《基于STM32的智能樓宇照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)》14000字

基于STM32的智能樓宇照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要隨著人們生活方式的改變，目前的作息方式和時(shí)間安排也發(fā)生變化，人們會(huì)有不同的照明需求，而且現(xiàn)在人們的節(jié)能意識(shí)比較淡薄，會(huì)造成各種電能浪費(fèi)的情況。為了解決這些問(wèn)題、提高人們的生活質(zhì)量，設(shè)計(jì)出一款智能樓宇照明系統(tǒng)。該照明系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)距離較遠(yuǎn)的控制，主要由硬件的各個(gè)模塊和軟件部分共同作用。硬件部分由藍(lán)牙模塊、環(huán)境感應(yīng)模塊、人體紅外感應(yīng)模塊和單片機(jī)模塊組成，主要負(fù)責(zé)建筑尤其是樓宇照明系統(tǒng)的控制及根據(jù)環(huán)境智能調(diào)光；軟件部分采用Keil編程軟件，主要負(fù)責(zé)編寫藍(lán)牙控制功能、智能調(diào)光部分及傳感器收集數(shù)據(jù)時(shí)所需要的程序語(yǔ)言，并且使用AltisumDesigner進(jìn)行系統(tǒng)的仿真。在本設(shè)計(jì)中，軟硬件的結(jié)合使得該系統(tǒng)能夠基于STM32單片機(jī)開(kāi)發(fā)板，并整合人體紅外傳感器和光敏傳感器收集到的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)根據(jù)外界環(huán)境智能調(diào)光并遠(yuǎn)程控制的功能。本設(shè)計(jì)利用各種外界信息的收集，以及智能調(diào)光和遠(yuǎn)程控制，可大大減少資源浪費(fèi)，這些要素確保了該智能照明系統(tǒng)工作的智能化和更大程度上的滿足人們的需求。關(guān)鍵詞：照明系統(tǒng)；STM32;遠(yuǎn)程控制；智能調(diào)光目錄1前言 11.1研究背景與意義 11.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 11.3主要研究?jī)?nèi)容 22智能樓宇照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述 32.1智能樓宇照明系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 32.2硬件的選取 32.2.1單片機(jī)模塊的選取 32.2.2遠(yuǎn)程控制模塊的選取 52.2.3光環(huán)境傳感模塊的選取 62.2.4人體感應(yīng)模塊的選取 72.2.5主要模塊功能的實(shí)現(xiàn) 83智能樓宇照明系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 93.1單片機(jī)模塊設(shè)計(jì) 93.2遠(yuǎn)程控制模塊設(shè)計(jì) 103.3光環(huán)境傳感模塊設(shè)計(jì) 113.4人體感應(yīng)模塊設(shè)計(jì) 123.5智能調(diào)光模塊設(shè)計(jì) 133.6電源模塊設(shè)計(jì)134智能照明系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 154.1主程序分析 154.2傳感器收集程序設(shè)計(jì) 154.3遠(yuǎn)程控制程序設(shè)計(jì) 164.4智能調(diào)光程序設(shè)計(jì) 165智能樓宇照明系統(tǒng)調(diào)試 195.1傳感器節(jié)點(diǎn)分布 195.2系統(tǒng)整體測(cè)試 195.3系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制距離的測(cè)試 205.4功能總結(jié) 21總結(jié)與展望 23參考文獻(xiàn) 24附錄 26基于STM32的智能樓宇照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)1前言1.1研究背景與意義伴隨國(guó)民經(jīng)濟(jì)的逐步增長(zhǎng)，智慧城市政策的發(fā)布與實(shí)施，我國(guó)的城市化照明建設(shè)也不斷地在發(fā)展，建造了一大批的高樓大廈，這些大廈為我們帶來(lái)諸多生活以及辦公的便利，相對(duì)應(yīng)地對(duì)樓宇的照明系統(tǒng)也提出了更高的要求。為了緩解電能資源浪費(fèi)、成本較高、操作不便和使用效果不佳等問(wèn)題，故設(shè)計(jì)一款智能樓宇照明系統(tǒng)，通過(guò)智能照明系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制節(jié)約資源，而且可以緩解目前我國(guó)照明市場(chǎng)價(jià)格高昂的場(chǎng)面，實(shí)現(xiàn)智能照明系統(tǒng)的普及。目前較為常用的一種照明系統(tǒng)形式是功能單一且需近距離手動(dòng)控制開(kāi)關(guān)的系統(tǒng)，此種使用形式在應(yīng)用方面大多數(shù)采用近距離控制的方式。STM32是一種功能強(qiáng)大、功耗較小且性能穩(wěn)定的單片機(jī)，把一個(gè)擁有多種功能的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片上。開(kāi)發(fā)者不僅能夠芯片內(nèi)部獨(dú)立編程，而且還可以使用官方提供的庫(kù)文件根據(jù)設(shè)計(jì)進(jìn)行編程，這樣不僅編程方便，且簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)、方便移植，接口豐富且簡(jiǎn)單，程序模塊化、工作速度快，是本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)照明系統(tǒng)各種功能的首選。藍(lán)牙技術(shù)屬于無(wú)線通信技術(shù)，而且至今為止發(fā)展穩(wěn)定，隨著時(shí)代的發(fā)展不斷優(yōu)化。而當(dāng)今，智能化與無(wú)人化已經(jīng)成為當(dāng)今社會(huì)的發(fā)展主題，人們對(duì)生活質(zhì)量的追求也不斷提高，生活中對(duì)便捷的智能型家居的需求也是與日俱增的，目前各類智能家居產(chǎn)品都是以藍(lán)牙技術(shù)為基礎(chǔ)制作的，而藍(lán)牙產(chǎn)品的出現(xiàn)滿足了人們對(duì)于高質(zhì)量生活的追求。目前STM32主控芯片已經(jīng)大量的運(yùn)用在和我們生活相關(guān)的各個(gè)領(lǐng)域，例如自動(dòng)化機(jī)械、消費(fèi)電子、汽車電子乃至國(guó)防軍事等領(lǐng)域的應(yīng)用。該系統(tǒng)可以遠(yuǎn)程控制開(kāi)關(guān)，用于樓宇建筑可實(shí)現(xiàn)節(jié)約資源的功能；并且基于主控芯片的照明系統(tǒng)具有低成本、功耗低、可接外設(shè)、功能豐富、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。本章將介紹照明系統(tǒng)的背景、國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀以及本系統(tǒng)的主要目的。確定了設(shè)計(jì)的主要功能和目的，確定了整個(gè)系統(tǒng)的研究思路和概念。根據(jù)國(guó)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)出一套更加智能的照明系統(tǒng)。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀21世紀(jì)以來(lái)，進(jìn)入信息化時(shí)代，智能照明技術(shù)像集成化方向發(fā)展，本系統(tǒng)正是基于此方向而設(shè)計(jì)的。根據(jù)國(guó)內(nèi)光學(xué)電子協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)將保持30%以上的增長(zhǎng)速度。近幾年關(guān)于照明行業(yè)國(guó)內(nèi)召開(kāi)的論壇會(huì)中對(duì)智能照明建設(shè)進(jìn)行商討，為照明行業(yè)提供了新的思路與發(fā)展方向。照明行業(yè)于2018年受到經(jīng)濟(jì)影響，進(jìn)入結(jié)構(gòu)調(diào)整與產(chǎn)業(yè)整合的狀態(tài)，2018年上半年產(chǎn)業(yè)的呈現(xiàn)兩極化的趨勢(shì)。之前的城觀照系統(tǒng)都是作為景觀，從杭州G20開(kāi)始，再到青島上合峰會(huì)，都對(duì)城市照明系統(tǒng)的功能作出了部分商討，充分表明了國(guó)家在政策和方法上對(duì)于國(guó)內(nèi)的智能照明有了關(guān)注。在現(xiàn)在歐美大型建筑中，對(duì)于智能照明系統(tǒng)的應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)廣泛，而國(guó)內(nèi)的對(duì)此起步較晚，市場(chǎng)不成熟、生產(chǎn)代價(jià)高、相關(guān)的技術(shù)不成熟，導(dǎo)致在我國(guó)現(xiàn)階段的市場(chǎng)份額占比不到百分之一。目前國(guó)內(nèi)照明行業(yè)的市場(chǎng)現(xiàn)狀可以說(shuō)是火熱但又零散的。中國(guó)照明學(xué)會(huì)第八次全國(guó)代表大會(huì)于2020年11月13日，在江蘇蘇州召開(kāi)，會(huì)長(zhǎng)張崇在會(huì)議中提出：踐行新發(fā)展理念，推動(dòng)照明行業(yè)穩(wěn)健發(fā)展。在國(guó)家新基建大背景下，智能照明、文旅照明、健康照明持續(xù)發(fā)力；其中，智能照明制造業(yè)利潤(rùn)總額同比增長(zhǎng)12.81%，高于全國(guó)工業(yè)15.21個(gè)百分點(diǎn)。國(guó)外對(duì)此領(lǐng)域的研究開(kāi)始的更早，生產(chǎn)制作的經(jīng)驗(yàn)要多，要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于國(guó)內(nèi)。所以，中國(guó)要想在這一方面趕超國(guó)外水平，就必須借鑒國(guó)外研究的經(jīng)驗(yàn)，取其精華去其糟粕，才能實(shí)現(xiàn)彎道超車。中國(guó)的照明行業(yè)的設(shè)計(jì)經(jīng)歷了“從無(wú)到有”的過(guò)程，目前正處于一個(gè)“由有到好”的過(guò)程，大家需要用包容的心態(tài)來(lái)看待并接受這些問(wèn)題。1.3主要研究?jī)?nèi)容第一章首先介紹為什么要研究智能樓宇照明系統(tǒng)，該照明系統(tǒng)主要用來(lái)干什么；然后介紹了智能照明行業(yè)在全球的發(fā)展歷程，以及國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀。第二章是對(duì)智能照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)概述。首先介紹了智能樓宇照明系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案，然后對(duì)該系統(tǒng)的各個(gè)模塊進(jìn)行了硬件的選取，選擇合適的部件進(jìn)行該實(shí)驗(yàn)。第三章是對(duì)智能樓宇照明系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)部分。該章節(jié)主要介紹本設(shè)計(jì)各個(gè)硬件部分所使用的電路設(shè)計(jì)圖，并且將該系統(tǒng)的電路圖進(jìn)行連接，保證硬件部分可以正常工作。第四章是對(duì)智能樓宇照明系統(tǒng)的軟件部分進(jìn)行設(shè)計(jì)。該章節(jié)對(duì)本設(shè)計(jì)編寫的主程序進(jìn)行功能介紹，然后對(duì)主控芯片外圍設(shè)備的數(shù)據(jù)收集以及遠(yuǎn)程控制模塊進(jìn)行介紹。第五章是對(duì)智能樓宇照明系統(tǒng)的調(diào)試。通過(guò)該章節(jié)來(lái)確定本設(shè)計(jì)是否到達(dá)要求，由此來(lái)對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)。

2智能樓宇照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)概述2.1智能樓宇照明系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)該照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要先搭建模塊框架，基于STM32主控芯片收集各個(gè)外接傳感器采集到的數(shù)據(jù)，并將收集到的數(shù)據(jù)整合后進(jìn)行分析，最后達(dá)到智能調(diào)光的功能并通過(guò)無(wú)線遠(yuǎn)程控制進(jìn)行操作系統(tǒng)達(dá)到用戶的需求。圖2-1智能樓宇照明系統(tǒng)圖2.2硬件的選取2.2.1單片機(jī)模塊的選取方案一首先可以選擇32位微單片機(jī)STM32F103RCT6作為本智能樓宇照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心處理器。該單片機(jī)芯片，有本款智能照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)所需要的最大工作頻率：為72MHz，且擁有256KB程序存儲(chǔ)器容量，方便多個(gè)模塊信息同時(shí)存儲(chǔ)，內(nèi)置32K~128K的閃存，64KB的FLASH內(nèi)存，F(xiàn)LASH內(nèi)存具備斷電保護(hù)功能，為設(shè)計(jì)過(guò)程中出現(xiàn)的錯(cuò)誤保留余地；單片機(jī)有7個(gè)計(jì)時(shí)器，其中包括3個(gè)16位定時(shí)器,每個(gè)定時(shí)器中有四個(gè)通道，在本設(shè)計(jì)中可以用于收集各個(gè)模塊的輸入/輸出/PWM脈沖等信息；且有16個(gè)死區(qū)控制和緊急剎車，一般用于脈沖驅(qū)動(dòng)的電機(jī)，設(shè)置死區(qū)是為了避免功率開(kāi)關(guān)控制信號(hào)反轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)生誤觸發(fā)，導(dǎo)致調(diào)光階段效果與設(shè)計(jì)不符。該處理器相對(duì)來(lái)說(shuō)價(jià)格符合本設(shè)計(jì)預(yù)期且功能齊全，完全可以實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)所需要的功能，其工作電壓在2V到3.6V之間，同時(shí)，該處理器具有符合本設(shè)計(jì)低功耗的節(jié)電模式，能夠在保證功能完善、工作性能穩(wěn)定的情況下有效降低功耗。該單片機(jī)工作環(huán)境溫度在-30℃到70℃之間，因此在寒冷的冬季或高溫的季節(jié)可以穩(wěn)定運(yùn)行。選擇STM32F103RCT6芯片的理由有：(1)成本低目前市場(chǎng)上的這種類型單片機(jī)制作技術(shù)成熟，價(jià)格低廉，與很多具有類似功能的單片機(jī)相比，該單片機(jī)不僅便宜，而且功能強(qiáng)大、性能穩(wěn)定，可以說(shuō)是8位的價(jià)格，32位的功能，所以完全可以滿足本設(shè)計(jì)的工作要求。(2)技術(shù)成熟單片機(jī)是意大利電子產(chǎn)業(yè)的主要產(chǎn)品。目前，許多開(kāi)發(fā)人員已經(jīng)開(kāi)始使用單片機(jī)，廣泛應(yīng)用到目前生活生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域，并通過(guò)單片機(jī)可以檢索得到大量的已有的信息，從而大大節(jié)省了開(kāi)發(fā)和研究成本，使用起來(lái)更加方便，使用效果更佳。(3)功耗相對(duì)較低該單片機(jī)使用cortex-m3內(nèi)核優(yōu)化了功耗設(shè)計(jì)，降低了功耗。圖2-2STM32F103RCT6方案二采用AT89C51主控芯片。它的主要信息為：具有4KB的FLASH閃存，擦寫次數(shù)為1000次，相較于STM32F103RCT6來(lái)說(shuō)，存儲(chǔ)器的空間是較小的，所以單從這一點(diǎn)也可以看出，STM32F103RCT6更適合本設(shè)計(jì)；定時(shí)器也是比STM32F103RCT6少的；可通過(guò)雙向可控硅的門極對(duì)其導(dǎo)通角進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而完成對(duì)電壓的控制，而電壓會(huì)達(dá)到變換燈亮度的作用來(lái)進(jìn)行本照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)調(diào)光的目的。AT89C51單片機(jī)具備四個(gè)可調(diào)試的I/O口，也是符合本設(shè)計(jì)所需要的，但遠(yuǎn)不如STM32F103RCT6可接的外圍設(shè)備多，可操作空間相對(duì)來(lái)說(shuō)較少。相比于51單片機(jī)，32單片機(jī)的工藝更加的成熟，容量更大，處理數(shù)據(jù)和運(yùn)行起來(lái)更快，可通過(guò)芯片內(nèi)部對(duì)燈泡亮度進(jìn)行控制，大大減少了51單片機(jī)對(duì)于外部條件的依賴，穩(wěn)定性較強(qiáng)，性能方面也有了更大的提升，且外圍設(shè)備的數(shù)量與存儲(chǔ)信息量、處理數(shù)據(jù)和運(yùn)行速度等方面AT89C51和STM32F103RCT6相比較來(lái)說(shuō)還是存在一定差異的，因此本設(shè)計(jì)選用32單片機(jī)。2.2.2遠(yuǎn)程控制模塊的選取方案一WiFi遠(yuǎn)程控制用于照明系統(tǒng)與手機(jī)之間的通信。它具有低功耗、高性價(jià)比的特點(diǎn)，也具有很多的優(yōu)點(diǎn)：首先，WiFi主要應(yīng)用在無(wú)限的局域網(wǎng)中，該技術(shù)可以應(yīng)用在不同的樓層、智能家居、智能農(nóng)場(chǎng)等場(chǎng)景，目前已經(jīng)處于被廣泛應(yīng)用的狀態(tài)；其次，WiFi模塊使用的頻段與藍(lán)牙、等無(wú)線傳輸技術(shù)相同，都為2.4GHz。WiFi的傳輸范圍約為10米到100米之間，具體的傳輸距離需要根據(jù)其所在的空間的狀況進(jìn)行判斷。當(dāng)周圍環(huán)境比較復(fù)雜，障礙物較多時(shí)，WiFi的傳輸距離較短；當(dāng)所處的環(huán)境障礙較少時(shí)，其傳輸距離比較長(zhǎng)。WiFi模塊的傳輸速率約為11Mbps，速率較低，但是完全可以應(yīng)用在該智能照明系統(tǒng)中。WiFi相對(duì)于其他的無(wú)線傳輸技術(shù)相比，其傳輸時(shí)的傳輸損耗較大，受環(huán)境影響較大，導(dǎo)致利用WiFi技術(shù)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)時(shí)穩(wěn)定性較差。本款設(shè)計(jì)最初設(shè)想利用WiFi遠(yuǎn)程控制技術(shù)通過(guò)終端對(duì)智能照明系統(tǒng)進(jìn)行操作，利用不同區(qū)域內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接控制，智能照明系統(tǒng)連接樓宇內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)，而終端可以連接離樓宇距離較遠(yuǎn)的網(wǎng)絡(luò)，從而實(shí)現(xiàn)超遠(yuǎn)距離的控制，使但這種技術(shù)目前操作較難。目前，市面上智能照明系統(tǒng)遠(yuǎn)程距離控制方面，除個(gè)別專研智能家居的公司會(huì)在終端制作特定軟件，家居智能系統(tǒng)連接家庭內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)，共同工作，其余較近距離的遠(yuǎn)程控制，還是會(huì)使用終端和智能家居系統(tǒng)在同一局域網(wǎng)內(nèi)的技術(shù)。方案二藍(lán)牙的工作形式和其特性滿足本設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)的遠(yuǎn)程控制的功能，而且相對(duì)于WiFi來(lái)說(shuō)更適合本設(shè)計(jì)目前規(guī)模相對(duì)較小、設(shè)計(jì)相對(duì)來(lái)說(shuō)比較簡(jiǎn)單的情況。本設(shè)計(jì)利用藍(lán)牙技術(shù)能夠成功地簡(jiǎn)化設(shè)備與因特網(wǎng)之間的通信，也能夠有效地簡(jiǎn)化移動(dòng)通信終端設(shè)備之間的通信，使數(shù)據(jù)傳輸變得更加高效，可以更高效率地完成本設(shè)計(jì)的功能。藍(lán)牙在全球通用的頻段為2.4GHzISM，使用IEEE802.15協(xié)議，已經(jīng)在無(wú)線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域發(fā)展的比較成熟，完全可以應(yīng)用在本款智能照明系統(tǒng)中?？蓪?shí)現(xiàn)系統(tǒng)中固定設(shè)備、移動(dòng)終端設(shè)備和樓宇內(nèi)部、個(gè)人域網(wǎng)之間的短距離數(shù)據(jù)交換。藍(lán)牙可以容納設(shè)備最多不超過(guò)8臺(tái)，符合一般情況中的應(yīng)用，克服了數(shù)據(jù)同步的難題，為本設(shè)計(jì)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制數(shù)據(jù)同步提供了便利，這也完全滿足我們對(duì)于智能樓宇建筑遠(yuǎn)程控制的需求。藍(lán)牙設(shè)備如果可以連接成功，其主設(shè)備只有一臺(tái)，從設(shè)備可以有多臺(tái)。藍(lán)牙技術(shù)具備射頻特性，采用了TDMA(時(shí)分多址)與網(wǎng)絡(luò)多層次結(jié)構(gòu)，具有本設(shè)計(jì)所需要的高效傳輸?shù)葍?yōu)勢(shì)，所以目前已經(jīng)被應(yīng)用于各行之中。綜上所述，由于無(wú)法達(dá)到WiFi超遠(yuǎn)距離的控制，而在近距離的遠(yuǎn)程控制方面，WiFi控制方式和藍(lán)牙控制方式都可以達(dá)到相同的效果。在日常使用中，WiFi控制方式受到的限制相對(duì)于藍(lán)牙較多，且公共網(wǎng)絡(luò)具有一定的風(fēng)險(xiǎn)，安全性非常低、無(wú)線穩(wěn)定性弱、受環(huán)境影響的程度遠(yuǎn)大于，而藍(lán)牙使用方便快捷、靈活安全、低成本、低功耗、可同時(shí)連接多個(gè)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，所以本設(shè)計(jì)采用藍(lán)牙傳輸方式作為無(wú)線傳輸模塊使用。2.2.3光環(huán)境傳感模塊的選取光敏傳感器可以優(yōu)先選擇光敏傳感器作為本款照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)光環(huán)境檢測(cè)模塊的元器件，光敏傳感器的工作原理是可以感知外界的光線情況，將獲取的數(shù)據(jù)傳到STM32主控芯片中，根據(jù)個(gè)人對(duì)燈光的需求編寫程序調(diào)節(jié)一個(gè)合適的亮度，是本次設(shè)計(jì)的最佳選擇。為減小外界溫度情況對(duì)于本設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，采用兩層\t"/item/%E7%8E%AF%E5%A2%83%E5%85%89%E4%BC%A0%E6%84%9F%E5%99%A8/_blank"石英玻璃罩，罩是經(jīng)過(guò)精密的光學(xué)冷加工磨制而成的，為設(shè)計(jì)的最終實(shí)驗(yàn)效果提高了測(cè)試的準(zhǔn)確性。光敏傳感器具有低\t"/item/%E7%8E%AF%E5%A2%83%E5%85%89%E4%BC%A0%E6%84%9F%E5%99%A8/_blank"照度響應(yīng)、靈敏度高、電流隨\t"/item/%E7%8E%AF%E5%A2%83%E5%85%89%E4%BC%A0%E6%84%9F%E5%99%A8/_blank"光照度增強(qiáng)呈線性變化等特性；且傳感器中還內(nèi)置微信號(hào)放大器、高精度電壓源和修正電路，輸出電流大、工作電壓范圍寬、\t"/item/%E7%8E%AF%E5%A2%83%E5%85%89%E4%BC%A0%E6%84%9F%E5%99%A8/_blank"溫度穩(wěn)定性好；本設(shè)計(jì)目前選用的光敏傳感器采用光學(xué)納米材料進(jìn)行封裝，內(nèi)置雙敏感元，可見(jiàn)光透過(guò)，紫外線截止、\t"/item/%E7%8E%AF%E5%A2%83%E5%85%89%E4%BC%A0%E6%84%9F%E5%99%A8/_blank"近紅外相對(duì)衰減，對(duì)外界環(huán)境的光進(jìn)行了篩選，光譜響應(yīng)接近人眼函數(shù)曲線，所以在采用光敏傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集再調(diào)節(jié)出來(lái)的光，是比較適合人眼的；符合歐盟\t"/item/%E7%8E%AF%E5%A2%83%E5%85%89%E4%BC%A0%E6%84%9F%E5%99%A8/_blank"RoHS指令，無(wú)鉛、無(wú)鎘，具有安全環(huán)保的特點(diǎn)，為智能城市建設(shè)樓宇照明提供了安全保障。一般來(lái)說(shuō)，在選擇本設(shè)計(jì)所需要的光敏傳感器時(shí)，需要著重考慮的因素如下：(1)將外界環(huán)境的光環(huán)境信息進(jìn)行收集，光敏傳感器集成的信號(hào)可以調(diào)節(jié)到符合本設(shè)計(jì)使用方便的范圍內(nèi)(放大器和ADC)，具有更高集成性的光傳感器省去了對(duì)于外部元件(ADC、放大器、電阻器、電容器等)的需求；(2)封裝大?。簩?duì)于大多數(shù)應(yīng)用來(lái)說(shuō)，光敏傳感器的封裝都是越小越好。大多數(shù)光敏傳感器，最常見(jiàn)的輸出為線性輸出電流。本設(shè)計(jì)是根據(jù)檢測(cè)環(huán)境的亮暗度進(jìn)行調(diào)節(jié)燈光，光環(huán)境的亮暗度是隨時(shí)間等不斷變化的，所以調(diào)節(jié)出來(lái)的燈光亮度也不會(huì)是一成不變的，也是需要根據(jù)外界光環(huán)境亮度而變化的；(3)該溫度傳感器測(cè)量時(shí)的房間不宜過(guò)小且環(huán)境溫度不宜過(guò)高，并且該傳感器長(zhǎng)時(shí)間使用不能保持穩(wěn)定，大電流情況下會(huì)自動(dòng)發(fā)熱，所以在測(cè)試時(shí)自身溫度會(huì)有顯著的提升，所以對(duì)于實(shí)際照明應(yīng)用中的環(huán)境要求較高。熱敏電阻由于其體積小，可以迅速穩(wěn)定，不產(chǎn)生熱敏阻力。但熱敏電阻是一種抵抗設(shè)備，所有的電源正常工作都會(huì)產(chǎn)生熱量。因此可以使用小型電源來(lái)減少熱量的產(chǎn)生。熱敏電阻不宜在環(huán)境溫度過(guò)高的情況下使用，否則將會(huì)導(dǎo)致傳感器的損壞，從而影響設(shè)計(jì)時(shí)的效果測(cè)試與應(yīng)用到實(shí)際生活中時(shí)人們的體驗(yàn)。圖2-3光敏傳感器2.2.4人體感應(yīng)模塊的選取紅外傳感器使用紅外線進(jìn)行測(cè)量，其通過(guò)紅外輻射的熱效應(yīng)來(lái)使得溫度發(fā)生變化，從而引起傳感器的某些物理參數(shù)發(fā)生變化。紅外傳感器大多應(yīng)用在家庭或醫(yī)院等場(chǎng)合。目前使用的紅外傳感器的設(shè)計(jì)電路較為簡(jiǎn)單，但是容易受到外界環(huán)境(例如溫度)等的影響，需要多次進(jìn)行測(cè)量，以提高測(cè)試的準(zhǔn)確性。紅外傳感器可以根據(jù)紅外輻射特性對(duì)紅外系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行設(shè)定。并且可以在夜間檢測(cè)照明區(qū)域的情況，只要人在傳感器8米、視野角度120°的范圍內(nèi)都可以被檢測(cè)到，是本款智能樓宇照明系統(tǒng)的不錯(cuò)選擇。使用范圍：主要用于各類寫字樓、住宅小區(qū)的過(guò)道樓梯、公共走廊，其使用壽命大于等于10萬(wàn)次，這也是本設(shè)計(jì)的一大優(yōu)點(diǎn)，符合本款智能樓宇照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)選用的標(biāo)準(zhǔn)。一般的聲控?zé)魰?huì)造成噪音，常亮燈則會(huì)造成資源浪費(fèi)，而本款照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)的開(kāi)關(guān)可以自動(dòng)接通負(fù)載，人一旦進(jìn)入且不離開(kāi)感應(yīng)范圍時(shí)將持續(xù)接通；人離開(kāi)感應(yīng)范圍后，延時(shí)自動(dòng)關(guān)閉負(fù)載，可以做到本款智能照明系統(tǒng)設(shè)想的人到燈亮，人離燈熄，更顯示出人性化關(guān)懷，真正做到了既節(jié)能又環(huán)保，避免了聲控?zé)糸_(kāi)啟時(shí)噪音的侵?jǐn)_，是現(xiàn)有的聲光控照明產(chǎn)品的完美替代產(chǎn)品。同時(shí)因?yàn)槭峭ㄟ^(guò)感應(yīng)人體熱量控制開(kāi)關(guān)，避免了無(wú)人時(shí)燈常亮的現(xiàn)象，避免了無(wú)效電能的損耗，達(dá)到節(jié)能的效果。本設(shè)計(jì)采用了符合設(shè)計(jì)需求的SB612A-02-001-L人體感應(yīng)器，有靈敏度較高、可靠性較強(qiáng)、抗干擾性較好等優(yōu)點(diǎn)，目前已廣泛應(yīng)用于各類自動(dòng)感應(yīng)的智能家居電器設(shè)備。比較適合本設(shè)計(jì)的點(diǎn)在于其靈敏度和光控、時(shí)延等可調(diào)，滿足不同場(chǎng)景的需求。圖2-5人體紅外感應(yīng)器圖片2.2.5主要模塊功能的實(shí)現(xiàn)1.單片機(jī)模塊單片機(jī)外接多個(gè)模塊運(yùn)行，可用于驅(qū)動(dòng)整個(gè)智能照明系統(tǒng)的運(yùn)作。如藍(lán)牙模塊與終端共同作用，用于照明系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制，人體感應(yīng)模塊和光環(huán)境檢測(cè)模塊作為開(kāi)啟照明系統(tǒng)的條件等。在單片機(jī)模塊內(nèi)，會(huì)進(jìn)行閾值的比較，通過(guò)設(shè)定數(shù)據(jù)，利用STM32主控芯片本身的PWM調(diào)光技術(shù)進(jìn)行調(diào)光，可達(dá)到在一定的黑暗情況下有理想的照明度。2.藍(lán)牙模塊藍(lán)牙模塊按照實(shí)際應(yīng)用中的功能來(lái)分有數(shù)據(jù)藍(lán)牙模塊和語(yǔ)音藍(lán)牙模塊。前者可以完成無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸，是本設(shè)計(jì)所需要使用的功能，后者完成語(yǔ)音和立體聲音頻的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸，屬于本設(shè)計(jì)在日后真正使用到各個(gè)樓宇照明場(chǎng)景時(shí)可以進(jìn)行修改的部分。在該智能照明系統(tǒng)中，藍(lán)牙模塊主要負(fù)責(zé)數(shù)并將系統(tǒng)信息發(fā)送手機(jī)，利用終端通過(guò)藍(lán)牙技術(shù)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行操作。3.人體感應(yīng)模塊人體傳感器使用人體紅外被動(dòng)傳感器。該傳感器模塊主要負(fù)責(zé)在使用區(qū)域中對(duì)進(jìn)行外界環(huán)境中有無(wú)人進(jìn)入照明區(qū)域進(jìn)行信息收集，將信息傳送到STM32主控芯片中，主控芯片對(duì)數(shù)據(jù)收集分析并做出相關(guān)反應(yīng)。4.光環(huán)境傳感模塊光環(huán)境傳感器主要對(duì)外界環(huán)境中的光照亮度進(jìn)行分析，這種傳感器對(duì)于外界環(huán)境的光照度認(rèn)知與人眼相似，所以在本設(shè)計(jì)中也是比較突出的設(shè)計(jì)點(diǎn)，將環(huán)境亮度信息傳送到STM32主控芯片中，主控芯片對(duì)數(shù)據(jù)分析并做出相關(guān)反應(yīng)。5.電源電路給整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行供電。本章主要是對(duì)系統(tǒng)的各個(gè)模塊進(jìn)行了功能與是否符合本設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析介紹，并且選出了各個(gè)模塊所需要的元器件，詳細(xì)的介紹了各種元器件的優(yōu)缺點(diǎn)，綜合考量選出最適合本設(shè)計(jì)的元器件。通過(guò)本章可以對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)有一個(gè)大體的認(rèn)知，大體清楚所能夠?qū)崿F(xiàn)的功能，以及這些模塊組合在一起如何實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)的功能進(jìn)行了簡(jiǎn)要說(shuō)明。然后通過(guò)選出的元器件著手準(zhǔn)備電路設(shè)計(jì)，為硬件部分的設(shè)計(jì)與之后的軟件程序編寫和運(yùn)行奠定基礎(chǔ)。

3智能樓宇照明系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)本章主要介紹STM32主控芯片、傳感器、藍(lán)牙等模塊的設(shè)計(jì)電路。這些部件應(yīng)用于智能照明系統(tǒng)硬件部分。3.1單片機(jī)模塊設(shè)計(jì)在STM32F10系列單片機(jī)使用之前，意大利公司首先推出了“STM32基礎(chǔ)”、“USB基礎(chǔ)”、“補(bǔ)充完善裝置”等一系列產(chǎn)品。本設(shè)計(jì)所用STM32F103RCT6的CPU主頻速度高達(dá)72MHz。該單片機(jī)的RAM內(nèi)存容量為48KB，程序存儲(chǔ)器容量的大小為256KB。結(jié)合STM32平臺(tái)的設(shè)計(jì)概念，該單片機(jī)可以在功能、存儲(chǔ)器、性能、引腳數(shù)等方面滿足本設(shè)計(jì)要求。圖3-1STM32主電路原理圖STM32F103系列的單片機(jī)(Cortex-M3內(nèi)核STM32F103)擁有1MB的閃存。其電池有電控裝置、CAN和USB端口。閃存微控制器使用的是Cortex-M3，它具有相對(duì)較低的功耗和實(shí)時(shí)工作狀態(tài)，使其具備完善的控制與傳輸功能。該軟件包可用于感知嵌入式火災(zāi)。MCU機(jī)型為STM32平臺(tái)，可驅(qū)動(dòng)電腦、游戲、空調(diào)、工業(yè)電動(dòng)機(jī)。RISC的軟件兼容性高達(dá)96KB，并且擁有1MB閃存和2v到3.6v的電源。STM32F103系列具有32位閃存微芯片，這得益于開(kāi)發(fā)嵌入式應(yīng)用軟件的突破。該單片機(jī)可以用來(lái)對(duì)一些結(jié)構(gòu)進(jìn)行改善，可以實(shí)現(xiàn)精細(xì)、更快的切削反應(yīng)。這些都可以與未來(lái)的工業(yè)燃料相比。STM32F103RCT6采用中密度性能線來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)的接收與傳送。ARMCortex-M332位微型電源鑲嵌在64位LQFP封裝中，這提高了RISC的內(nèi)核速率。其次，72MHz的工作頻率和高速存儲(chǔ)器的輸入和出口也提高了該芯片的運(yùn)行速率。STM32F103RCT6的模塊中包含若干個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換器，1個(gè)PWM定時(shí)器和標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展接口程序，且可接多個(gè)外設(shè)，功能齊全符合本設(shè)計(jì)需求。3.2遠(yuǎn)程控制模塊設(shè)計(jì)(一)藍(lán)牙模塊簡(jiǎn)介廣州匯承信息科技有限公司開(kāi)發(fā)的HC-02藍(lán)牙模塊(HC-02V1.1)可以與終端進(jìn)行進(jìn)行連接，從而達(dá)到安全可靠、且可以連接多個(gè)終端的目的。本設(shè)計(jì)為智能樓宇照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，需要用到藍(lán)牙進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸和利用藍(lán)牙連接軟件對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制。圖3-2HC-02藍(lán)牙工作原理圖HC-02藍(lán)牙串口模塊具有高穩(wěn)定性、超低功耗、兼容BLE雙模等特點(diǎn)，是屬于工業(yè)級(jí)的藍(lán)牙數(shù)據(jù)傳輸模塊。用戶只需要通過(guò)串口連接到設(shè)備，即可進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，數(shù)據(jù)傳輸速度較快，可以立即對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行操作。HC-02從機(jī)模塊上電，可跟手機(jī)配對(duì)后連接進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。另外，可以和HC-05或HC-06主機(jī)配對(duì)碼一致、默認(rèn)均為1234)進(jìn)行不同版本間的連接，也可以省去布線的繁瑣工作，使用非常高效、靈活。(二)藍(lán)牙引腳介紹HC系列藍(lán)牙模塊遠(yuǎn)銷世界各國(guó)，整個(gè)系列的產(chǎn)品都是比較優(yōu)良的。本設(shè)計(jì)使用的HC-02已經(jīng)具有系統(tǒng)所需要達(dá)到的功能，功能齊全且價(jià)格較低，是本款設(shè)計(jì)的首選。圖3-3HC-02藍(lán)牙模塊電路圖表3-1HC-02藍(lán)牙模塊部分引腳功能圖引腳名稱描述1TXDURAT輸出口，3.3VTTL電平2RXDURAT輸入口，3.3VTTL電平11RST模塊復(fù)位腳，要求不小于100ms的低電平進(jìn)行復(fù)位12VCC提供3.3V電源13GNDGND14LEDCON板載LED燈控制腳，接地關(guān)閉LED燈15/26KEYAT指令設(shè)置腳17/24STATUS模塊連線狀態(tài)指示輸出腳3.3光環(huán)境傳感模塊設(shè)計(jì)光環(huán)境傳感模塊可以利用光敏電阻器或者光線感應(yīng)器，本設(shè)計(jì)使用HLPT550B3H4普通型光敏傳感器，光敏電阻器可以根據(jù)半導(dǎo)體的光電效應(yīng)制成的一種電阻值可以隨入射光的強(qiáng)弱而改變。當(dāng)照射光強(qiáng)度變強(qiáng)時(shí)，光敏電阻的阻值變小，最終系統(tǒng)反映出來(lái)的是符合照明區(qū)域的較弱的光，環(huán)境很亮?xí)r，系統(tǒng)不照明；光照射光強(qiáng)度變?nèi)鯐r(shí)，光敏電阻的阻值變大，系統(tǒng)最終出現(xiàn)的光是較亮的光。由于光敏電阻器特性是其對(duì)光的敏感程度和人眼對(duì)可見(jiàn)光(0.4~0.76)μm的敏感性程度是很相似的，所以只要是人眼可以感受到的光亮，都可以導(dǎo)致光敏電阻器的阻值發(fā)生相應(yīng)的變化。在本設(shè)計(jì)中利用光感應(yīng)器在開(kāi)關(guān)打開(kāi)的情況下根據(jù)環(huán)境的光強(qiáng)度將數(shù)據(jù)傳送到STM32F103RCT6中，利用PWM自動(dòng)調(diào)節(jié)光亮，當(dāng)光強(qiáng)達(dá)到一定程度時(shí)就會(huì)自動(dòng)關(guān)閉開(kāi)關(guān)。本設(shè)計(jì)使用的HLPT550B3H4普通型光敏傳感器具有特制濾光環(huán)氧樹脂封裝，光譜響應(yīng)特性類似于人眼；隨光照度變化線性輸出，所以數(shù)值是不斷變化的，根據(jù)這個(gè)特性設(shè)計(jì)的燈光亮度也是時(shí)刻根據(jù)外接環(huán)境的變化而變化。圖3-4光敏傳感器測(cè)試原理圖光敏傳感器具有以下注意事項(xiàng)和特點(diǎn)：注意事項(xiàng)：(1)不要在超出產(chǎn)品規(guī)格范圍的情況下使用；(3)產(chǎn)品表面產(chǎn)生破損和污染會(huì)影響光電流，從而影響設(shè)計(jì)效果；避免在過(guò)于潮濕環(huán)境中使用造成元器件發(fā)生損壞；(5)強(qiáng)光照射下，導(dǎo)致光電線性度變差，所以不適宜在強(qiáng)光照射的環(huán)境中使用，且強(qiáng)光照射下照明系統(tǒng)不會(huì)發(fā)出光亮。特點(diǎn)：檢測(cè)距離長(zhǎng)，所以整個(gè)系統(tǒng)使用的光敏傳感器較少，降低了本設(shè)計(jì)元器件的成本，實(shí)際應(yīng)用中可以采用在不同光照環(huán)境放置多個(gè)光敏傳感器；響應(yīng)時(shí)間短，光電傳感器的電路中都是由電子零件構(gòu)成的，所以是不包含任何機(jī)械性的工作時(shí)間的，這就實(shí)現(xiàn)了本設(shè)計(jì)智能化的特點(diǎn)；光敏傳感器中的光敏電阻，具有伏安特性、光照特性、光譜特性，這些性質(zhì)確保了外界光照環(huán)境發(fā)生變化時(shí)，照明系統(tǒng)也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，不會(huì)卡頓或者出現(xiàn)照明系統(tǒng)的光照亮度只由初始的環(huán)境亮度所決定的狀況；(4)安全性高，本產(chǎn)品符合RoHS指令(環(huán)保指令)，在使用時(shí)較安全。本設(shè)計(jì)中光環(huán)境傳感模塊使用的光敏傳感器的引腳有電源、接地、數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)輸出，分別接到STM32F103RCT6的部分電源、接地引腳和I/O口。3.4人體感應(yīng)模塊設(shè)計(jì)人體紅外傳感器也叫做熱釋電傳感器，原理是對(duì)系統(tǒng)應(yīng)用范圍內(nèi)的人體進(jìn)行檢測(cè)，將釋放電荷經(jīng)放大器轉(zhuǎn)為電壓輸出，最終進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸、分析。圖3-6人體紅外傳感模塊原理圖本設(shè)計(jì)采用的SB612A-02-001-L人體感應(yīng)模塊的管腳功能說(shuō)明：1.VCC：為工作電壓、輸入電源電壓，范圍是(DC3.8V-12V)。2.TEST：為輸出測(cè)試腳，有輸出時(shí)，是高電平3.3V；無(wú)輸出時(shí)，是低電平0V。3.LOAD+、LOAD-：為負(fù)載的正負(fù)；帶載電壓等于VCC的電壓，帶載電流最大是100mA(可根據(jù)客戶要求更換大電流驅(qū)動(dòng))。4.DARK_ADJ：為光控調(diào)節(jié)；順時(shí)針調(diào)到底時(shí)，白天黑夜都感應(yīng)；逆時(shí)針調(diào)到底時(shí)，晚上0Lux，才感應(yīng)。5.DELAY_TIME：為延時(shí)調(diào)節(jié)：順時(shí)針調(diào)到底時(shí)，感應(yīng)輸出延時(shí)2秒(最短)；逆時(shí)針調(diào)到底時(shí)，感應(yīng)輸出延時(shí)70分鐘(最長(zhǎng))。備注：模塊默認(rèn)延時(shí)時(shí)間最短、靈敏度最高、無(wú)光控(白天黑夜都感應(yīng))。其光控端(OEN)、靈敏度端(SENS)、延時(shí)端(ONTIME)功能，使用時(shí)可根據(jù)其應(yīng)用要求，合理匹配使用。3.5智能調(diào)光模塊設(shè)計(jì)PWM調(diào)光方案以其高效、簡(jiǎn)單、精度高、效果好等優(yōu)點(diǎn)受到LED從業(yè)者和客戶的青睞。STM32F103RCT6芯片中PWM調(diào)光的原理是：脈沖寬度調(diào)制波通常由一列不同占空比的矩形脈沖組成，其占空比與信號(hào)的占空比相同信號(hào)的瞬時(shí)采樣值是成比例的。簡(jiǎn)單可以解釋為，PWM是一個(gè)模擬信號(hào)電平測(cè)量文字編碼方法，方波的占空比被調(diào)制為特定的信號(hào)對(duì)信號(hào)電平進(jìn)行編碼。PWM的信號(hào)仍然是數(shù)字的，因?yàn)樵谌魏螘r(shí)刻滿幅直流電源的值要么完全可用，要么不可用，區(qū)分為高低電平，根據(jù)時(shí)間段內(nèi)高低電平的占空比來(lái)調(diào)節(jié)亮度。通過(guò)把LED和PWM波浪一起打開(kāi)和關(guān)閉，我們可以改變正向水流的方向以達(dá)到亮度調(diào)節(jié)的效果，這種方法基于人眼對(duì)亮度閃爍不敏感的事實(shí)。如果光明和黑暗的頻率超過(guò)100，人類眼睛看到的是平均亮度，而不是LED在閃爍。3.6電源模塊設(shè)計(jì)圖3-7電源電路圖其中5V至3.3V使用AMS1117開(kāi)關(guān)電源芯片，AMS1117是線性穩(wěn)壓器電路，它能進(jìn)行電壓之間的轉(zhuǎn)換，避免因電壓?jiǎn)栴}而造成的失誤或者隱患。內(nèi)部集成的過(guò)熱保護(hù)和限流電路可以確保芯片和電源系統(tǒng)的穩(wěn)定性。其輸出電壓的誤差極低(可以忽略)，并且該芯片可承受的最大溫度為120℃，實(shí)際應(yīng)用中的環(huán)境要保證。本章主要介紹了各個(gè)模塊的功能與特性，通過(guò)對(duì)電路進(jìn)行焊接將各個(gè)模塊連接起來(lái)，構(gòu)建成完整的智能照明系統(tǒng)。并且本章所使用的電路圖均來(lái)自于AltisumDesigner。

4智能樓宇照明系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件部分的設(shè)計(jì)是照明系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制操作是否可以進(jìn)行最終實(shí)現(xiàn)在芯片內(nèi)部設(shè)計(jì)功能和遠(yuǎn)程控制部分的關(guān)鍵。在該系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，有兩部分需要進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)。第一處為當(dāng)傳感器收集到的數(shù)據(jù)在STM32模塊內(nèi)進(jìn)行閾值比較時(shí)，需要編程語(yǔ)言來(lái)告知閾值的多少，且分析設(shè)定在范圍內(nèi)系統(tǒng)如何反應(yīng)，并通過(guò)循環(huán)函數(shù)來(lái)一次次的進(jìn)行閾值比較；第二處時(shí)將判斷后的數(shù)據(jù)上傳給用戶終端時(shí)，需要編碼來(lái)編寫數(shù)據(jù)發(fā)送程序，并在終端軟件上設(shè)置一些可以遠(yuǎn)程控制的功能。4.1主程序分析該部分主要介紹了整個(gè)系統(tǒng)的工作流程。在整個(gè)過(guò)程中，需要分別進(jìn)行光環(huán)境檢測(cè)和有無(wú)人經(jīng)過(guò)的人體紅外檢測(cè)，只有當(dāng)光照亮度和紅外的強(qiáng)度都達(dá)到了設(shè)定的閾值，才可以判定為開(kāi)啟照明系統(tǒng)，否則照明系統(tǒng)處于待工作狀態(tài)。圖4-1主程序流程圖4.2傳感器收集數(shù)據(jù)程序設(shè)計(jì)在智能照明中，需要對(duì)傳感器接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集。在系統(tǒng)的初步設(shè)計(jì)中，為了提高傳感器檢測(cè)距離和遠(yuǎn)程控制距離的真實(shí)性，需要分別對(duì)照明空間的光照亮度和人體紅外檢測(cè)進(jìn)行多次的測(cè)試，最終得到照明空間的信息采集情況。智能照明系統(tǒng)的工作過(guò)程如下：系統(tǒng)工作前需要將系統(tǒng)初始化，保證系統(tǒng)不受其他因素的影響。在智能照明系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)中使用了延時(shí)函數(shù)，編程過(guò)程中最常用的是延時(shí)是微秒級(jí)延時(shí)delay_us()和毫秒級(jí)延時(shí)delay_ms()，本設(shè)計(jì)先采用的是微秒級(jí)粗延時(shí)后采用的毫秒級(jí)延時(shí)。微秒級(jí)延時(shí)：void

delay_us(u32

nus)//延時(shí)nus//nus為要延時(shí)的us數(shù)

對(duì)SysTick定時(shí)器延時(shí)進(jìn)行設(shè)置：

SysTick->LOAD=nus*fac_us;

//時(shí)間加載

SysTick->VAL=0x00;

//清空計(jì)數(shù)器

SysTick->CTRL|=SysTick_CTRL_ENABLE_Msk

;//開(kāi)始倒數(shù)

while((temp&0x01)&&!(temp&(1<<16)));//等待時(shí)間到達(dá)

SysTick->CTRL&=~SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;//關(guān)閉計(jì)數(shù)器

SysTick->VAL

=0X00;

//清空計(jì)數(shù)器

微秒級(jí)延時(shí)：void

delay_ms(u16

nms)

//延時(shí)nms//nms為要延時(shí)的ms數(shù)再對(duì)SysTick定時(shí)器延時(shí)進(jìn)行設(shè)置：

//SysTick->LOAD為24位寄存器，設(shè)置其最大延時(shí)為:

//nms<=0xffffff*8*1000/SYSCLK

//SYSCLK單位為Hz,nms單位為毫秒

//再內(nèi)部時(shí)鐘源72M條件下,nms<=1864

對(duì)SysTick定時(shí)器延時(shí)進(jìn)行控制和狀態(tài)寄存器、重裝載值寄存器、當(dāng)前值寄存器進(jìn)行直接操作：

SysTick->LOAD=(u32)nms*fac_ms;//時(shí)間加載(SysTick->LOAD為24bit)

SysTick->VAL

=0x00;//清空當(dāng)前計(jì)數(shù)器

SysTick->CTRL|=SysTick_CTRL_ENABLE_Msk

;//開(kāi)始倒數(shù)

temp=SysTick->CTRL;

while((temp&0x01)&&!(temp&(1<<16)));//等待時(shí)間到達(dá)

SysTick->CTRL&=~SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;//關(guān)閉計(jì)數(shù)器

SysTick->VAL

=0X00;

//清空計(jì)數(shù)器4.3遠(yuǎn)程控制程序設(shè)計(jì)硬件解析電路的復(fù)雜度隨著外圍設(shè)備的增加而增加。如果發(fā)射器模塊的類型不同，制作模塊的任何內(nèi)容都不容易更改。藍(lán)牙相比于其他的無(wú)線傳輸技術(shù)而言，其傳輸速率最高可以達(dá)到24Mbps，傳輸過(guò)程不需要布線，具有高效快速的優(yōu)點(diǎn)。所以該智能照明系統(tǒng)使用藍(lán)牙技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。4.4智能調(diào)光程序設(shè)計(jì)智能調(diào)光模塊是將外部獲取到的信息匯總到STM32開(kāi)發(fā)板上，利用A/D轉(zhuǎn)換將信號(hào)變成可以在STM32開(kāi)發(fā)板上用的信號(hào)。利用32板上的PWM調(diào)光技術(shù)，根據(jù)獲取到的信息，將燈光調(diào)成我們需要的亮度。調(diào)光模塊程序如下：if(openled1)//若KEY1按鍵按下則開(kāi)燈，再按一次則關(guān)燈{TIMSetComparel(TIM1,0);//開(kāi)燈(PWM占空比設(shè)置為1)}elseif(openled2)//若wKUP按鍵按下，可演示PWM(占空比為0-1)調(diào)光，再按一次則關(guān)燈{PWM=1-(0.377*Vout);//電壓越高(光照越強(qiáng))，則輸出占空比越小led0pwmva1=(1-PWM)*899;1//運(yùn)算之后將浮點(diǎn)型轉(zhuǎn)換為整型，用來(lái)設(shè)置比較器的值TIM_SetCompare1(TIM1,1ed0pwmva1);//10ms中定時(shí)器的值已刷新800次，即PWM比較800次}elseif(openled4)//釋放基于PWM原理的呼吸燈{if(openled5==1){led0pwmval=led0pwmva1-20;if(led0pwmva1<=0){led0pwmval=0;open1ed5=0;}TIMSetComparel(TIM1,led0pwmval);}//由暗變亮else{led0pwmval=led0pwmva1+20;if(led0pwmva1>=899){led0pwmval=899;open1ed5=1;}TIM_SetComparel(TIM1,led0pwmva1);}//由亮變暗}elseif((Test>3)G&(openled3==1));//在黑暗情況下有人經(jīng)過(guò){TIM_setComparel(IIM1,0);//開(kāi)燈(PWM占空比設(shè)置為1)}else//關(guān)燈{openled3=0;TIM_SetComparel(TIM1,899);//關(guān)燈(PWM占空比設(shè)置為0)}

5智能樓宇照明系統(tǒng)調(diào)試本章主要對(duì)該設(shè)計(jì)的實(shí)用性進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試前，需要向不同的測(cè)試地點(diǎn)布置不同數(shù)量的傳感器；其次，該測(cè)試主要包含對(duì)本設(shè)計(jì)的整體測(cè)試、傳感器感應(yīng)靈敏度和終端軟件遠(yuǎn)程控制距離三部分的測(cè)試。5.1傳感器節(jié)點(diǎn)分布智能照明系統(tǒng)需要對(duì)應(yīng)設(shè)置適當(dāng)距離的測(cè)試節(jié)點(diǎn)，以保證測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性。節(jié)點(diǎn)越多則本設(shè)計(jì)所需要的成本相對(duì)應(yīng)會(huì)越高，整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析和傳輸壓力會(huì)越大。人體紅外傳感器根據(jù)工作范圍和測(cè)試空間大小決定放置數(shù)量：當(dāng)測(cè)試空間的面積較小時(shí)，可在不同光照環(huán)境下放置光敏傳感器；當(dāng)測(cè)試空間超過(guò)10平方米時(shí)，至少需要放置3到4個(gè)傳感器。光敏傳感器根據(jù)光照環(huán)境的不同適當(dāng)放置。5.2系統(tǒng)整體測(cè)試在主板上通電后，主板與各個(gè)模塊與軟件開(kāi)發(fā)工具Keil5協(xié)同工作，共同搭建起該設(shè)計(jì)。調(diào)試前，需檢查各個(gè)模塊和藍(lán)牙模塊是否可以正常工作。圖5-1照明系統(tǒng)工作實(shí)物圖圖5-2終端界面圖使用藍(lán)牙模塊APP，對(duì)需要實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行程序編寫，最終實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)的功能。設(shè)定好功能時(shí)，打開(kāi)APP，當(dāng)終端為初始狀態(tài)時(shí)，先按照本設(shè)計(jì)的預(yù)想的功能與操作演示需要設(shè)定三個(gè)選項(xiàng)，分別用于遠(yuǎn)程控制照明系統(tǒng)、系統(tǒng)工作時(shí)PWM調(diào)光對(duì)環(huán)境亮度變化時(shí)燈光亮度的調(diào)控、PWM調(diào)光模塊對(duì)從暗到亮、從亮到暗的呼吸燈。當(dāng)需要遠(yuǎn)程對(duì)燈進(jìn)行操作時(shí)，可以通過(guò)在藍(lán)牙的工作范圍內(nèi)連接藍(lán)牙對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制，按照設(shè)置好的三個(gè)按鈕對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行操作，其中PWM演示為展示燈光亮度在不同光照亮度的環(huán)境中變化的選項(xiàng)，呼吸燈是生活中常見(jiàn)的燈光亮度由暗到亮的類似于人呼吸的燈光變化，最主要的可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān)燈，節(jié)約資源、滿足人們的開(kāi)關(guān)燈需求。5.3系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制距離的測(cè)試對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行距離測(cè)試，獲取該智能照明系統(tǒng)藍(lán)牙遠(yuǎn)程控制模塊在不同空間內(nèi)信息傳送的距離和對(duì)系統(tǒng)的控制距離。首先，將照明系統(tǒng)放置在無(wú)障礙物的空間內(nèi)，測(cè)試者手持終端控制機(jī)逐步遠(yuǎn)離該照明系統(tǒng)，觀測(cè)終端是否接收到照明狀況的信息以及是否能夠操控照明系統(tǒng)；其次，將照明系統(tǒng)放置在障礙物空間內(nèi)，測(cè)試者手持終端控制機(jī)逐步遠(yuǎn)離該照明系統(tǒng)，觀測(cè)終端控制機(jī)是否接收到照明狀況的信息以及檢測(cè)是否能夠操控照明系統(tǒng)。表5-1智能照明系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制距離測(cè)試(存在障礙物)距離/米3691215響應(yīng)√√√××測(cè)試結(jié)果表明，在存在障礙物的測(cè)試空間內(nèi)，當(dāng)傳輸距離在9m左右時(shí)，本系統(tǒng)能正常響應(yīng)，該設(shè)計(jì)能夠滿足所需的要求；大于12m時(shí)，傳輸?shù)那闆r不確定，需要進(jìn)一步的測(cè)試。表5-2智能照明系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制距離測(cè)試(存在障礙物)距離/米101112131415響應(yīng)√√××××通過(guò)表5-2可知，該智能照明系統(tǒng)在存在障礙物的空間內(nèi)進(jìn)行測(cè)試時(shí)，當(dāng)測(cè)試距離為11米時(shí)，可以接受到數(shù)據(jù)；當(dāng)測(cè)試距離為12米時(shí)，數(shù)據(jù)的傳輸將會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤。所以該智能照明系統(tǒng)在存在障礙物的空間內(nèi)的最大控制距離為11米，超出此距離，數(shù)據(jù)的傳輸將會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤。表5-3智能照明系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制距離測(cè)試(無(wú)障礙空間)距離/米912151821響應(yīng)√√√××測(cè)試結(jié)果表明，在無(wú)障礙空間內(nèi)時(shí)，當(dāng)測(cè)試距離在15m左右時(shí)，本系統(tǒng)能正常響應(yīng)并可以進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，設(shè)計(jì)滿足要求；大于18m時(shí)，傳輸?shù)那闆r不確定，需要進(jìn)一步的測(cè)試。在不存在障礙物的空間內(nèi)測(cè)試時(shí)，當(dāng)測(cè)試距離在大于15米小于18米時(shí)，該智能照明系統(tǒng)的控制距離不夠明確。因此，需要在此距離范圍內(nèi)做進(jìn)一步的測(cè)試。表5-4智能照明系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制距離測(cè)試(無(wú)障礙空間)距離/米141516171819響應(yīng)√√√×××通過(guò)表5-4可知，該智能照明系統(tǒng)在無(wú)障礙物的空間內(nèi)進(jìn)行測(cè)試時(shí)，當(dāng)測(cè)試距離為16米時(shí)，可以接受到數(shù)據(jù)并可以對(duì)照明系統(tǒng)進(jìn)行控制；當(dāng)測(cè)試距離為17米時(shí)，數(shù)據(jù)的傳輸將會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤，也無(wú)法控制系統(tǒng)。所以該智能照明系統(tǒng)在無(wú)障礙物的空間內(nèi)的最大傳輸距離為16米，超出此距離，數(shù)據(jù)的傳輸將會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤。由此可知，數(shù)據(jù)傳輸?shù)木嚯x受到空間地形的影響。當(dāng)傳輸時(shí)的空間內(nèi)無(wú)障礙物時(shí)，傳輸?shù)木嚯x較大；相反，當(dāng)傳輸空間內(nèi)具有較多障礙物時(shí)，傳輸?shù)木嚯x將會(huì)大打折扣。5.4功能總結(jié)該智能照明系統(tǒng)由傳感器模塊、藍(lán)牙模塊模塊、智能調(diào)光模塊以及單片機(jī)模塊組成。該照明系統(tǒng)控制器具有測(cè)試周圍環(huán)境相關(guān)數(shù)據(jù)，上報(bào)數(shù)據(jù)，分析照明系統(tǒng)是否可以按照設(shè)計(jì)預(yù)想實(shí)現(xiàn)照明功能。并通過(guò)藍(lán)牙將系統(tǒng)與終端軟件連接起來(lái)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。其中，傳感器模塊主要包括光敏傳感器、紅外傳感器，光敏傳感器的主要功能是收集照明范圍內(nèi)的光照亮度，人體紅外傳感器主要測(cè)定環(huán)境中有無(wú)人體經(jīng)過(guò)；藍(lán)牙模塊主要負(fù)責(zé)將該照明系統(tǒng)系統(tǒng)中的各個(gè)模塊(如：?jiǎn)纹瑱C(jī)模塊、傳感器模塊、智能調(diào)光模塊)進(jìn)行連接，使其可以遠(yuǎn)程對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制。藍(lán)牙模塊主要將該照明系統(tǒng)的信息發(fā)送給終端，提示照明系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的狀況并對(duì)系統(tǒng)的照明情況進(jìn)行控制；單片機(jī)構(gòu)成了該智能照明系統(tǒng)的主板，在單片機(jī)內(nèi)部設(shè)置閾值，一旦傳感器收集到的數(shù)據(jù)達(dá)到閾值，單片機(jī)就會(huì)判定此時(shí)所測(cè)的環(huán)境發(fā)生了是否符合燈光照明的條件。該照明系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)智能地發(fā)出適合人們活動(dòng)地各種照明度。總結(jié)與展望從近幾年的發(fā)展?fàn)顩r可以看出，智能城市化建設(shè)工程中樓宇越來(lái)越多，樓宇照明也變得尤為重要。所以在生活中，智能化照明也應(yīng)該變得更加普及。在各家各戶擁有一個(gè)智能樓宇照明系統(tǒng)，對(duì)于提高民眾的生活質(zhì)量和人民幸福感有重要作用，良好的照明環(huán)境對(duì)家庭對(duì)每個(gè)人的視力也進(jìn)行很好的保護(hù)。為了更智能地避免照明系統(tǒng)的不合理帶來(lái)的問(wèn)題，故需要設(shè)計(jì)一種智能且價(jià)格、使用效果容易被大眾接受的照明系統(tǒng)。該智能照明系統(tǒng)采用了藍(lán)牙模塊、光環(huán)境檢測(cè)模塊、人體感應(yīng)傳感模塊、單片機(jī)模塊共同作用。其中，傳感器模塊采用光環(huán)境傳感器和人體紅外傳感器，主要用來(lái)對(duì)所測(cè)空間內(nèi)的光照亮度以及有無(wú)人經(jīng)過(guò)等進(jìn)行測(cè)量；藍(lán)牙模塊主要用來(lái)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，將用戶個(gè)人照明需求通過(guò)藍(lán)牙模塊對(duì)梓潼進(jìn)行控制；單片機(jī)模塊采用STM32F103RCT6單片機(jī)，主要負(fù)責(zé)控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，收集外接傳感器的信息并轉(zhuǎn)化為內(nèi)部可用信息，將信息分析后進(jìn)行調(diào)光。相對(duì)于其他的無(wú)線傳輸技術(shù)(WiFi、ZigBee)而言，藍(lán)牙使用條件相對(duì)寬松，受外界環(huán)境的控制相對(duì)減少，且目前藍(lán)牙技術(shù)比較成熟，安全性較高，能夠滿足設(shè)計(jì)需求。該智能照明系統(tǒng)各組成部分分工明確，條理有序，且各個(gè)模塊的元器件成本低、功耗低、使用壽命長(zhǎng)，保證了本款智能照明系統(tǒng)的整體使用效果和接受程度，在智能化城市建設(shè)中更容易普及。同樣的，本設(shè)計(jì)也有缺點(diǎn)。首先，該家庭智能照明系統(tǒng)因?yàn)槟壳盁o(wú)法不受距離限制的實(shí)現(xiàn)超遠(yuǎn)程WiFi控制的功能，限制了使用范圍，在換用了藍(lán)牙技術(shù)之后，由于藍(lán)牙技