燈的智能化控制分析研究設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)電氣自動(dòng)化專業(yè)

1、參考文獻(xiàn)目錄第一章 緒論31.1課題背景及其意義31.2主要內(nèi)容及任務(wù)要求11.3主要模塊的論證選擇21.3.1單片機(jī)主控模塊選擇21.3.2紅外檢測(cè)模塊選擇21.3.3藍(lán)牙無(wú)線通信技術(shù)模塊的選擇2第二章 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)82.1硬件框架的設(shè)計(jì)與搭建82.2主要模塊電路的設(shè)計(jì)82.2.1 STM32F103C8T6基本介紹82.2.2 STM32F103C8T6核心板接口原理82.2 高亮LED燈照明電路（高電平有效）設(shè)計(jì)102.2.1 高亮LED燈基本介紹82.2.2 照明電路模塊硬件電路82.3 紅外檢測(cè)模塊電路設(shè)計(jì)112.3.1 E18-D80NK基本介紹82.3.2 紅外檢測(cè)模塊硬件

2、電路82.4 光照檢測(cè)電路設(shè)計(jì)142.4.1 光敏電阻基本介紹82.5 藍(lán)牙無(wú)線通信技術(shù)設(shè)計(jì)82.5.1 JDY-30 SPP基本介紹82.5.2 藍(lán)牙無(wú)線通信模塊硬件電路8第三章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)163.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)163.2紅外檢測(cè)軟件設(shè)計(jì)163.3 藍(lán)牙檢測(cè)設(shè)計(jì)17第四章 系統(tǒng)的調(diào)試224.1 系統(tǒng)程序調(diào)試234.2硬件測(cè)試234.3 實(shí)物測(cè)試24第五章 結(jié)語(yǔ)14致謝26參 考 文 獻(xiàn)27摘要本設(shè)計(jì)研究的主要內(nèi)容是對(duì)燈的智能化控制。本設(shè)計(jì)由STM32F103C8T6單片機(jī)，擁有自動(dòng)與手動(dòng)兩種模式，自動(dòng)模式下可以通過(guò)熱釋紅外傳感器檢測(cè)是否有人，采用光敏電阻構(gòu)成的電路檢測(cè)環(huán)境光的強(qiáng)度，從而自

3、動(dòng)實(shí)現(xiàn)燈的自動(dòng)開(kāi)啟和關(guān)閉；手動(dòng)模式下可以使用藍(lán)牙連接手機(jī)，通過(guò)手機(jī)APP手動(dòng)控制燈的開(kāi)啟和關(guān)閉。系統(tǒng)簡(jiǎn)單易行、控制方便。本設(shè)計(jì)在Keil軟件設(shè)計(jì)環(huán)境下，采用C語(yǔ)言進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，并Proteus軟件進(jìn)行仿真來(lái)進(jìn)行調(diào)試，數(shù)據(jù)分析及驗(yàn)證系統(tǒng)的正確性關(guān)鍵詞： 單片機(jī)；LED燈；紅外檢測(cè)；藍(lán)牙第1章 緒論1.1選題的目的及研究意義隨著智能家居系統(tǒng)的智能化程度越來(lái)越普及，人們對(duì)一些家居物品的人性化、智能化設(shè)計(jì)要求也越來(lái)越高。在眾多的產(chǎn)品中，人們更多著眼于安全方面，如電子鎖、家居報(bào)警，而忽視了我們?nèi)粘Ｉ钪惺褂妙l率極高的-燈具。當(dāng)人們忙碌一天回家時(shí)，燈已經(jīng)感受到有人進(jìn)入而智能的打開(kāi)了家里的燈，并且會(huì)隨著當(dāng)前

4、環(huán)境自主的調(diào)和燈的亮度，使人處于一個(gè)最舒適的燈光中；而當(dāng)人們已經(jīng)休息卻不想起身關(guān)燈時(shí)，這時(shí)他們就可以通過(guò)手機(jī)APP發(fā)送命令把燈關(guān)上，方便快捷更為貼心。智能化燈將從純粹的智能功能的發(fā)展轉(zhuǎn)向更注重人的行為的智能燈控，以人的行為、需求、視覺(jué)生理心理研究為基礎(chǔ)，開(kāi)發(fā)更具有科學(xué)含量的，以人為本的高效、舒適、健康，及經(jīng)濟(jì)環(huán)保為一體的智能化照明。對(duì)此，我提出了基于單片機(jī)的智能燈的設(shè)計(jì)。1.2主要任務(wù)要求該設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)如下功能：（1）自動(dòng)模式紅外檢測(cè)：當(dāng)紅外傳感器檢測(cè)到有人時(shí)（最遠(yuǎn)可檢測(cè)到80cm的距離），燈自動(dòng)打開(kāi)。如果檢測(cè)范圍沒(méi)有人在，則燈就自動(dòng)熄滅。光照檢測(cè)：當(dāng)屋內(nèi)的光線越亮，并且檢測(cè)人們?cè)谑覂?nèi)時(shí)，則燈

5、會(huì)隨著光照調(diào)節(jié)亮度；當(dāng)天氣昏暗陰沉，或者下雨的時(shí)候屋內(nèi)這時(shí)光線較暗，那么智能燈控制系統(tǒng)中的光敏電阻會(huì)檢測(cè)到此時(shí)的光照情況，隨時(shí)調(diào)整到適合的人們舒適的亮度。（2） 手動(dòng)模式當(dāng)把智能燈控制系統(tǒng)中的開(kāi)關(guān)撥到藍(lán)牙模式時(shí)，用戶可以通過(guò)打開(kāi)手機(jī)藍(lán)牙，通過(guò)“藍(lán)牙端口”App（下載只需-KB），輸入連接密碼，連上智能燈的操作系統(tǒng)。通過(guò)手機(jī)屏幕發(fā)送命令（*號(hào)表示開(kāi)啟，#號(hào)表示關(guān)閉），來(lái)控制燈的打開(kāi)和關(guān)閉狀態(tài)。 1.3主要模塊的論證選擇1.3.1 單片機(jī)芯片的選擇方案一：采用可編程邏輯器件CPLD作為控制器，CPLD可以實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的功能、規(guī)模大、體積小、穩(wěn)定性高、I/O資源豐富、易于進(jìn)行功能擴(kuò)展。采用并行的輸入

6、輸出方式，提高了系統(tǒng)的處理速度，適合作為大規(guī)?？刂葡到y(tǒng)的控制核心。但本系統(tǒng)不需要復(fù)雜的邏輯功能，對(duì)數(shù)據(jù)的處理速度的要求也不是非常高。且從使用及經(jīng)濟(jì)的角度考慮，最終放棄了此方案。方案二：本文所選單片機(jī)控制芯片為STM32單片機(jī)，STM32系列處理器是意法半導(dǎo)體ST公司生產(chǎn)的一種基于ARM 7架構(gòu)的32位、支持實(shí)時(shí)仿真和跟蹤的微控制器。使用ARM最新的、先進(jìn)架構(gòu)的Cortex-M3內(nèi)核，具有優(yōu)異的實(shí)時(shí)性能、杰出的功耗控制、出眾及創(chuàng)新的外設(shè)，并且最大程度的集成整合，十分易于開(kāi)發(fā)，可使產(chǎn)品快速將進(jìn)入市場(chǎng)。綜上所述，故選擇方案二。1.3.2 紅外檢測(cè)模塊的選擇方案一：采用紅外線光電開(kāi)關(guān)。由于紅外線指向性

7、強(qiáng)，在介質(zhì)中傳播遠(yuǎn)，因而紅外線經(jīng)常應(yīng)用于距離的測(cè)量、障礙物的探測(cè)等。紅外線探測(cè)障礙物并繞過(guò)障礙物模塊是利用紅外線發(fā)射器向某一方向紅外線，紅外線在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來(lái)，紅外線接收器收到反射光經(jīng)相應(yīng)的電路進(jìn)行處理，以測(cè)定障礙物的方位及距離。此模塊是純模擬電路，簡(jiǎn)單穩(wěn)定。方案二：采用紅外測(cè)距傳感器對(duì)距離進(jìn)行檢測(cè)。GP2Y0A21YK0F是測(cè)距傳感器單元，是基于PSD的微距傳感器，由于輸出信號(hào)為模擬電壓，且價(jià)格低廉，因此在工程測(cè)量等方面有巨大的應(yīng)用前景。但成本較高，程序也復(fù)雜。故選擇方案一。1.3.3 藍(lán)牙無(wú)線通信技術(shù)模塊的選擇方案一：采用JDY-30 SPP藍(lán)牙模塊進(jìn)行對(duì)燈的進(jìn)一步

8、智能化控制。JDY-30 透?jìng)髂K是基于藍(lán)牙3.0協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，具有功耗低且傳輸速率快，信號(hào)強(qiáng)、性能穩(wěn)定、建立時(shí)間短等特性。數(shù)據(jù)傳輸比BLE藍(lán)牙快、可達(dá)8K每秒以上的速率，支持多種串口和藍(lán)牙芯片進(jìn)行通信。方案二：采用BLE(即低功耗藍(lán)牙)藍(lán)牙模塊進(jìn)行對(duì)燈的進(jìn)一步智能化控制。低功耗藍(lán)牙的發(fā)送和接受任務(wù)會(huì)以最快的速度完成，完成之后藍(lán)牙BLE會(huì)暫停發(fā)射無(wú)線，等待下一次連接再激活；而SPP是持續(xù)保持連接。BLE雖然低功耗但傳輸速率慢，物理帶寬只有1M，實(shí)際傳輸速度在 16KB 之間。因此在智能方面也應(yīng)用廣泛，但在智能家居方面時(shí)效低。故選擇方案一。第二章 硬件電路的設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)的功能及體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)由

9、STM32F103C8T6單片機(jī)控制電路+紅外傳感器電路+光敏電阻電路+高亮LED燈電路+電源電路組成+手機(jī)藍(lán)牙APP組成。1.當(dāng)有人的時(shí)候，天越亮，燈越暗，天越暗，燈越亮。2.如果無(wú)人，則燈自動(dòng)熄滅。3.通過(guò)撥動(dòng)開(kāi)關(guān)，撥動(dòng)開(kāi)關(guān)撥上，系統(tǒng)為1,2原有功能，撥動(dòng)開(kāi)關(guān)撥下，則可以通過(guò)手機(jī)藍(lán)牙APP控制燈的亮與滅。 本系統(tǒng)具體框圖如下圖所示：圖2-1系統(tǒng)原理框圖2.2主要模塊電路的設(shè)計(jì)2.2.1 STM32F103C8T6單片機(jī)主控芯片STM32系列處理器是我們現(xiàn)在常用的一種單片機(jī)芯片，支持實(shí)時(shí)仿真和跟蹤的微控制器。選擇此款控制芯片是因?yàn)楸鞠到y(tǒng)設(shè)計(jì)不僅成本低、功耗小并且具有優(yōu)異的實(shí)時(shí)性能、出眾創(chuàng)新的

10、外設(shè)。圖2-1 STM32單片機(jī)控制電路圖2.2 高亮LED燈照明電路（高電平有效）設(shè)計(jì)2.2.1高亮LED燈基本介紹超高亮LED是比一般LED發(fā)光二極管的亮度高近百倍的新型LED，其外殼是無(wú)色透明樹(shù)脂封裝，其發(fā)光體本身就能發(fā)出某一波長(zhǎng)的光，從而呈現(xiàn)出某一種顏色。在本設(shè)計(jì)中，選擇白色高亮LED燈作為照明燈使用。白色高亮LED燈的優(yōu)點(diǎn)如下。（1）壽命長(zhǎng)，可靠耐用，維護(hù)費(fèi)用極為低廉，可連續(xù)使用105h，比普通白熾燈泡長(zhǎng)100倍；（2）高效率，其發(fā)光效率可達(dá)80%90%，LED比節(jié)能燈還要節(jié)能1/4；（3）點(diǎn)亮速度快。2.2.2 照明模塊硬件電路在本系統(tǒng)中， LED燈均為高亮LED燈，通過(guò)三極管驅(qū)動(dòng)

11、LED燈的亮滅，電阻為限流電阻，保護(hù)三極管。與單片機(jī)的1腳相連，當(dāng)單片機(jī)的控制引腳為高電平時(shí)，三極管導(dǎo)通，此時(shí)，高亮LED燈亮。否則，高亮LED燈不亮。圖2-2-2照明電路原理圖2.3 紅外避障傳感器模塊電路設(shè)計(jì)2.3.1 E18-D80NK-N基本介紹E18-D80NK-N 這是一種集發(fā)射與接收于一體的光電傳感器，發(fā)射光經(jīng)過(guò)調(diào)制后發(fā)出，接收頭對(duì)反射光進(jìn)行解調(diào)輸出。有效的避免了可見(jiàn)光的干擾。透鏡的使用，也使得這款傳感器最遠(yuǎn)可以檢測(cè) 80 厘米距離的問(wèn)題（由于紅外光的特性，不同顏色的物體，能探測(cè)的最大距離也有不同；白色物體最遠(yuǎn)，黑色物體最近）。檢測(cè)障礙物的距離可以根據(jù)要求通過(guò)尾部的電位器旋鈕進(jìn)行

12、調(diào)節(jié)。該傳感器探測(cè)距離遠(yuǎn)、受可見(jiàn)光干擾小、價(jià)格便宜、易于裝配、使用方便。2.3.2 紅外檢測(cè)模塊硬件電路E18的1腳與單片機(jī)PC14（2腳）相連進(jìn)行輸出檢測(cè)，外接5V電壓，3腳接地。當(dāng)檢測(cè)到有人時(shí)，自身會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的感應(yīng)，然后單片機(jī)對(duì)這個(gè)信號(hào)進(jìn)行采集，此時(shí)燈亮；當(dāng)檢測(cè)到周圍無(wú)人時(shí)，燈關(guān)閉。圖2-3-2紅外避障傳感器模塊接口原理圖紅外避障傳感器模塊實(shí)物圖如下圖所示2-2-2紅外避障傳感器模塊實(shí)物圖2.4 光照檢測(cè)電路設(shè)計(jì)選擇光敏電阻作為檢測(cè)光照的器件，光照愈強(qiáng)，阻值就愈低，在本系統(tǒng)中，通過(guò)串聯(lián)一個(gè)電阻實(shí)現(xiàn)光敏電阻的分壓，電阻為分壓電阻，同時(shí)也保護(hù)光敏電阻，外接3.3v電壓，與單片機(jī)PA0（4腳）相

13、連，實(shí)現(xiàn)外界光照檢測(cè)。其原理圖如下圖所示圖2-4-1光敏電阻原理圖2.5 藍(lán)牙無(wú)線通信技術(shù)設(shè)計(jì)2.5.1 JDY-30 SPP藍(lán)牙基本介紹藍(lán)牙無(wú)線通信技術(shù)，使得人們可以通過(guò)手機(jī)自動(dòng)控制家居燈的開(kāi)啟與關(guān)閉。本設(shè)計(jì)采用JDY-30 SPP型藍(lán)牙模塊，采用手機(jī)藍(lán)牙終端進(jìn)行無(wú)線匹配，在藍(lán)牙信號(hào)范圍內(nèi)可實(shí)現(xiàn)對(duì)照明燈具的控制。將手機(jī)藍(lán)牙設(shè)為主設(shè)備，JDY-30模塊設(shè)為從設(shè)備。在手機(jī)上安裝藍(lán)牙端口APP后，可搜索到JDY-30-SPP藍(lán)牙模塊，輸入密碼連接成功后即可進(jìn)行通信，通過(guò)發(fā)送字段可控制燈的各個(gè)動(dòng)作。JDY-30 SPP藍(lán)牙 引腳介紹圖2-5-1 JDY-30藍(lán)牙引腳圖2.5.2藍(lán)牙無(wú)線通信模塊硬件電

14、路一、模塊接口說(shuō)明（1）RXD 串口輸入，電平為T(mén)TL電平（2）TXD 串口輸出，電平為T(mén)TL電平（3）GND 接GND（4）VCC 接3.3V-6V電壓藍(lán)牙模塊接口電路圖如下圖所示。2-5-2藍(lán)牙模塊電路原理圖第三章 軟件程序設(shè)計(jì)第四章 4.2 系統(tǒng)調(diào)試整體系統(tǒng)上電調(diào)試前，大概觀察下焊接的系統(tǒng)還存在問(wèn)題，例如還有很顯眼的斷裂，正負(fù)極接反以及相連、虛焊、等問(wèn)題，然后用萬(wàn)用表檢測(cè)一下，電源正負(fù)極之間是否短路等嚴(yán)重的電源問(wèn)題，最終保證系統(tǒng)焊接沒(méi)有問(wèn)題。在搭建調(diào)試平臺(tái)后，需要對(duì)軟件程序進(jìn)行調(diào)試，若程序調(diào)試沒(méi)有問(wèn)題，接下來(lái)開(kāi)始驗(yàn)證系統(tǒng)功能是否滿足要求，若功能有問(wèn)題，需要繼續(xù)調(diào)試程序，反復(fù)進(jìn)行，直到所有

15、功能都滿足為止。4.2.1 系統(tǒng)程序調(diào)試軟件調(diào)試步驟如下：（1）在Keil uVision5軟件中先創(chuàng)建一個(gè)工程：?jiǎn)螕舨藛螜谥械摹肮こ獭保斎胄陆üこ堂?，并保存；然后單片機(jī)型號(hào)是“STM32F103”。（2）新建用戶源文件：在新建的空白文本中編寫(xiě)程序源代碼，編碼完成保存文件并文件拓展名“設(shè)計(jì)名稱.c”，新文件創(chuàng)建完成。（3）程序編譯和調(diào)試：?jiǎn)螕艟幾g按鈕，系統(tǒng)會(huì)對(duì)文件進(jìn)行運(yùn)行，在輸出窗口中可看到提示信息，如果有錯(cuò)誤信息，則須按提示找出錯(cuò)誤并改正，直到提示沒(méi)有錯(cuò)誤且實(shí)物功能均符合要求為止（Warning不需要管）。程序編譯無(wú)誤提示界面圖4.2.2硬件測(cè)試最后一步就是硬件整體測(cè)試了，主要運(yùn)用萬(wàn)用表、

16、直流電源或示波器對(duì)焊接好的板子進(jìn)行整體調(diào)試，主要檢查每一個(gè)器件是不是都正常工作了，主要分為兩個(gè)環(huán)節(jié)動(dòng)態(tài)調(diào)試和靜態(tài)調(diào)試。一、靜態(tài)調(diào)試，其中靜態(tài)調(diào)試主要分為以下四種：（1）肉眼觀察。主要觀看焊接點(diǎn)是否飽滿，以及相連器件之間是否相連或者器件管腳沒(méi)有焊接好，出現(xiàn)短路現(xiàn)象。（2）使用萬(wàn)用表調(diào)試。首先查看電源是否短路，然后測(cè)量管腳是否連接正確，有沒(méi)有接線錯(cuò)誤。（3）上電檢查。在完成第一步和第二步都沒(méi)有問(wèn)題，接下來(lái)就可以上電了，上電以后觀看每個(gè)器件是否正常工作，然后在逐一測(cè)試功能。（4）綜合檢查測(cè)試。這種測(cè)試方法只適合單片機(jī)開(kāi)發(fā)板開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)才能使用這種方法，本文不適宜用這種方法測(cè)試。二、動(dòng)態(tài)調(diào)試：動(dòng)態(tài)調(diào)試主

17、要是靜態(tài)調(diào)試沒(méi)有任何問(wèn)題，做最后一步檢查，就是每個(gè)器件能否正常工作，能否滿足我系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的功能，防止器件內(nèi)部損壞，影響系統(tǒng)性能。4.3 實(shí)物測(cè)試致謝三年的艱苦跋涉，四個(gè)月的精心準(zhǔn)備，畢業(yè)設(shè)計(jì)終于到了劃句號(hào)的時(shí)候，心頭如釋重負(fù)，在本論文即將完成之際，謹(jǐn)此向我的指導(dǎo)老師致以衷心的感謝和崇高的敬意！整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程都是在常老師的悉心指導(dǎo)下完成的，從資料的收集、方案的論證、聯(lián)板調(diào)試以及畢業(yè)論文的撰寫(xiě)，何老師、常老師都做了非常細(xì)心的指導(dǎo)。老師以他敏銳的洞察力、淵博的知識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、精益求精的工作作風(fēng)和對(duì)科學(xué)的獻(xiàn)身精神給我留下了刻骨銘心的印象，這些使我受益匪淺，將成為我以后工作生活的榜樣。 我要感謝

18、電子學(xué)院所有給我上過(guò)課老師，是他們傳授給我方方面面的知識(shí)，拓寬了我的知識(shí)面，培養(yǎng)了我的功底，對(duì)論文的完成功不可沒(méi)。我還要感謝學(xué)院的各位工作人員，他們細(xì)致的工作使我和同學(xué)們的學(xué)習(xí)和生活井然有序。感謝本設(shè)計(jì)課題組的同學(xué)，協(xié)作競(jìng)爭(zhēng)的團(tuán)隊(duì)精神是我得以順利完成畢業(yè)論文的重要基礎(chǔ)。感謝我們這一組同學(xué)在論文相關(guān)內(nèi)容的討論與合作交流帶來(lái)的啟示和幫助。正是由于我們的精誠(chéng)合作以及大家設(shè)計(jì)期間給予我的幫助，良好的團(tuán)隊(duì)合作精神為我設(shè)計(jì)得以順利完成提供了良好條件。敲完最后一個(gè)字符，重新從頭細(xì)細(xì)閱讀早已不陌生的文字，我感觸頗多。雖然其中沒(méi)有什么值得特別炫耀的成果，但對(duì)我而言，是寶貴的。它是無(wú)數(shù)教誨、關(guān)愛(ài)和幫助的結(jié)果。最后

19、向?qū)忛喆宋牡慕淌?、老師致以深切的敬意。衷心祝愿母校的明天更加美好！?考 文 獻(xiàn)1曾非一. 嵌入式軟件開(kāi)發(fā)技術(shù)研究MPC860目標(biāo)機(jī)底層軟件的實(shí)現(xiàn)D. 電子科技大學(xué), 2014.2 孫寶元、楊寶清.傳感器及其應(yīng)用手冊(cè)北京.3鄭人杰.計(jì)算機(jī)軟件測(cè)試技術(shù).北京:清華大學(xué)出版社,1992.4 任強(qiáng). 傳感器選用原則. 計(jì)量工作.2004.5 李全利.單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù).北京：高等教育出版社.2009. 3046 .6鄭人杰.計(jì)算機(jī)軟件測(cè)試技術(shù).北京:清華大學(xué)出版社,1992.7胡漢才.單片機(jī)原理及系統(tǒng)設(shè)計(jì).北京:清華大學(xué)出版社,2002.8SiliconStorageTechnologyInc,SST39VF800ADatasheet.2001.9 張俊謨. 單片機(jī)中級(jí)教程原理與應(yīng)用. 北京航空航天大學(xué)出版社.2002.10趙負(fù)圖,傳感器集成電路手冊(cè),第一版,化學(xué)工業(yè)出版社,2004,590591.11馬建國(guó).電子系統(tǒng)設(shè)計(jì).北京：高等教育出版社，2004.1.12譚浩強(qiáng).C程序設(shè)計(jì)（第三版）.北京：清華大學(xué)出版社，2005.7.13霍孟友.單片機(jī)原理與應(yīng)用M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.14何立民,單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì),北京：航天航空大學(xué)出版社,2