基于STM32的教室智能灯控系统设计
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图1系统框图
1.1单片机最小系统电路STM32F103C8T6
STM32F103C8T6是意法半导体公司生产的32位ARM控制器,该芯片内部集成了定时器、自带ADC模数转换、SPI通信协议、I2C协议、USB转串口以及串口等功能。
STM32F103C8T6的最小系统由晶振电路和复位电路组成,具有低功耗和睡眠双模式,睡眠模式时会使用外部晶体3.768KHz,而8MHz的频率是STM32在使用倍频的时候使用,由其内部时钟总线配置,最高可倍频至72MHz。
在复位电路中开关按下时,单片机复位管脚电平拉低,实现单片机复位重新加载程序。
1.2电源模块
图2系统流程图
动调光程序设计
开灯之后进入自动调光程序。
系统开100MS,LED灯稳定输出之后才开始采集到的检测电压参数与标准电压值集到的检测电压参数比标准电压值U0
图3自动调光程序流图
光的智能灯控制系统融合了蓝牙数编程开发技术、以单片机为核心通备实时控制能力强、稳定性高、简些控制管理系统都是当前流行的技开发基础和良好的资料来源。
具有高的市场应用。
对我们的生活带来
【参考文献】
熊伟,许广斌,等.教室照明区域化智能用,2007,26(11):39-41.。
基于STM32的智能电子教室控制系统的设计仝晓梅(包头师范学院,内蒙古 包头 014030)摘 要:笔者根据学校对节能减排的要求,且为解决学校教学资源的浪费问题,提出了基于STM32的智能电子教室控制系统。
通过对项目的可行性分析,以及对基于Cortex-M4架构下的STM32硬件平台分析,确定采用嵌入UCOSIII嵌入式实时操作系统,使用STemWin开发UI,集成多种传感器采集数据,通过2.4G无线网络传输数据,PC机通过网络接收并解析数据的解决方案实现本次设计。
通过方案可行性分析得出,本次设计具有高性能、低功耗、操作简便、显示直观等特点,充分发挥了传感器与控制器组合的优势,实现了对教室灯光等的智能控制。
关键词:STM32;传感器;无线网络中图分类号:TP273.5 文献标识码:A 文章编号:1003-9767(2017)10-126-02Design of Intelligent Electronic Classroom Control System based on STM32Tong Xiaomei(Baotou Teachers’ College, Baotou Inner Mongolia 014030, China)Abstract: Based on the requirements of the school's energy-saving and emission reduction and the problem of wasting the teaching resources, the design of the intelligent electronic classroom control system based on STM32 is put forward. Through the feasibility analysis of the project, and based on the Cortex-M4 architecture STM32 hardware platform analysis, it is determined that using embedded UCOSIII embedded real-time operating system, and using STemWin to develop UI, integrating a variety of sensors to collect data, through the 2.4G wireless network to transmit data, PC through the network to receive and resolve data solutions to achieve this design. Through the feasibility analysis of the program, it is found that this design has high performance, low power consumption, easy operation, intuitive display and other characteristics, gives full play to the advantages of sensor and controller combination, and achieves the intelligent control of classroom lighting and others.Key words: STM32; sensor; wireless network信息科技的发展使老旧的校园管理模式已跟不上时代的步伐,高效管理学生、加强学校节电管理已成为学校工作的重点与难点。
基于STM32的LED智能学习型台灯系统的设计一、本文概述随着科技的不断进步和人们生活水平的提高,人们对于家居环境的智能化和舒适性的需求也日益增强。
LED智能学习型台灯系统作为一种结合照明与智能控制技术的创新产品,旨在为用户提供更加舒适、节能和个性化的照明体验。
本文旨在探讨基于STM32微控制器的LED 智能学习型台灯系统的设计与实现。
本文将首先介绍LED智能学习型台灯系统的整体架构和核心功能,包括LED照明模块、光感模块、人体红外传感器模块以及基于STM32微控制器的智能控制模块等。
随后,将详细阐述各模块的工作原理和设计要点,包括LED驱动电路的设计、光感传感器和人体红外传感器的选型与配置、以及STM32微控制器的编程与调试等。
在此基础上,本文将重点介绍LED智能学习型台灯系统的学习功能实现,包括环境光线自适应调节、人体活动感知与智能开关控制、以及用户习惯学习与记忆等。
通过深入分析和讨论相关算法和程序设计,展示如何实现台灯系统的智能化和自适应学习功能。
本文将总结LED智能学习型台灯系统的设计特点和创新之处,并展望其在智能家居和照明领域的应用前景。
通过本文的研究,旨在为相关领域的研发人员和爱好者提供有益的参考和启示,推动LED智能照明技术的进一步发展。
二、系统总体设计在STM32的LED智能学习型台灯系统的设计中,我们遵循了模块化、可扩展性和易于维护的原则。
整个系统由硬件和软件两部分组成,其中硬件部分主要包括LED灯组、STM32微控制器、环境光传感器、人体红外传感器、触摸屏幕以及电源模块等。
软件部分则主要包括系统初始化、传感器数据采集、LED亮度调节、环境光自适应、人体感应以及用户交互等功能模块。
硬件设计方面,我们选择STM32F103C8T6作为主控制器,该控制器拥有强大的处理能力和丰富的外设接口,能够满足系统的各种需求。
LED灯组采用高亮度的白光LED,通过PWM(脉冲宽度调制)方式实现亮度的精细调节。
基于STM32单片机的教室照明控制系统的设计摘要:本文针对目前高校教室存在着“长明灯”现象,造成了用电大量浪费,提出了一种基于STM32单片机的智能教室照明系统,实现了教室内的光照度以及人体存在信息的采集,通过单片机设定自动和手动两种模式,达到了远程控制、节约用电、提高资源利用率的目的,对高校的节能工作具有重大意义。
随着我国教育业的发展,学校照明用电量急速增加,电能损失也呈现出增大的趋势。
为此,设计了一种基于STM32单片机的教室照明控制系统,通过安装在各个教室的照明控制器和相应传感器,对教室照明根据课程表时间、光照度和是否有人在教室进行集中管理。
做到自然采光满足照度需求时系统自动关闭教室灯光,夜间自习时可根据需求开放相应教室照明,避免人少开多盏灯现象。
1.系统整体设计教室照明控制系统主要包括智能开关、照度及人体探测传感器、管理软件等几大部件。
智能开关内含通讯模块,负责接收控制命令、控制照明系统供电和发出开关状态信号;照度及红外传感器负责采集教室内光照强度和人体探测信息的传递。
通过管理软件实时下发控制命令和显示照明系统的工作状态。
控制系统能根据课程表时间、光照度和是否有人在教室等条件对照明进行自动远程控制。
图1 系统总体方案框图1.1 智能开关模块自能控制模块由热释电红外传感器、光敏传感器和时钟模块组成。
其中,热释红外传感器检测教室里是否有人,光敏传感器检测教室里的光照条件,时钟模块能够提供时间信息。
只有在满足教室里有人,教室内光照不足,教学楼开放时间段,教室里的灯会自动打开。
1.2 人体探测模块人体探测模块利用人体发射的10um左右的红外线,经菲尼尔滤光片后,增强红外感应模块的探测距离和探测范围,而输出高低电平。
人体探测模块由热释电红外传感器和专用处理芯片构成。
热释电红外传感器在感应到人体红外辐射温度变化,而打破电荷平衡,向外释放电荷,经专用芯片处理后产生高低电平。
1.3 光信号检测模块光信号检测模块采用灵敏度高、测量范围宽、光谱响应范围广的光敏电阻检测。
:基于STM32的教室智能控制系统设计摘要:本设计借鉴智能家居的智能管理技术,利用STM32F103C8作为主控制芯片对教室的电气设备进行控制。
该系统采用多种传感器进行环境检测,并通过主控模块进行识别与智能判断,以及作出相应的控制动作。
本控制系统还通过RS485,使主控模块与电脑进行信息交流,从而可以通过电脑对多个主控模块进行控制,进而实现电气设备的自动化控制及远程控制,从而达到减少电能浪费及自动管理的目的。
经测试,该系统功能齐全,各项指标达到设计要求。
且该系统成本低,适合应用于高校教室智能管理。
1 教室智能控制系统设计1.1硬件设计1.1.1系统硬件结构图本控制系统主要对不同对象进行相应的数据采集进而对教室的灯、风扇、空调、窗帘、多媒体等电器进行智能控制,并把相应的采集数据和控制状态传输到电脑终端,可进一步通过电脑终端进行远程监控。
本系统采用的模块分别为:系统主控模块、电源模块、显示模块、电机控制模块、继电器模块、人体检测模块、温湿度检测模块、光检测模块等。
图1 系统总体方案框图1.1.2硬件电路设计系统硬件总体框图如下:系统硬件原理图如下:此原理图简化了各个传感器模块、显示模块、控制模块等模块的具体电路设计。
1.1.3传感器模块原理及其作用(1)温湿度传感器:选取温湿度传感器时需要选取的是传感器的功耗、传感器性能以及传感器成本,还要考虑传感器的工作电压和信号调整电路的复杂程度等等。
经过筛选,选取数字温度传感器SHT11。
数字温度传感器具有安装便捷、维护方便、可靠性高,而且具有数字式输出、测量精度高、体积小、感应速度免外围电路、免调试、免标定及全互换等优良特性和优点。
相关图如下:(2)红外传感器模块:它是通过探测人体发射的红外信号而输出高低电平的。
主要工作原理是:人体都有恒定的体温,一般都在37度左右,所以会发出特定波长为10um左右的红外线,被动式红外探头就是靠探测人体发射的10um左右的红外线并通过电路输出高低电平。
基于STM32的校园照明智能控制系统2014-03-03摘要:该设计主要采用基于STM32微控制器与CAN总线结合的方法,由光线强度检测电路和热释电红外信号检测电路组成检测电路,通过检测光线强度强弱和是否有人靠近,从而控制灯的开启与关闭。
采用组态王软件做上位机进行控制和监控,实现了与外界环境相结合的人为可控智能闭环系统,实际表明该系统具有低功耗,稳定性强,通信距离远,传输速度快,误码率低等特点。
近年来,低碳生活,节能减排越来越受到国家的大力支持,在校园生活中照明用电量约占校园总体用电量的40%左右,因此,节约校园照明用电消耗成为响应国家对于节能号召的重要措施之一。
一般的校园照明系统只是运用普通的声控及光控传感器组成开环的控制系统,其灵活性差,功耗大,不可人为干预。
而市场上闭环控制的照明系统投入资金大,稳定性差,无法在校园中得到推广。
1 总体方案设计系统的设计主要有以下五部分组成:上位PC机、CAN适配卡、微控制器STM32、CAN总线接口模块、光线检测照明模块。
上位PC机提供操作界面,并且利用组态王软件通过CAN总线向微控制器STM32发送指令和接收微控制器STM32发送的信息,微控制器STM32通过与CAN总线接口电路向CAN总线发送指令和接收CAN总线各个节点的信息,检测照明模块通过检测电路将检测到的信息发送给STM32微控制器,STM32微控制器处理检测电路发来的信息控制照明设备。
系统结构框图如图1所示。
2 硬件设计2.1 控制器选型普通设计中大多采用51单片机、PIC单片机或者是AVR单片机,这些单片机的缺点是高功耗、性能低并且硬件资源匮乏。
相比之下,STM 32系列是基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用而专门设计的ARM Cortex-M3内核的微控制器。
本设计采用的是STM32F103型号,属于中等容量增强型,32位基于ARM核心的带128K字节闪存的微控制器,拥有强大的硬件资源:USB,CAN,7个定时器,2个ADC,9个通信接口。
Science and Technology &Innovation ┃科技与创新2021年第23期·95·文章编号:2095-6835(2021)23-0095-02基于STM32和ZigBee 的智能校园路灯控制系统*刘宏伟1,蔡春晓2,王一鸣1,龙欢台1,陈雪1(1.桂林电子科技大学信息与通信学院,广西桂林541004;2.桂林电子科技大学教学实践部,广西桂林541004)摘要:随着物联网技术的飞速发展和ZigBee 技术的普及,为校园路灯控制系统的节能设计提供了新的方案。
此系统应用STM32嵌入式处理器采集路灯周围的相关环境参数和状态信息,结合ZigBee 技术实现无线传输,并实现校园路灯控制系统的智能控制,同时实时监测路灯情况。
系统运行结果表明,该设计方案切实有效,具有一定的应用价值。
关键词:STM32;智能控制;校园路灯系统;ZigBee 中图分类号:TP273文献标志码:ADOI :10.15913/ki.kjycx.2021.23.038目前,中国校园路灯一般采用全夜灯恒照度的工作模式,控制方式为光控和人工控制等传统方式,难以满足校园照明节能的需求。
基于ZigBee 技术的校园路灯控制系统具有低成本、稳定可靠等特点,并且能够根据校园路灯周围环境状况自动开关灯,管理人员能够根据校园路灯的运行情况进行调控,节约能耗。
因此,本文设计了基于STM32嵌入式处理器和ZigBee 物联网技术的校园智慧路灯系统,不仅能够达到节能减排的目的,同时能够推动智慧化校园的建设。
1校园路灯的控制系统方案设计根据校园路灯系统功能要求,系统设计方案如图1所示。
图1系统设计总体方案校园路灯智能控制系统主要由路灯终端、无线传输网络及监控中心三部分组成。
其各模块的主要功能为:①道路情况检测模块。
根据校园道路上行人和车辆的通行状况,控制路灯的开启和关闭。
②无线通信传输系统模块。
校园路灯上控制设备能通过ZigBee 无线通信的方式进行通信和数据传输,控制路灯及时点亮。
第4期2019年2月No.4February,2019台灯是人们学习时常用的工具之一。
很多人长时间伏案学习,由于坐姿不正确、灯光使用不当及作息时间不规律等,极易造成视觉疲劳,以致影响视力[1]。
目前市面上常用的台灯大多是手动调光,功能较简单,少有护眼功能。
如果设计一款台灯,能根据环境光强自动调节台灯亮度,通过检测附身距离语音提醒学习者纠正坐姿,并提供学习时间播报、时钟日历及温湿度显示等功能,将能为学习者养成良好的学习与用眼习惯提供支持。
本文设计的基于STM32的智能学习型台灯即具有上述功能。
1 系统设计方案智能学习型台灯的系统组成如图1所示。
图1 智能学习型台灯系统组成框图STM32微处理器是整个系统的核心。
光强传感器采集环境光线强度经I2C传输给STM32微处理器,通过PWM输出到恒流源自动调节LED灯的亮度,升压电路为恒流源及LED灯珠提供所需的直流电源。
利用超声波距离传感器检测学习者的附身距离,通过STM32微处理器控制语音芯片来驱动喇叭发声。
按键用来预设学习时间及调整时钟日历,学习时间、时钟日历和环境温湿度数据在LCD屏上显示。
2 硬件设计2.1 主控芯片基于Cortex-M3内核的STM32f103vet6芯片具有运算速度快、精度高、功耗低、极高的性价比等特点[2],可满足系统的功能要求,适合作本设计的主控芯片。
2.2 光强检测与灯光控制电路采用BH1750FVI光强传感器和PWM数字调光技术,电路如图2所示。
图2 光强检测与灯光控制电路BH1750FVI具有广泛的输入光范围(1-65535LUX),接近视觉灵敏度的光谱灵敏度特性[3],通过I2C与主控芯片连接。
主控芯片根据BH1750FVI采集的光强数据控制PWM的输出频率,经恒流源PT4115调节LED亮度。
PT4115是一款连续电感电流导通模式的降压恒流源,最大可输出1.2 A的恒定电流[4],通过DIM引脚进行LED开关可实现很宽范围的PWM调光。
科技与创新┃Science and Technology&Innovation ·78·2019年第19期文章编号:2095-6835(2019)19-0078-02基于STM32的教室智能照明监控系统的设计与实现黄峻瑜,梁巍俊,李先鸿,陈家成(广东技术师范大学,广东广州510450)摘要:当下国内学校教室的大多数照明设备都是由手动开关控制的,即使严格管理,也不可避免造成大量的能源浪费。
针对这些问题,设计了一种教室智能照明监控系统。
该系统以STM32F103-VET6控制器为核心,以LED 为控制对象,由光学检测模块、ZigBee无线通信模块和红外模块组成。
在分区控制模式下,调光系统使用单神经元自适应PID算法。
通过检测室内自然光强度和人员信息,控制器可以根据智能算法实现灯具的自动切换和调光功能。
关键词:教室;智能照明监控系统;ZigBee;STM32F103-VET6中图分类号:TU113.66文献标识码:A DOI:10.15913/ki.kjycx.2019.19.0311引言随着中国教育行业的发展,学校用电量大幅增加,电料损耗也随之增加。
当下照明自动控制装置主要使用热释电红外检测、被动人体感应检测等方法,但是效果不是很理想。
只使用单元方法,没有主动检测器,或者虽然有主动检测器,但是灵敏度不高,通常教室的灯总是在没有人的时候工作,有人在时熄灭。
这种比较原始的控制方式已经不适应电器控制的智能化要求,无法实现联网控制和远程控制,也无法在系统层面进行统一管理。
在这种情形下,校园管理方面虽然严格要求放学之后关灯,但实际上仍然有大量照明用电设施在无人使用时灯火通明。
况且电气设备均有一定的使用寿命,如果电灯常亮不灭,对其寿命也有影响。
为了减轻管理学校照明工作人员的工作量以及节能降耗,本文设计了一种智能照明控制系统,该系统核心使用芯片STM32。
当教室里没有人或光线充足时,它会自动关灯;当有人或光线不足时,它会自动开灯。
基于STM32的LED智能学习型台灯系统的设计一、概述随着科技的快速发展和人们生活质量的不断提高,照明设备作为日常生活中不可或缺的一部分,其智能化、人性化、节能化的需求日益显著。
传统的台灯设计已无法满足现代人对于学习、工作照明环境的多元化需求。
基于STM32的LED智能学习型台灯系统应运而生,旨在通过先进的科技手段,提升照明设备的智能化水平,为用户创造一个舒适、健康、节能的学习环境。
本设计以STM32微控制器为核心,结合LED照明技术、传感器技术、无线通信技术等,实现台灯的智能化控制。
通过光线传感器,系统能够自动检测环境光线强度,并调节LED灯珠的亮度,确保用户始终处于舒适的照明环境中。
同时,结合人体红外传感器,台灯能够智能识别用户的存在与离开,实现自动开关灯功能,有效避免能源浪费。
本设计还引入学习模式,通过用户的学习行为和习惯,智能调整光线色温、亮度等参数,为用户提供个性化的照明体验。
同时,系统支持通过手机APP进行远程控制和参数设置,实现用户与台灯之间的智能互动。
基于STM32的LED智能学习型台灯系统,通过集成多种先进技术,实现了台灯的智能化、人性化、节能化设计,为用户提供了一个舒适、健康、节能的学习环境。
该设计不仅满足了现代人对照明设备的多元化需求,同时也为照明设备的智能化发展提供了新的思路和方法。
1. 研究背景:介绍传统台灯与现代学习需求之间的不匹配,以及智能化台灯的市场需求和前景。
随着科技的不断进步和人们生活品质的提升,传统的台灯设计已经无法满足现代学习的多元化需求。
传统台灯通常只具备基础的照明功能,而缺乏对学习环境的智能适应和对使用者学习习惯的考虑。
现代学习不仅要求光源提供足够的亮度,还需要根据学习内容的不同调整光线色温、亮度,甚至要求台灯能够配合电子设备如平板电脑、笔记本电脑等进行智能互动。
与此同时,随着物联网、人工智能等技术的快速发展,智能化台灯的市场需求日益凸显。
智能化台灯不仅可以通过传感器自动检测环境光线,调节至最舒适的光照条件,还可以结合学习者的用眼习惯,提供个性化的照明方案。
基于STM32的教室智能灯控系统设计作者:周康张文斌李帅杨峰来源:《物联网技术》2016年第06期摘要:针对学校照明用电浪费严重、人为手动控制不便的问题,对自动控制和手动控制相结合的教室照明控制系统进行了研究。
提出了一种以STM32芯片为核心、采集多种传感器信号的控制终端,然后把每间教室的控制终端组成网络接入上位机的智能灯控系统设计方案。
文章从单片机硬件设计、单片机程序设计和基于Qt的上位机控制程序设计三方面详细介绍了系统。
最后达到了远程控制、节约用电、提高资源利用率的目的。
经过控制变量法的实验验证,并进行了系统功能的分析,实验结果和预期效果一致。
关键词:智能灯控;多传感器;单片机;上位机;远程控制中图分类号:TP277 文献标识码:A 文章编号:2095-1302(2016)06-00-040 引言随着我国教育业的发展,学校照明用电量急速增加,电能损失也呈现出增大的趋势。
目前,国内外照明自动控制装置基本都采用被动的人体感应探测、可见光探测、热释电红外探测、声音探测等方法,但这些均存在一定的不足[1]。
首先是方式单一,没有主动探测器,或虽有主动探测器,但灵敏度不高,经常出现教室无人时照明灯却一直工作以及有人情况下灯却熄灭的情况;其次,此类系统比较分立,网络化程度不高,无法实现对全部教室的统一管理[1]。
同时,国内大、中、小学校教室以及公用区的照明灯具控制大多采用普通开关,即使学校进行严格管理,仍不可避免地出现忘记关灯的现象,特别在白天情况下更是如此,从而造成了大量的能源浪费。
此外,各种照明灯具都具有一定的使用时限,在白昼光线充足的情况下继续使用照明灯具,必然会缩短各种灯具的使用寿命[1-3]。
以西北工业大学长安校区教学楼为例,经常出现教室里空无一人或者只有一两个人,但教室里的所有照明灯都打开的现象,同时,教学楼物业管理人员每次晚自习闭楼时需要一间一间去关灯,势必造成电能和人力资源的浪费。
为了更好地达到节能降耗、提高智能化程度、减轻管理员工作负担的目的,设计了基于STM32的教室照明智能灯控系统。
技术Special TechnologyI G I T C W 专题74DIGITCW2021.050 引言当今社会,人类社会的进步越来越依赖于资源的开发与利用,与日俱增的能源需求和有限的资源数量形成了巨大的矛盾,在此背景下,节能无疑是符合可持续发展要求且“可以从身边做起”的选择[1]。
据中国电力企业联合会发展报告公布,2018年全年社会用电量为6.84万亿千瓦时,同比增长8.5%。
2019年上半年全国用电量同比增长5.5%[2]。
其中,建筑照明能耗已成为一个国家总能耗的重要组成部分。
我国照明能耗约占全国总能耗的 12%~20%,因此,减少照明能耗对节能减排具有重要意义[3]。
目前,在国内的高等院校中,教室的分配主要由教务部门安排,教室的管理与维修主要由后勤部门负责,这种管理方式容易造成教室管理的空白[4]。
这就增大了对教室管理的困难以及容易出现长明灯的现象。
推广教室智能灯光调节系统能够有效的节省电力资源,可以使教室内的亮度符合国家标准,保护学生的眼睛;还能够根据有效学生人数及分布情况智能调整灯的明暗,有效提高日光灯的使用寿命。
J.A. Lynes 在文章A sequence for daylighting design 中介绍了一种利用天顶照度测量室内照度的方法[5]。
侯贺在文章《室内墙面照度传感器布置方法及照明调光控制系统的研究》中提出了在墙面安装照度传感器测量桌面照度的方法,并阐述了灯光调节的原理[6]。
T.J.Liang等人在文章Design an Analysis of Dimming ElectronicBallast 中提出了一种开关占空比的调光方法[7]。
杨思源在《结合天然采光与灯具调光的办公室智能照明控制策略研究》一文中使用DIAlux 软件、结合自然光进行仿真,得出了适合不同天气的调光方法[8]。
现有的智能灯光调节系统大多应用于智能家居领域,极少有针对教室灯光调节的研究,且尚未发现有根据教室人数分布调节灯光的探究。
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感谢支持!(Thank you for downloading and checkingit out!)《基于STM32微控制器的智能台灯设计与功能实现》一、引言随着科技的不断发展,微型控制器在人们的生活中扮演着越来越重要的角色。
特别是在家居智能化的趋势下,微型控制器已经成为了许多智能家居设备的核心。
其中,STM32微控制器因其高性能、低功耗的特点,在智能家居领域得到了广泛的应用。
本文将围绕基于STM32微控制器的智能台灯进行设计与功能实现的研究。
背景介绍台灯作为人们日常生活中必不可少的家居产品,已经从传统的照明工具发展到了现在的智能化阶段。
智能台灯不仅能够提供光线,还能够根据环境光线、用户习惯等因素进行自动调节,从而为用户提供更加舒适、健康的照明环境。
而STM32微控制器凭借其强大的处理能力和丰富的外设资源,为智能台灯的设计与实现提供了强大的支持。
研究意义本研究旨在设计一款基于STM32微控制器的智能台灯,实现台灯的智能调节功能,提高人们的生活品质。
通过研究,可以深入了解STM32微控制器在智能家居领域的应用,为后续的相关研究提供参考和借鉴。
同时,本研究还可以推动家居智能化的发展,为人们创造更加便捷、舒适的生活环境。
国内外研究现状目前,国内外已经有很多关于基于微控制器的智能台灯设计与实现的研究。
在国外,许多研究机构和企业已经推出了具备智能调节功能的台灯产品,如PhilipsHue、LIFX等。
基于STM32的LED智能学习型台灯系统的设计共3篇基于STM32的LED智能学习型台灯系统的设计1本文将介绍一种基于STM32的LED智能学习型台灯系统的设计。
该系统采用高亮度的LED灯,具有调节亮度、调节色温、定时功能以及智能记忆等多种功能。
下面将依次阐述该系统的硬件设计和软件实现。
一、硬件设计1. LED驱动电路LED灯通常需要直流电源供电,并需要在一定的电流控制下才能达到合适的亮度。
因此,需要设计一套合适的LED驱动电路。
常见的LED驱动电路包括常流源和常压源两种。
常流源是通过设定一个恒定的电流值,来保证LED的亮度恒定,但它对电源的稳压能力要求比较高。
常压源则是通过调节输出电压来控制LED的亮度,输出电流会随之而变化,但对电源的稳压要求较低。
在这里,我们选择了常流源作为LED驱动电路,它的主要原理是通过一个电流源驱动三枚高亮度LED灯。
电流源主要是通过一个电流反馈电路来控制恒流输出,从而保证LED灯的亮度恒定。
2. 控制系统该系统的核心控制芯片采用了STM32F4系列微控制器,该芯片具有高性能、低功耗和多种接口等特点。
它的主频可以高达168MHz,可以快速响应各种操作指令,且支持多种接口,如USB、SPI和UART等。
控制系统还需要包括显示、定时、按键、温度和光感检测等模块。
其中显示模块采用了OLED显示屏,可以实时显示当前时间、亮度等信息。
定时模块采用了RTC实时时钟芯片,可以实现自动开关机、定时开关等功能。
按键模块采用了带有中断功能的按键,可以实现快速响应操作指令。
温度和光感模块采用了模拟传感器,可以实时检测环境温度和光线强度。
3. 电源供电电源供电是该系统的基础,需要确保电源电压稳定、安全,并且具有防短路和过流保护等功能。
该系统采用了带有开关和熔丝的电源适配器,可以实现快速开关和自动保护功能。
二、软件实现1. 系统初始化系统初始化主要包括各个模块的初始化、时钟设置、中断设置等。
在这里,我们需要设置系统时钟为168MHz,以便快速响应各种操作指令。
摘要:针对学校照明用电浪费严重、人为手动控制不便的问题,对自动控制和手动控制相结合的教室照明控制系统进行了研究。
提出了一种以stm32芯片为核心、采集多种传感器信号的控制终端,然后把每间教室的控制终端组成网络接入上位机的智能灯控系统设计方案。
文章从单片机硬件设计、单片机程序设计和基于qt的上位机控制程序设计三方面详细介绍了系统。
最后达到了远程控制、节约用电、提高资源利用率的目的。
经过控制变量法的实验验证,并进行了系统功能的分析,实验结果和预期效果一致。
关键词:智能灯控;多传感器;单片机;上位机;远程控制中图分类号:tp277 文献标识码:a 文章编号:2095-1302(2016)06-00-040 引言随着我国教育业的发展,学校照明用电量急速增加,电能损失也呈现出增大的趋势。
目前,国内外照明自动控制装置基本都采用被动的人体感应探测、可见光探测、热释电红外探测、声音探测等方法,但这些均存在一定的不足[1]。
首先是方式单一,没有主动探测器,或虽有主动探测器,但灵敏度不高,经常出现教室无人时照明灯却一直工作以及有人情况下灯却熄灭的情况;其次,此类系统比较分立,网络化程度不高,无法实现对全部教室的统一管理[1]。
同时,国内大、中、小学校教室以及公用区的照明灯具控制大多采用普通开关,即使学校进行严格管理,仍不可避免地出现忘记关灯的现象,特别在白天情况下更是如此,从而造成了大量的能源浪费。
此外,各种照明灯具都具有一定的使用时限,在白昼光线充足的情况下继续使用照明灯具,必然会缩短各种灯具的使用寿命[1-3]。
以西北工业大学长安校区教学楼为例,经常出现教室里空无一人或者只有一两个人,但教室里的所有照明灯都打开的现象,同时,教学楼物业管理人员每次晚自习闭楼时需要一间一间去关灯,势必造成电能和人力资源的浪费。
为了更好地达到节能降耗、提高智能化程度、减轻管理员工作负担的目的,设计了基于stm32的教室照明智能灯控系统。
该系统的特点是,利用光敏电阻检测室内不同地方的光照强度,利用红外热释电传感器检测人体,采用以stm32单片机为核心设计具有数据采集和处理装置功能的控制终端,而每间教室的控制终端接入基于qt实现的上位机组成网络,能够实现在教室无人或者光照充足时自动关灯、有人到来且光照不足时自动开灯的功能,物业管理员可以查看每间教室的照明情况,通过上位机远程控制关闭教室照明,采取自动和手动相结合的方式实现对教室照明的智能控制。
1 系统整体设计及工作方式系统整体设计方案如图1所示,主要包括pc上位机控制端、串口转无线模块、教室控制终端和传感器等自动控制信号源四个部分。
结合图1可知系统有自动控制与手动控制两种工作方式。
1.1 自动控制自动控制信号源包括热释红外传感器、光敏传感器和时钟模块。
热释红外传感能够感应教室里是否有人,光敏传感器感应教室里的光照强度,时钟模块能够提供秒、分、时、日、周、月、年的信息。
在自动控制模式下,当且仅当满足如下条件时灯才会打开:(1)教室里有人;(2)教室内光照不充足;(3)教学楼开放的时间段。
1.2 手动控制用户可以在pc上位机控制端的操作界面上对教室内的照明灯进行控制,比如对某间教室的灯进行开关,或者对所有教室的灯统一开关。
并通过串口转无线模块将用户指令无线传输给指定的教室控制终端,教室控制终端完成相应的通断动作。
2 硬件电路设计智能灯控系统硬件由教室控制终端和串口转无线模块两部分组成。
2.1 微处理器微处理器选用基于cortex m3内核的32位增强型闪存微处理器stm32f103rct6作为控制核心。
其丰富的片上资源大大简化了系统硬件,降低了设计成本[4]。
2.2 控制终端设计控制终端的硬件原理框如图2所示,可看出整个电路以stm32单片机作为控制核心,包含电源转换模块、继电器控制电路、2.4 ghz无线传输电路和传感器等自动控制信号源等。
2.2.1 电源转换模块电源分为市电电源220 v;继电器控制电路的5 v电源;单片机等模块的3.3 v电源三个部分。
(1)市电220 v交流电主要给教室内的照明灯供电,另一方面经过降压、稳压和整流后给控制终端供电。
(2)对于5 v电源部分,因为开关电源的尺寸远小于降压稳压模块电路,具有很好的输出效果,输出功率满足系统工作要求,因此插座节点采用的供电方式为开关电源模块供电。
采用220 v交流供电输入,输出500 ma电流值的5 v电源[4]。
(3)对于3.3 v电源部分,采用 ams1117模块进行电源转换,加入滤波电路,使电源转换更平稳。
ams1117具有固定输出电压,低漏失电压(1 a输出电流时仅为1.2 v),限流功能,过热切断,工作温度范围宽(-40~125℃)[4]等特点。
2.2.2 继电器控制电路[4]继电器是一种电控制器件,当输入量的变化达到规定要求时,在电气输出电路中使被控量发生预定的阶跃变化的一种电器。
本电路中继电器可实现弱电控制强电,即单片机5v输出电压可以控制220 v交流电。
2.2.3 ds1302时钟电路考虑到本系统停电时需为时钟电路提供电源,故采用具有充电能力的实时时钟芯片ds1302。
该芯片对年、月、日、时、分、秒进行计时,具有闰年补偿功能,工作电压为2.5 v~5.5 v。
2.2.4 光敏传感器电路光电传感器是一种能够将光转化为电量的传感器。
光敏电阻电路除了具有将光信号转化为电信号的功能外,还具有通过lm393芯片对电信号进行放大的功能。
在无光条件或者光强达不到设定阈值时,out端口输出高电平,当外界环境光强超过设定阈值时,out端口输出低电平。
光敏传感器电路图如图3所示。
2.2.5 热释红外传感器电路热释红外传感器是基于红外线技术的能够感应人体的自动控制模块。
本文采用hc-sr501型号的传感器,其采用德国原装进口lhi778探头,具有灵敏度高,可靠性强,超低电压工作模式的特点。
2.3 串口转无线模块设计串口转无线模块的电路以stm32单片机作为控制核心,包含usb转串口电路和2.4 ghz无线传输电路。
2.3.1 usb转串口电路usb转串口电路如图4所示,该电路基于ch340设计。
ch340是一种usb总线的转接芯片,实现usb转串口等功能,在本实验中解决pc机的usb接口与单片机之间的通信问题。
stm32f103rct6提供 5个内置的串口通信模块,可方便地与ch340连接,采用两线连接串口方式,分别将stm32f103rct6的pa.9(u1_tx)、pa.10(u1_rx)与 ch340 的 p4(rxd)、p3(txd)连接。
p6(ud+)、p7(ud-)为usb差分信号。
2.3.2 2.4 ghz无线传输电路nrf24l01是nordic公司生产的一款无线通信芯片,可以实现点对点之间的无线数据通信或是一对六无线数据通信,其无线通信传输速率为0~10 mb/s,有125个可选工作频道,且为单片机系统预留5个gpio和1个中断输入引脚,适用于单片机系统构建无线通信功能[4]。
3 系统软件设计系统软件设计整体上可分为教室控制终端软件设计、串口转无线模块软件设计、上位机控制终端软件设计。
本文主要介绍教室控制终端和上位机控制终端的程序软件设计,同时介绍光敏传感器采集的电压值(adc采集)与光照强度(单位:勒克斯/lux)之间的对应关系。
3.1 电压值与光照强度的转换由于光面传感器采集的信号是电压值,而国际上常用的计量单位是勒克斯。
因此我们在室内外进行了实验,在光照相同的情况下同时用光照度计和光敏传感器采集多个样本。
本文主要介绍室内的情况。
经过matlab处理后得到图5所示的标准光照度与光敏传感器adc值的关系,同时拟合得到对应关系:y=2.66×107x-1.68。
由《国家建筑照明设计标准(gb 50034-2004)知教室的光照度应为150~300 lux,我们采用230 lux为光照阈值。
当光照度大于230 lux时,则认定教室光照充足。
3.2 教室控制终端的程序设计控制终端的整体控制程序主要包括主程序、外部中断。
其中主程序主要负责时间、光照等数据的读取和传输,教室控制终端程序流程图如图6所示。
外部中断用于响应上位机控制终端通过串口转无线模块发送的操作指令;采用中断的方式使节点能够准确响应外部操作命令,避免因查询法丢失用户命令的情况出现。
3.3 pc上位机控制终端的程序设计上位机控制终端的程序主要包括发送数据和接受数据部分,pc上位机控制终端程序流程图如图7所示。
其中发送数据部分负责通过串口转无线模块发送操作指令给下位机,主要实现手动模式的开灯和关灯操作;接受数据部分负责采集单片机发送的原始数据,并将其数字化,以直观的形式将灯光状态和环境光强度进行实时反馈,简化了管理员的操作。
3.4 基于qt编写的pc上位机软件部分的上位机由管理员登录界面和管理界面组成。
本文主要介绍图8所示的pc上位机管理界面。
管理界面的左上方用于设置相关参数,包括串口、波特率、教室号等;左下方可以显示当前时间便于提醒管理员;右面上半部分是当前教室灯光状态和光强的实时显示;右面的下半部分是功能选择,可自由切换。
其中功能包括自动和手动两种模式。
自动模式不需要人工干预,能根据教室人数和光强自动判断是否开关灯;手动模式则可以按照管理员的意愿自由实现开灯和关灯的操作,远程操控给管理员带来了极大地便利。
4 实验验证所有准备工作做好以后,我们在一间5 m × 6 m的教室进行了实验。
其模型如图9所示。
将教室化为4个区域,每个区域都有一组传感器。
一组传感器包括一个热释红外传感器和一个光敏传感器。
区域内的照明灯连接继电器,继电器连接到单片机。
教室控制终端通过nrf 无线通信连接到pc上位机端。
实验结果如下:(1)自动控制模式。
上午九点钟,教室光照充足。
从a点依次走过b点、c点及d点,灯一直没有打开。
(2)自动控制模式。
上午九点钟,拉上窗帘,教室光照不充足。
从a点依次走过b点,区域a和b的灯都亮了。
一段时间后,a区域的灯熄灭,b区域的灯依旧亮着。
(3)自动控制模式。
和教学楼管理人员协调,晚上十一点半以后进行试验,从a点依次走过b点、c点及d点,灯一直没有打开。
(4)手动控制模式。
区域a、b、c和d的灯能够根据上位机的操作打开或者关闭。
实验结果达到预期目标。
在自动控制模式下当且仅当满足教室里有人;教室内光照不充足;教学楼开放的时间段条件时灯才会打开。
5 结语本系统较好地实现了教室无人或者光照充足时或教学楼关闭时间段自动关灯,有人到来且光照不足时自动开灯的功能,并且实现了pc上位机控制端控制每个教室的照明灯。
上位机可以方便教学楼管理人员开启与关闭教室的照明灯,同时也可以统计教室使用率,统计学生上课和自习的情况等。