基于STM32的智能互联台灯设计Word下载.docx
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同时,近视眼人数逐年增加,究其原因就在于使用台灯方法不得当,不论太亮、或是太暗,视力都会受到一定影响[2-4]。
若在台灯下长期驼背躬身学习或者工作,也可能会造成腰椎和颈椎疾病;
目前市场上出现的各型灯具,大都价格昂贵,而且未能解决以上弊端。
基于此,本设计选择STM32F103C8T6单片机作为主控芯片,利用红外传感模块、距离检测模块(Distancedetectionmodule)、环境光感知模块[5]、电话通讯模块、LED照明模块等外围设备随着外部光线的变化自动改变或熄灭光强度。
而且,为了弥补传统台灯功能单一的缺点,本款台灯增加了智能护眼、坐姿提醒[6]和电话呼叫等功能。
对此,本文拟展开如下研究论述。
1硬件设计
1.1系统结构设计[7-8]
本文以STM32F103C8T6单片机主控模块为核心,以红外传感检测模块、距离检测模块、环境光感知模块(Ambientlightperceptionmodule)等外围设备构成的控制系统设计,该系统的整体框架结构如图1所示。
系统整体设计电路如图2所示。
在图2中,红外传感模块用于检测台灯周围是否有人,实现人来灯亮、人离开灯熄灭功能;
距离检测模块与报警模块协同,实现纠正坐姿功能;
环境光感知模块用于检测外部光强,实现智能调光功能;
故障按钮模块与通讯模块协同,实现拨打电话功能。
1.2STM32F103C8T6单片机主控模块设计
控制模块选择单片机作为主控制模块。
本文中选用了STM32F103C8T6单片机[9-12]。
这是32位基于ARM的CortexTM-M3微控制器,其功能多样,不仅可以对传感器采集到的信息进行接收、甚至处理,还可以控制固化设备的功率。
经过市场调研,同时结合本系统的设计要求,因而将其选为该系统的核心芯片。
STM32F103C8T6单片机主控最小系统原理电路设计如图3所示。
1.3红外传感模块设计[13-14]
本模块采用SD02型热释电人体红外传感器作为自动控制台灯亮灭模块,因为其具有高灵敏度,高可靠性特点。
组成框图如图4所示。
1.4距离检测模块设计
本模块采用超声波测距,且具有指向性强、抗干扰能力强等特点。
其原理框图如图5所示。
1.5环境光感知模块设计[15]
本模块采用光敏二极管感知。
参考相关信息,探讨得到光敏电阻、光电二极管、光电晶体管的主要参数,详见表1。
1.6蜂鸣器报警模块设计
本模块采用了型号为TMB12A05电磁式5V一体耐高温有源蜂鸣器,且具有耐高温、环保等特点。
该模块的输入电路设计如图6所示。
1.7电话通讯模块设计[16-18]
本模块主要由GSM网络的SIM900A芯片进行控制。
SIM900A是一款工业级双频GSM/GPRS模块,可实现SMS(SMS)、传真信息传输,甚至低功耗的语音。
SIM900A工作频段双频GSM/GPRS90/1800MHz,配有1.8/3VSIM卡,内嵌TCP/IP协议,支持TCP/UDP通信,支持FTP/HTTP服务。
SIM900A的工作电压范围为3.3~4.8V,瞬时电流高达2A。
因此,供电能力不应低于2A,并且应在VBAT引脚附近使用不小于100μF的钽电容。
SIM900A具有全功能UART,支持1200~115200bps的通信速率(具有自动波特率检测功能),并支持AT命令集。
本次研究模块的设计流程如图7所示。
1.8LED灯照明模块设计
为了试验的方便,本模块采用3颗小的指示灯代替LED灯。
本次设计模块的输入电路如图9所示。
2软件设计
2.1软件设计的思想
模块化设计思想,即先分后总的思想,具体操作办法是分别调试每个硬件模块,继而协调每个模块的程序的方法。
软件设计结构如图9所示。
2.2系统程序流程设计
台灯亮灭的控制时间是利用定时器来调控,触发信号则由单片机的IO口来发送控制。
对于联网的控制采用SIM900A。
软件采用STM32CubeMX[19-21]进行初始化,keil5进行软件的开发。
系统总设计流程如图10所示。
2.3STM32F103C8T6工作状态判断程序代码设计
STM32F103C8T6工作状态判断程序代码主函数设计可表述如下。
intmain(void)
{
u16ADC_Value;
charstr1[]="
ATE1\r\n"
;
charstr2[]="
AT+COLP=1\r\n"
charstr3[]="
ATD15761697691;
\r\n"
u16adcnum;
intbobao_delay;
intnum=0;
intOFF_FLAG=0;
u16count=0;
u8close_flag=0;
u8open=0,close=0;
u8key=0;
u8hongwai;
SystemInit();
delay_init();
//延时函数初始化
Initial_UART1(115200);
ADC1_Init();
Key_Init();
//按键初始化
TIM1_Init();
//light初始化
while
(1)
if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_0)==1)//人体红外,开关灯
ADC_RegularChannelConfig(ADC1,ADC_Channel_8,1,ADC_SampleTime_239Cycles5)
ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1,ENABLE);
//使能指定的ADC1的软件转换启动功能
while(!
ADC_GetFlagStatus(ADC1,ADC_FLAG_EOC));
//等待转换结束
ADC_Value=ADC_GetConversionValue(ADC1);
//返回最近一次ADC1规则组的转换结果
delay_ms(200);
//延时
TIM_SetCompare1(TIM1,ADC_Value);
}
if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_0)==0)//灯灭
BEEP_OFF;
TIM_SetCompare1(TIM1,0);
if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_12)==0)
UART1_Put_String(str1);
delay_ms(300);
UART1_Put_String(str2);
UART1_Put_String(str3);
delay_ms(500);
TIM_SetCompare1(TIM1,1000);
3系统工作过程及工作效果
3.1系统工作过程
台灯通电后,每个模块都会初始化。
为了防止台灯自动化控制功能出现故障,本设计为此量身定制了一个故障按钮模块。
在台灯接通电源之后,随即按下故障按钮,假若台灯出现故障,则点亮的台灯就不能启用自动断电功能,这时台灯主人将会接到由台灯处自动拨打的电话提示,主人就可以给台灯断电,从而达到了节能环保的功效。
对如上工作过程可描述为:
首先,通电后,按下故障按钮,当人靠近台灯时,台灯就会点亮,而且还能根据周围环境的亮度来自动调节台灯灯光的亮度,这就可以保护人的眼睛,防止近视;
其次,人坐在台灯前学习,假若离台灯太近,内置蜂鸣器就会报警,提醒人纠正坐姿,防止近视和防止人驼背;
最后,当人起身离开台灯20s后,台灯就自动断电,从而达到了节能设计目的。
3.2系统工作效果
在通电状态下,电源指示灯处于低电平状态;
程序开始运行。
首先,当台灯感应到人的到来时,台灯自动点亮。
当人离开时,台灯不会感知人体信号,经过20s的延迟,台灯自动熄灭,达到节能的目的;
其次,智能台灯可以根据当前周围环境,自动调节出最适合的光照强度,达到了保护视力的目的;
此外在台灯旁边安装超声测距传感器,当人体离台灯的距离过近时,智能台灯触发语音提醒模块,提醒学生调整距离,矫正坐姿,防止近视和颈椎病的发生;
最后,按下故障按钮,假若台灯出现故障,则亮着的台灯就不能实现自动断电功能,这时台灯主人就会接到台灯打来的电话提示,主人就可以给台灯断电,从而达到了节能环保的功效。
上述工作命令的实际效果图即如图11所示。
图11(a)为人来灯亮、人走灯灭效果图,图11(b)为环境光感知的灯光亮暗效果图,左图中光敏电阻裸露,右图中光敏电阻被严严实实地盖住;
图11(c)为台灯自动控制系统出现故障,人走灯不灭,打电话提醒断电的效果图。
4结束语
本设计以STM32F103C8T6单片机为核心制作了一款智能台灯。
该台灯不仅具有自动照明功能,还具有人走20s后自动断电功能;
同时也可以根据房间光线,实现自动调光功能;
当人坐在台灯前学习,假若离台灯太近,蜂鸣器报警模块就会报警,提醒人纠正坐姿,防止近视和人驼背;
此外,还可以自动拨打主人电话,提醒所有者关闭电源功能,从而节能。
经过室内环境条件下设计的物体实验测试,初步测试结果表明,智能台灯能够有效实现指令的准确识别,完全满足设计目的和要求。
设计成本适中,可直接应用于智能家居和推广。
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