《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國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 11.3主要研究內(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)整體測試 195.3系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制距離的測試 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民經(jīng)濟(jì)的逐步增長，智慧城市政策的發(fā)布與實(shí)施，我國的城市化照明建設(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諸多生活以及辦公的便利，相對應(yīng)地對樓宇的照明系統(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題，故設(shè)計(jì)一款智能樓宇照明系統(tǒng)，通過智能照明系統(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照明市場價(jià)格高昂的場面，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文件根據(jù)設(shè)計(jì)進(jìn)行編程，這樣不僅編程方便，且簡化了設(shè)計(jì)、方便移植，接口豐富且簡單，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，智能化與無人化已經(jīng)成為當(dāng)今社會(huì)的發(fā)展主題，人們對生活質(zhì)量的追求也不斷提高，生活中對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、汽車電子乃至國防軍事等領(lǐng)域的應(yīng)用。該系統(tǒng)可以遠(yuǎn)程控制開關(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國內(nèi)外研究現(xiàn)狀21世紀(jì)以來，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)國內(nèi)光學(xué)電子協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，國內(nèi)市場將保持30%以上的增長速度。近幾年關(guān)于照明行業(yè)國內(nèi)召開的論壇會(huì)中對智能照明建設(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。之前的城觀照系統(tǒng)都是作為景觀，從杭州G20開始，再到青島上合峰會(huì)，都對城市照明系統(tǒng)的功能作出了部分商討，充分表明了國家在政策和方法上對于國內(nèi)的智能照明有了關(guān)注。在現(xiàn)在歐美大型建筑中，對于智能照明系統(tǒng)的應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)廣泛，而國內(nèi)的對此起步較晚，市場不成熟、生產(chǎn)代價(jià)高、相關(guān)的技術(shù)不成熟，導(dǎo)致在我國現(xiàn)階段的市場份額占比不到百分之一。目前國內(nèi)照明行業(yè)的市場現(xiàn)狀可以說是火熱但又零散的。中國照明學(xué)會(huì)第八次全國代表大會(huì)于2020年11月13日，在江蘇蘇州召開，會(huì)長張崇在會(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)利潤總額同比增長12.81%，高于全國工業(yè)15.21個(gè)百分點(diǎn)。國外對此領(lǐng)域的研究開始的更早，生產(chǎn)制作的經(jīng)驗(yàn)要多，要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于國內(nèi)。所以，中國要想在這一方面趕超國外水平，就必須借鑒國外研究的經(jīng)驗(yàn)，取其精華去其糟粕，才能實(shí)現(xiàn)彎道超車。中國的照明行業(yè)的設(shè)計(jì)經(jīng)歷了“從無到有”的過程，目前正處于一個(gè)“由有到好”的過程，大家需要用包容的心態(tài)來看待并接受這些問題。1.3主要研究內(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，以及國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀。第二章是對智能照明系統(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)對本設(shè)計(jì)編寫的主程序進(jìn)行功能介紹，然后對主控芯片外圍設(shè)備的數(shù)據(jù)收集以及遠(yuǎn)程控制模塊進(jìn)行介紹。第五章是對智能樓宇照明系統(tǒng)的調(diào)試。通過該章節(jié)來確定本設(shè)計(jì)是否到達(dá)要求，由此來對該系統(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)光的功能并通過無線遠(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。該處理器相對來說價(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，許多開發(fā)人員已經(jīng)開始使用單片機(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)省了開發(fā)和研究成本，使用起來更加方便，使用效果更佳。(3)功耗相對較低該單片機(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來說，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；可通過雙向可控硅的門極對其導(dǎo)通角進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而完成對電壓的控制，而電壓會(huì)達(dá)到變換燈亮度的作用來進(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，可操作空間相對來說較少。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)行起來更快，可通過芯片內(nèi)部對燈泡亮度進(jìn)行控制，大大減少了51單片機(jī)對于外部條件的依賴，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相比較來說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)場等場景，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。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相對于其他的無線傳輸技術(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)通過終端對智能照明系統(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，而且相對于WiFi來說更適合本設(shè)計(jì)目前規(guī)模相對較小、設(shè)計(jì)相對來說比較簡單的情況。本設(shè)計(jì)利用藍(lán)牙技術(shù)能夠成功地簡化設(shè)備與因特網(wǎng)之間的通信，也能夠有效地簡化移動(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，所以目前已經(jīng)被應(yīng)用于各行之中。綜上所述，由于無法達(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，可見光透過，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"近紅外相對衰減，對外界環(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，無鉛、無鎘，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。一般來說，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于外部元件(ADC、放大器、電阻器、電容器等)的需求；(2)封裝大?。簩τ诖蠖鄶?shù)應(yīng)用來說，光敏傳感器的封裝都是越小越好。大多數(shù)光敏傳感器，最常見的輸出為線性輸出電流。本設(shè)計(jì)是根據(jù)檢測環(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)該溫度傳感器測量時(shí)的房間不宜過小且環(huán)境溫度不宜過高，并且該傳感器長時(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，所以在測試時(shí)自身溫度會(huì)有顯著的提升，所以對于實(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減少熱量的產(chǎn)生。熱敏電阻不宜在環(huán)境溫度過高的情況下使用，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)行測量，其通過紅外輻射的熱效應(yīng)來使得溫度發(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)院等場合。目前使用的紅外傳感器的設(shè)計(jì)電路較為簡單，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)行測量，以提高測試的準(zhǔn)確性。紅外傳感器可以根據(jù)紅外輻射特性對紅外系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行設(shè)定。并且可以在夜間檢測照明區(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)的過道樓梯、公共走廊，其使用壽命大于等于10萬次，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)的開關(guān)可以自動(dòng)接通負(fù)載，人一旦進(jìn)入且不離開感應(yīng)范圍時(shí)將持續(xù)接通；人離開感應(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_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^感應(yīng)人體熱量控制開關(guān)，避免了無人時(shí)燈常亮的現(xiàn)象，避免了無效電能的損耗，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)境檢測模塊作為開啟照明系統(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)用中的功能來分有數(shù)據(jù)藍(lán)牙模塊和語音藍(lán)牙模塊。前者可以完成無線數(shù)據(jù)傳輸，是本設(shè)計(jì)所需要使用的功能，后者完成語音和立體聲音頻的無線數(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)，利用終端通過藍(lán)牙技術(shù)對系統(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)域中對進(jìn)行外界環(huán)境中有無人進(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)境傳感器主要對外界環(huán)境中的光照亮度進(jìn)行分析，這種傳感器對于外界環(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。通過本章可以對整個(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)行了簡要說明。然后通過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，這得益于開發(fā)嵌入式應(yīng)用軟件的突破。該單片機(jī)可以用來對一些結(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)。這些都可以與未來的工業(yè)燃料相比。STM32F103RCT6采用中密度性能線來進(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)牙模塊簡介廣州匯承信息科技有限公司開發(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)級的藍(lán)牙數(shù)據(jù)傳輸模塊。用戶只需要通過串口連接到設(shè)備，即可進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，數(shù)據(jù)傳輸速度較快，可以立即對系統(tǒng)進(jìn)行操作。HC-02從機(jī)模塊上電，可跟手機(jī)配對后連接進(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，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光的敏感程度和人眼對可見光(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)器在開關(guān)打開的情況下根據(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)：檢測距離長，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，原理是對系統(tǒng)應(yīng)用范圍內(nèi)的人體進(jìn)行檢測，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：為輸出測試腳，有輸出時(shí)，是高電平3.3V；無輸出時(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)。備注：模塊默認(rèn)延時(shí)時(shí)間最短、靈敏度最高、無光控(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。簡單可以解釋為，PWM是一個(gè)模擬信號(hào)電平測量文字編碼方法，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調(diào)節(jié)亮度。通過把LED和PWM波浪一起打開和關(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亮度閃爍不敏感的事實(shí)。如果光明和黑暗的頻率超過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，避免因電壓問題而造成的失誤或者隱患。內(nèi)部集成的過熱保護(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，通過對電路進(jìn)行焊接將各個(gè)模塊連接起來，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)，需要編程語言來告知閾值的多少，且分析設(shè)定在范圍內(nèi)系統(tǒng)如何反應(yīng)，并通過循環(huán)函數(shù)來一次次的進(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)過程中，需要分別進(jìn)行光環(huán)境檢測和有無人經(jīng)過的人體紅外檢測，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距離和遠(yuǎn)程控制距離的真實(shí)性，需要分別對照明空間的光照亮度和人體紅外檢測進(jìn)行多次的測試，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)，編程過程中最常用的是延時(shí)是微秒級延時(shí)delay_us()和毫秒級延時(shí)delay_ms()，本設(shè)計(jì)先采用的是微秒級粗延時(shí)后采用的毫秒級延時(shí)。微秒級延時(shí)：void

delay_us(u32

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

對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

微秒級延時(shí)：void

delay_ms(u16

nms)

//延時(shí)nms//nms為要延時(shí)的ms數(shù)再對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)牙相比于其他的無線傳輸技術(shù)而言，其傳輸速率最高可以達(dá)到24Mbps，傳輸過程不需要布線，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開發(fā)板上，利用A/D轉(zhuǎn)換將信號(hào)變成可以在STM32開發(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按鍵按下則開燈，再按一次則關(guān)燈{TIMSetComparel(TIM1,0);//開燈(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{TIM_setComparel(IIM1,0);//開燈(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)試本章主要對該設(shè)計(jì)的實(shí)用性進(jìn)行測試。測試前，需要向不同的測試地點(diǎn)布置不同數(shù)量的傳感器；其次，該測試主要包含對本設(shè)計(jì)的整體測試、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試。5.1傳感器節(jié)點(diǎn)分布智能照明系統(tǒng)需要對應(yīng)設(shè)置適當(dāng)距離的測試節(jié)點(diǎn)，以保證測試結(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)工作范圍和測試空間大小決定放置數(shù)量：當(dāng)測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)測試空間超過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)整體測試在主板上通電后，主板與各個(gè)模塊與軟件開發(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)光對環(huán)境亮度變化時(shí)燈光亮度的調(diào)控、PWM調(diào)光模塊對從暗到亮、從亮到暗的呼吸燈。當(dāng)需要遠(yuǎn)程對燈進(jìn)行操作時(shí)，可以通過在藍(lán)牙的工作范圍內(nèi)連接藍(lán)牙對系統(tǒng)進(jìn)行控制，按照設(shè)置好的三個(gè)按鈕對系統(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)程開關(guān)燈，節(jié)約資源、滿足人們的開關(guān)燈需求。5.3系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制距離的測試對該系統(tǒng)進(jìn)行距離測試，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系統(tǒng)的控制距離。首先，將照明系統(tǒng)放置在無障礙物的空間內(nèi)，測試者手持終端控制機(jī)逐步遠(yuǎn)離該照明系統(tǒng)，觀測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)，測試者手持終端控制機(jī)逐步遠(yuǎn)離該照明系統(tǒng)，觀測終端控制機(jī)是否接收到照明狀況的信息以及檢測是否能夠操控照明系統(tǒng)。表5-1智能照明系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制距離測試(存在障礙物)距離/米3691215響應(yīng)√√√××測試結(jié)果表明，在存在障礙物的測試空間內(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)一步的測試。表5-2智能照明系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制距離測試(存在障礙物)距離/米101112131415響應(yīng)√√××××通過表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)行測試時(shí)，當(dāng)測試距離為11米時(shí)，可以接受到數(shù)據(jù)；當(dāng)測試距離為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)程控制距離測試(無障礙空間)距離/米912151821響應(yīng)√√√××測試結(jié)果表明，在無障礙空間內(nèi)時(shí)，當(dāng)測試距離在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)一步的測試。在不存在障礙物的空間內(nèi)測試時(shí)，當(dāng)測試距離在大于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)一步的測試。表5-4智能照明系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制距離測試(無障礙空間)距離/米141516171819響應(yīng)√√√×××通過表5-4可知，該智能照明系統(tǒng)在無障礙物的空間內(nèi)進(jìn)行測試時(shí)，當(dāng)測試距離為16米時(shí)，可以接受到數(shù)據(jù)并可以對照明系統(tǒng)進(jìn)行控制；當(dāng)測試距離為17米時(shí)，數(shù)據(jù)的傳輸將會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤，也無法控制系統(tǒng)。所以該智能照明系統(tǒng)在無障礙物的空間內(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。并通過藍(lán)牙將系統(tǒng)與終端軟件連接起來進(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定環(huán)境中有無人體經(jīng)過；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：單片機(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?？偨Y(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)境對家庭對每個(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)的不合理帶來的問題，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，主要用來對所測空間內(nèi)的光照亮度以及有無人經(jīng)過等進(jìn)行測量；藍(lán)牙模塊主要用來進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，將用戶個(gè)人照明需求通過藍(lán)牙模塊對梓潼進(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。相對于其他的無線傳輸技術(shù)(WiFi、ZigBee)而言，藍(lán)牙使用條件相對寬松，受外界環(huán)境的控制相對減少，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，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