SGL8022W提供了4种调光操作功能：不带亮度记忆突明突暗的LED触摸无级调光功能、不带亮度记忆渐明渐暗的LED触摸无级调光功能、带亮度记忆渐明渐暗的LED触摸无级调光功能、LED三段触摸调光功能，通过对芯片的6、8引脚设置不同的电平组合来确定上述四种功能中的一种，上述4种功能的实现，应相应的设定6、8脚电平为11，01，10，00。

Arduino控制器采用的是Arduino Mini Pro，以Mega328P单片机为处理芯片，时钟模块采用的DS1307；语音模块为BY8001。

所记载的OLED显示模块包括显示屏和驱动芯片，驱动芯片的信号输入端与Arduino控制器的信号输出端连接，驱动芯片的信号输出端连接所述显示屏的信号输入端。其中，驱动芯片本实施方式采用的是SSD1106，显示屏为1.3时OLED显示屏，分辨率为128×64，具有IIC/SPI接口。OLED显示模块中的显示屏设置于显示区5中，显示去5的形状与尺寸与显示屏相匹配，用于显示时间，便于使用者查看。

所记载的电源转换模块可以采用现有的任何一款具有充电控制和稳压功能的电路结构，本实施方式中所采用的是：包括充电控制电路和稳压电路的电源转换模块，充电控制电路的输出接稳压电路的输入连接，其中充电控制电路由充电控制芯片TP4056及其外围电路构成，稳压电路由稳压芯片AMS1117-3.3及其外围电路构成。

本实用新型所提供的床头灯的工作流程为：

1.初始化。通电，电源转换供电模块首先开始工作，为系统各个模块提供直流5V、3.3V工作电压；Arduino控制器复位，系统各个功能模块上的芯片复位。

2.初始状态。①Arduino控制器监测LED触摸调光模块状态正常，使能该模块，床头灯功能设计为带亮度记忆渐明渐暗的无级触摸LED调光功能，床头灯默认为关闭状态，等待触摸触发；②智能闹铃功能，Arduino控制器从实时时钟模块读取时间信息，送OLED显示模块实现显示，此时，按键组处于等待状态，没有闹铃时间设置，语音模块默认播放第一首语音，同样处于等待状态。

3.床头灯照明。①点击触摸区(触摸持续时间小于550ms)：点击触摸一次，灯亮，再点击触摸一次，灯灭，上电初始化后亮度设置为全亮度的50％；渐明渐暗的设定，使得灯的每一次亮或灭，都是一个缓慢变化的过程，具有视觉缓冲效果，可以很好的保护眼睛和视力；亮度记忆就是每次点击触摸关灯时的亮度会被记忆，下次点击触摸开灯时会以此亮度作为初始亮度；②长按触摸区(触摸持续时间大于550ms)：实现灯光无级亮度调节，即亮度逐渐增加，直至最亮，或亮度逐渐降低，直至最小亮度，中间松开时，灯的亮度就停在松开时刻对应的亮度。

4.智能闹铃。①闹铃设定：通过对设置按键的操作来实现，共有3个按键，分别是设置模式键、数据“+”键和数据“-”键；设置模式键用来选定当前设置的是闹铃时间，还是响铃语音亦或响铃音量；通过操作数据“+”键或数据“-”键具体确定闹铃时间、响铃语音以及响铃音量；①闹铃响应：当闹铃时间到时，系统自动以设定的音量，播放选定的响铃语音，提醒人们时间到。

Arduino控制器作为系统的控制核心，控制并协调管理LED触摸调光模块、实时时钟模块、OLED显示模块、语音模块、按键模块。其控制及管理功能通过串行接口及GPIO口实现，Arduino控制器通过UART串行口与语音模块相连接；通过IIC串行口与实时时钟模块相连接；通过SPI串行口与OLED显示模块相连接；通过I/O口与LED触摸调光模块、按键组连接。Arduino控制器的型号为Arduino Mini Pro，具有14个数字I/O口(其中6个提供PWM输出)，8个模拟输入端口，时钟频率为16MHz，支持DC3.3V～12V电源供电，处理器核心采用ATmega328P单片机。

时钟模块的主要功能是提供时间基准信息。DS1307是一款IIC总线接口的时钟日历芯片，具有秒、分、时、日、星期、月、年的计数功能，具有12/24小时制，具有闰年调整的功能，具有自动掉电保护和上电复位的功能。芯片独立于CPU工作，不受外界影响，计时准确，月累计误差小于10秒。

OLED显示模块的主要功能是时间信息的显示。采用1.3吋OLED显示屏，亮度高，对比度大，可视角度广，分辨率为128×64，提供IIC/SPI串行接口，节省I/O口，支持DC3.3V/5V电源供电，驱动芯片为SSD1106。

语音模块的主要功能是定时播放语音信息。BY8001是一款可以通过标准UART串口实现语音播放、暂停、上下曲、选曲、音量加减等操作的语音模块。模块支持WAV、MP3高品质音频格式文件，配置Micro SD卡座，可以插卡更换语音内容，自带3W功放，具有30级音量可调，支持DC3.3V/5V电源供电。

LED触摸调光模块主要实现带亮度记忆渐明渐暗的无级触摸LED调光功能。芯片为SGL8022W，一款用于LED灯光亮度调节及开关控制的单通道触摸芯片，具有以下优点：①触摸操作简便，灯光亮度调节范围宽，且可以根据需要随意调节；②触摸操作安全性高，可在多种介质(如陶瓷、塑料、亚克力、玻璃等)隔离保护下实现触摸功能；③工作电压范围宽，支持2.4V～4.5V电源供电；④芯片抗干扰能力强，具有极佳的触摸响应灵敏度及可靠性；⑤所需外围器件少，电路简单，加工方便，成本低廉。

电源转换供电模块主要功能是实现对锂电池带保护的充放电以及为系统各个模块提供工作电源。充放电管理芯片TP4056，为一款单节锂电池恒定电流/恒定电压线性充电器，芯片自带散热片，且所需外围元件较少，是便携式应用的理想选择。LED触摸调光模块和LED灯组由锂电池直接供电，其余各系统模块电源为3.3V，系锂电池输出经AMS1117-3.3转换得到。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于Arduino的智能闹钟床头灯，其特征在于：包括LED灯头(1)和固定底座(3)，所述LED灯头(1)和所述固定底座(3)之间通过合金软管(2)连接；所述固定底座(3)上设置有触摸区(4)、显示区(5)、按键组(6)和喇叭(7)；所述固定底座(3)的内部设置有控制电路板和电源转换模块，所述控制电路板上设置有LED触摸调光模块、Arduino控制器、时钟模块、OLED显示模块以及语音模块，所述按键组(6)与所述Arduino控制器的信号输入端连接，所述时钟模块与所述Arduino控制器的数字信号引脚连接；所述Arduino控制器的一路信号输出端通过所述LED触摸调光模块与所述LED灯头(1)连接，所述OLED显示模块与所述Arduino控制器的一路信号输出端连接，所述喇叭(7)通过所述语音模块与所述Arduino控制器的另一路信号输出端连接；所述OLED显示模块设置于所述显示区(5)内，所述LED触摸调光模块设置于所述触摸区(4)内；所述电源转换模块的输出分别与所述LED触摸调光模块的电源端、所述Arduino控制器的电源端、所述时钟模块的电源端、所述OLED显示模块的电源端、所述语音模块的电源端、以及喇叭(7)的电源端连接。

2.如权利要求1所述的一种基于Arduino的智能闹钟床头灯，其特征在于：所述固定底座(3)上还设置有与所述语音模块的信号输入端连接的插卡口(8)和与所述电源转换模块的输入端连接的供电接口(9)。

3.如权利要求2所述的一种基于Arduino的智能闹钟床头灯，其特征在于：所述插卡口(8)为Micro SD卡座，和/或所述供电接口(9)为USB接口。

4.如权利要求1-3任意一项所述的一种基于Arduino的智能闹钟床头灯，其特征在于：所述的固定底座(3)包括上支撑架(31)和下支撑架(32)，所述上支撑架(31)和下支撑架(32)通过销钉螺丝(33)连接成一体，所述销钉螺丝(33)上另设置有回力弹簧。

5.如权利要求4所述的一种基于Arduino的智能闹钟床头灯，其特征在于：所述LED灯头(1)的发光源由若干0.2W白光2835灯珠串联或并联构成。

6.如权利要求5所述的一种基于Arduino的智能闹钟床头灯，其特征在于：所述按键组为Gadgeteer ADkey按键模块，包括模式键、数据“+”键和数据“-”键。

7.如权利要求6所述的一种基于Arduino的智能闹钟床头灯，其特征在于：所述喇叭为2W4Ω喇叭。

8.如权利要求7所述的一种基于Arduino的智能闹钟床头灯，其特征在于：所述LED触摸调光模块为SGL8022W；所述时钟模块为DS1307；所述语音模块为BY8001。

9.如权利要求8所述的一种基于Arduino的智能闹钟床头灯，其特征在于：所述OLED显示模块包括显示屏和驱动芯片，所述驱动芯片的信号输入端与所述Arduino控制器的信号输出端连接，所述驱动芯片的信号输出端连接所述显示屏的信号输入端；所述驱动芯片为SSD1106，所述显示屏为1.3吋OLED显示屏，分辨率为128×64，具有IIC/SPI接口。

10.如权利要求9所述的一种基于Arduino的智能闹钟床头灯，其特征在于：所述电源转换模块包括充电控制芯片TP4056和稳压芯片AMS1117-3.3。