基于Cortex-M3的智能照明系统的设计-毕业设计论文.docx

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1、天津毕业论文基于Cortex-M3的智能照明系统的设计姓 名： 学 院： 专 业： 班 级： 指 导 教 师： 2015 年 6 月 1 日天津工业大学毕业设计（论文）任务书 题目基于Cortex-M3的智能照明系统的设计学生姓名学院名称专业班级课题类型生产实际课题意义节能减排、绿色环保是当今社会发展的一个重要主题。本课题设计的智能照明系统可自动感知周围是否有人，以及周围照明情况，进而智能地控制照明灯是否开启，以及灯的亮度调节，在节能减排方面具有重要的实际意义。任务与进度要求任务要求：利用Cortex-M3、红外感应器、光电传感器设计并制作一个智能照明系统。该系统通过红外感应器感知周围是否有人

2、，通过光电传感器感知周围的照明情况，并通过ARM对各传感信息进行综合处理，智能控制照明灯是否开启，以及灯的亮度调节，达到节能的目的。进度要求：3.1-3.15 查阅相关资料，重点了解Cortex-M3内核，外接设备工作原理及编程。3.16-3.31 设计照明系统电路原理图，各模块电路设计。4.1-4.15 购买元件，焊接实物电路，完成各个模块单独调试。4.16-4.31 电路整体统调，发现系统中问题，完善电路达到课题要求，完成毕业设计论文初稿。5.1-5.15 毕业设计论文修改。5.15-5.30 论文定稿，准备答辩。主要参考文献1 池海 , 张雨生. 浅谈智能照明控制系统的科学管理J. 致富

3、时代（下半月）,2011,(4).2 王金光. 智能照明控制策略的研究与仿真D. 上海:同济大学,2008。3 康树林,汪斌. 声光控延时开关性能分析J. 科技资讯,2009,(31).4 刘向 , 马小军 , 臧增辉. 热释电和光敏传感器在智能照明中的应用J. 低压电器,2009,(8).5 现代照明灯具市场调查J. 中国科技信息,2004,(10).6 郭起春. 对园林景观夜景照明工程中绿色照明的再认识J. 中华民居,2014(27).7 廖捷. 飞利浦照明开发中国二级市场的营销策略研究D. 广西: 广西大学,2007.起止日期2016.3.12016.5.30备注院长 教研室主任 指导教

4、师 毕业设计（论文）开题报告表 2016 年 1 月 11 日姓名学院专业电子信息工程班级题目基于Cortex-M3的智能照明系统的设计指导教师一、与本课题有关的国内外研究情况、课题研究的主要内容、目的和意义：国内外研究情况：智能照明系统是利用先进电磁调压与电子感应技术，对供电进行实时监控和跟踪，自动平滑地调节电路的电压与电流幅度，改善照明电路中不平衡负荷造成的额外功耗，提高功率因素，降低灯具与线路的工作温度，达到优化供电目的的照明控制系统。智能科技已被提升到关乎国家科学技术发展和运用的战略级层面。在国际照明展上，智能照明系统成为展会的一大亮点，众多知名厂家开始涉足其中，抢占智能领域。主要研究

5、内容：灯光调节，智能调光，延时控制，控制自如，全开全关，场景设置，通过一系列智能设计以达到智能家居要求。目的和意义：智能照明控制系统在确保灯具能够正常工作的条件下，给灯具输出一个最佳的照明功率，既可减少照明眩光，照明分布更加均匀，又可大幅度节省电能，智能照明控制系统节电率可达20%-40%。智能照明控制系统可在照明及混合电路中使用，适应性强，能在各种恶劣的电网环境和复杂的负载情况下连续稳定地工作，同时还将有效延长灯具寿命和减少维护成本。二、进度及预期结果：起止日期主要内容预期结果3.1-3.153.16-3.314.1-4.154.16-4.315.1-5.155.15-5.30查阅相关资料，

6、重点了解Cortex-M3内核，设备工作原理。利用AD工具及仿真软件设计电路原理图。购买元件，焊接实物电路，完成各模块电路调试。解决实际电路中存在的问题，完成论文初稿。修改毕业设计论文。论文定稿，准备答辩。做好系统设计的各项准备完成电路原理图设计完成实物电路制作完善电路完成论文修改完成课题，做好答辩准备完成课题的现有条件Cortex-M3开发板及相关配套资料、PC、示波器、万用表、电烙铁等仪器和工具，可满足本课题的实验要求。审查意见指导教师： 年 月 日学院意见主管领导： 年 月 日天津工业大学毕业论文进度检查记录 题目智能照明学生姓名学院名称电子与信息学院专业班级指导教师姓名指导教师职称日

7、期指 导 记 录天津工业大学本科毕业论文评阅表（论文类） 题目智能照明学生姓名学生班级指导教师姓名评审项目指标满分评分选题能体现本专业培养目标，使学生得到较全面训练。题目大小、难度适中，学生工作量饱满，经努力能完成。10题目与生产、科研等实际问题结合紧密。10课题调研、文献检索能独立查阅文献以及从事其他形式的调研，能较好地理解课题任务并提出实施方案；有分析整理各类信息，从中获取新知识的能力。15论文撰写结构严谨，理论、观点、概念表达准确、清晰。10文字通顺，用语正确，基本无错别字和病句，图表清楚，书写格式符合规范。10外文应用能正确引用外文文献，翻译准确，文字流畅。5论文水平论文论点正确，论点

8、与论据协调一致，论据充分支持论点，论证过程有说服力。15有必要的数据、资料支持，数据、资料翔实可靠，得出的结论有可验性。15论文有独到见解或有一定实用价值。10合计100意见及建议： 评阅人签名： 年 月 日天津工业大学毕业论文成绩考核表学生姓名学院名称专业班级题目智能照明1毕业设计（论文）指导教师评语及成绩：成绩： 指导教师签字： 年 月 日2毕业设计（论文）答辩委员会评语及成绩：成绩：答辩主席（或组长）签字： 年 月 日3毕业设计（论文）总成绩：a.指导教师给定成绩b.评阅教师给定成绩c.毕业答辩成绩总成绩(a0.5+b0.2+c0.3)摘 要本设计采用光电传感器模块来确定当前环境的亮暗程

9、度，采用热释电红外传感器模块来确定是否有人在该处活动，通过STM32来进行判断和控制，若达到照明条件则令灯具产生适合的照明强度，当然若是长时间没有人的时候，例如寒暑假的教室，我们也可以采用物理开关来关闭总电路。由此，我们达到了智能和节能的目的。该照明系统由于触发的时候不需要产生声音，从而避免了声控噪音的侵扰，此外它是由感应人体热量来确定照明条件，所以比起声控更能达到节能的效果。本设计完成了该系统中各节点的电路设计；完成了各控制部分的软件设计；进行了各节点的调试和系统测试。测试结果表明该系统能够实现红外信号和光敏信号的采集，通过主程序判断应达到的照明效果，并进行照明输出。该系统工作稳定，可应用于

10、教室和走廊等多种场景，在对照明智能控制和节能方面具有较好的应用前景。本设计的智能照明系统更适合于走廊和教室等公共场所中使用。关键词：照明；智能控制；STM32F103；热释电红外传感器；光敏传感器ABSTRACTThis design adopts the photoelectric sensor module to determine the brightness degree of the current environment, pyroelectric infrared sensor module is used to determine whether anyone in the d

11、epartment activities, through the STM32 to determine and control, if lighting conditions, make appropriate intensity of illumination lamps and lanterns, of course, if long time no one, such as classroom winter and summer vacation, we can also use physical switch to shut off the main circuit. Thus, w

12、e achieve the goal of the intelligence and energy saving. The lighting system due to trigger dont need to produce a sound, avoiding the acoustic noise, and it is the lighting conditions were determined by sensing the body heat, so more than voice control can achieve the result of energy saving. This

13、 design completed the system of each node in the circuit design; Completed the software design of the control part; For each node of the debugging and system test. Test results show that the system can realize the infrared signal and optical signal collection, through the main program to judge wheth

14、er meet the requirement of lighting effects, and lighting output. Stable work, this system can be applied in the classroom the corridor and a variety of scenarios, in terms of lighting intelligent control, energy conservation and has good application prospect. The design of intelligent lighting syst

15、em is more suitable for the corridors and classrooms and other public places. Keywords: Lighting; Intelligent control; Pyroelectric infrared sensor; Photosensitive sensor ; STM32F103目 录摘 要viiABSTRACTviii第一章 绪 论11.1 课题的背景11.2 课题的研究现状21.3 课题的目的及意义21.4 主要完成的工作3第二章 总体设计42.1 系统组成及网络结构42.1.1 MCU控制器42.1.2信

16、号采集模块52.2 系统工作原理62.2.1 MCU控制部分工作原理62.2.2信号采集部分工作原理62.2.3 ADC工作原理62.2.4 PWM照明输出部分工作原理6第三章 硬件电路设计83.1 硬件总体设计83.2 主控硬件设计83.2.1 STM32单片机最小系统93.2.2启动模式设置接口103.2.3 USB串口电路113.2.4电源输入输出接口113.2.5功能按键模块123.3外部信息采集模块设计123.3.1光敏传感器模块133.3.2热释电红外传感器模块143.4照明模块设计15第四章 软件设计164.1软件总体设计164.2软件介绍194.2.1 MDK5194.2.2

17、FLYMCU194.3按键判断194.4 ADC信号采集204.4.1 ADC采集光敏传感器lsens的信号值214.4.2 ADC采集热释电红外传感器infrared信号值224.5 PWM控制LED照明亮度23第五章 系统测试及结果255.1外部信号采集模块的测试255.3系统整体测试27结束语28参考文献29附 录30附录1：外文资料及中文翻译30附录2：总体电路原理图41附路3：热释电红外传感器电路原理图42附录4：主程序42附录5：ADC信号采集程序44附录6：PWM输出程序45附录7：系统工作状态实物图47谢 辞48天津工业大学本科毕业论文第一章 绪 论1.1 课题的背景提起传统照

18、明系统，大多数是综合布线，使用翘板开关来控制电路，对灯具寿命损耗大，而且容易造成长明灯，造成了极大的能源浪费。但是近些年随着经济和科技的发展，半导体技术和嵌入式技术如雨后春笋般发展迅速。人们对照明灯具节能和科学管理提出了更高的要求，使得照明控制在智能化领域的地位越来越重要1。而今节能与环保已经成为现在产品开发最先考虑的问题和销售介绍中的亮点。越来越多的人对于智能照明的关注和传统的建筑照明受到时代的强烈冲击，都使得产品开发商和地产商愈发的重视智能照明。与传统的照明控制系统相比，现代智能照明控制系统具有系统化、智能化、网络化、信息化等特点2 。据有关资料统计，目前世界上总发电量的25%用于照明，这

19、也使得人们对照明智能化和绿色化的生活方式的需求越加迫切。但是由于我国在新能源研发上起步较晚，技术上也处于比较落后的局面，国内普通翘板开关还是占领着大部分市场。由于不方便控制及部分人的生活习惯问题，产生了巨大的能源浪费，身边的浪费现象随处可见，空无一人的教室开着十多盏灯，灯火通明的楼道，无人使用的卫生间彻夜不关灯。全国每年因此浪费的电量达到数十亿度。久亮不息的灯具寿命也大大缩短。灯具和开关的损坏都会反映到最后的资金浪费问题上，这些是经济社会所不能忍受的。随着电子技术的发展，尤其是数字技术的发展，用数字电路技术实现灯的自动发亮，节能节电、延长灯的寿命变得越来越成熟，而且也贴近我们的实际生活3 。以

20、现如今数字电子的技术水平，来实现灯具的更合理的控制达到延长灯具寿命和节能已经没有太大的难度，我们需要做的是让技术真正融入我们的实际生活之中。红外传感器和光敏传感器在智能照明控制中的应用提升了照明控制的智能化水平4 。降低了物理开关的损坏率。智能照明已经成为了我们日常生活的一部分，越来越多的楼道、教室等场所随处可见智能化的设备，大家也都尝到了智能化生活的甜头，因此普及率越来越高，更优质的生活方式指日可期。1.2 课题的研究现状由于近年比年来我国的器材东西行业迅速急迅崛起，中国已经成为电光源产品的主要输出国之一 5。改革开放之后，照明器材开始对外开放贸易。国内产品走向国际，国际产品同样进入中国，国

21、际化的竞争愈演愈烈。在这样的大环境下，加快产能优化，加快绿色节能光源的进程，研发不同用途的照明器材，已经是必然趋势。这也意味着，摆在我国照明器材行业面前所未有的时机和挑战，由此带来的巨大的利益也是开发商和生产商所最为关注的。随着经济全球化，发达国家产业调整，中国的劳动力成本较低，普通照明生产纷纷移步中国，由此一来，更加促进了中国成为照明器材的生产大国。展望未来的国内发展趋势，我国的光源市场还是拥有巨大的发展潜力。基础设施建设方面：航运、道路交通等讯速发展。城市亮化工程方面：绿地、广场、道路、建筑物泛光照明。这些都是照明器材行业发展的养分。就国内市场需求而言，人们生活水平逐步提高，对生存环境质量

22、的要求也越来越高，对照明电器产品提出更高的要求6 。新的建筑照明标准实施，新标准基本与国际接轨，对不同场合的照明提高了要求，同时要求生产企业适应新标准的要求，为各类照明场所提供相应的产品7 。从国际上看，我国的生产技术水平依旧较低。我国照明缺乏独创产品，模仿品居多，加工落后，重外观轻性能，结构单一，尤其在智能化照明方面落后。现阶段照明灯具一般仍旧只有开关两种状态、亮度不可控、无法根据灯光亮度不同来进行照明场景组合。随着经济和社会的发展，能源紧缺和环境污染问题进一步显现8 。每年的照明电能消耗占到电能总消耗的12%15%，我们必须以节能和环保为基本准则来加快照明行业的升级和发展。我国是照明产品的

23、生产大国，我们的目标是成为照明产品的生产强国。为了这一目标我们仍将不懈地努力9。1.3 课题的目的及意义智能照明在国内一直受到忽视，绝大多数建筑物仍然沿用传统的照明控制方式。一些智能大厦采用楼宇自控系统来监控照明，但只能实现简单的区域照明和定时开关功能10。与传统照明相比智能照明的方式优势极大，升级换代是必然趋势。1. 改善工作环境，提高工作效率。2. 节能效果可观。在智能控制之下，我们可以拥有对于可调光更优秀的实施方案，而不只传统的开关状态。当环境光照强度较强时，灯光强度自动变暗；环境光照强度较弱时，灯光自动变亮，使环境照明亮度适中。甚至可以结合家庭网关进行多场景无线操控，让我们的生活环境更

24、宜居。3. 提高管理水平，减少维护费用。智能照明控制系统将手动开关转换成智能开关，无人时可自动关闭灯具，减少了照明系统运行维护费用。本课题从实际出发，针对能源浪费问题给出了解决方案，对于传统照明方式的升级具有重要意义。1.4 主要完成的工作本课题基于智能照明的概念，设计出一套照明智能控制系统。分别设计光敏传感器模块、热释电红外传感器模块、MCU控制模块，通过光明传感器和红外传感器采集信息、以CortexM3内核的微控制器STM32为核心控制占空比输出不同照明亮度。主要完成了以下工作：1. 进行需求分析，制定系统设计的总体方案，研究照明控制方案。2. 完成MCU控制板及外围电路、光电传感器模块、

25、热释电红外传感器模块的电路设计，进行原理图的绘制，完成相关电路的调试和测试。3. 基于STM32单片机完成了主程序、光敏信号采集部分、红外信号采集部分、PWM输出部分的软件设计和调试。4. 整体程序的综合调试。55第二章 总体设计2.1 系统组成及网络结构本设计的目的在于设计出一个基于STM32的智能照明控制系统。该系统可以在MCU的控制下，通过光敏模块得到当前环境下的光照强度，通过热释电红外传感器判断当前环境下是否有人在活动，然后进行判断处理，得出当前时间应该发出的照明强度。整个智能照明控制系统的构成示意图如图2-1所示。图2-1 智能照明控制系统的构成示意图2.1.1 MCU控制器系统的设

26、计，首先需要考虑的是处理器的选用。目前市面上有各种各样、不同性能、不同价位、适合各种应用场景的单片机。单片机的选型，无非考虑单片机的内核类型、数据总线的位数、内部存储空间和外部存储空间的大小、片上资源是否满足所设计系统的应用需求、单片机IO口的多少以及单片机的主频和功耗。综合考虑单片机的性价比和功耗，MCU选择了目前应用特别广泛的STM32单片机。STM32单片机性能优越，其主频高达到72MHz。消费类电子在注重功能的同时也越来越注重用户的体验。MCU控制器资源划分如图2-2所示。图2-2 MCU控制器资源划分结构框图2.1.2信号采集模块信号采集模块由光电传感器模块和热释电红外传感器模块两部

27、分。为了开发方便、缩短开发周期，光电传感器模块由我自行焊接，而热释电红外传感器模块采用深圳捷深科技有限公司的产品HC-SR501，模块运行稳定可靠灵敏度高。综合考虑该系统对ADC的采样速率和分辨率的要求，以及对单片机片上资源的充分利用，信号的采样都采用STM32单片机的片上12位分辨率的ADC。信号采集模块对单片机的资源划分如图2-3所示。图2-3 信号采集模块资源划分结构框图2.2 系统工作原理该设计在整体上分为MCU控制部分、信号采集部分、PWM照明输出部分。信号采集部分又分为环境照明信号采集部分和人体活动红外信号采集部分。MCU控制部分在整个系统中主要起到控制系统工作时序和实现采样数据的

28、本地处理，人机交互等功能。2.2.1 MCU控制部分工作原理ARM体系结构是个非常优秀的处理器体系结构。特别适合功能专一，性能要求较高的嵌入式系统。STM32以ARM CortexM3为内核，主频最高工作在72MHz，上电之后，进行按键的判断，获取信号采集模块的信息，当条件满足时分配合适的占空比进行PWM输出。2.2.2信号采集部分工作原理信号采集部分用来与MCU控制部分对接，分别采集环境照明信号和人体活动红外信号。两个信号采集点除了采集信号的对象不同，信号调理电路不同，对样点数据的处理方法不同之外，在其它功能上非常相似。为减少误操作需要进行时间段内多次采样取平均值。环境照明信号和人体活动红外

29、信号在经过各自的信号调理电路之后被送入与之对应的ADC进行采样，然后在主控MCU的控制下通过TIM输出合适的占空比。2.2.3 ADC工作原理ADC是将模拟信号转化成数字信号的转换器，将模拟量转换为数字量。现代电子技术以各种处理器为核心，也就是说，现代电子技术核心是数字电子技术。但是人们所处的世界是个模拟的，从电子系统外部感知到的信号大部分都是模拟信号。将模拟信号变换成数字的信号，这就是ADC在所有电子系统中的作用。对于本设计信号采集模块来讲，首先不需要太高的分辨率，其次调理电路输出的信号比较纯净，幅值也满足一般ADC对输入信号的要求，从而不需要位数过高的ADC来提高对信号采样的精度。所以在该

30、系统信号采集部分上选择了STM32单片机片上的12位分辨率的ADC对光电信号和红外信号进行采样。信号经过调理电路之后直连到单片机的ADC输入引脚，除了具有节省成本的优点之外，ADC采样的控制和数据的读取都非常方便而且稳定、可靠。2.2.4 PWM照明输出部分工作原理脉宽调制（PWM）基本原理：控制方式就是对逆变电路开关器件的连通和中断进行控制，使输出端得到一系列幅值相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或所需要的波形。也就是在输出波形的半个周期中产生多个脉冲，使各脉冲的等值电压为正弦波形，所获得的输出平滑且低次谐波少。按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，即可改变逆变电路输出电压的大小，也可改变输出

31、频率11 。从主控MCU获取占空比，占空比控制着LED闪烁的频率，频率低时反映到人眼就是LED亮度低；反之，亮度高。从而达到我们的照明需求。 第三章 硬件电路设计3.1 硬件总体设计硬件设计的总体框架如图3-1所示。整个系统以STM32单片机为主控芯片，周边模块包括：电源、晶振、复位、USB串口、按键模块、光敏传感器模块、热释电红外传感器模块、LED照明模块。其中，热释电红外传感器模块采用BISS0001对红外信号进行处理，外围有相应的信号调理电路，将传感器采集到的红外信号经过处理后送入STM32单片机的片上ADC进行采样。图3-1 硬件设计总体框架框图3.2 主控硬件设计在该系统中，主控硬件

32、部分，对整个系统的工作时序进行协调和控制，ADC信号采集，扫描按键，处理当前状态，分配合适的占空比来控制PWM输出。3.2.1 STM32单片机最小系统选用STM32F103ZET6 作为 MCU，最小系统如图3-2所示。该芯片为意法半导体（ST）公司出品。STM32F1系列属于中低端的ARM微控制器，以Cortex-M3为内核的32位RISC处理器，功耗低，处理能力强，144引脚LQFP封装。该芯片拥有的资源包括：64KB SRAM、512KB FLASH、2 个基本定时器、4 个通用定时器、2 个高级定时器、2 个 DMA 控制器（共 12 个通道）、3 个 SPI、 2 个 IIC、5

33、个串口、1 个 USB、1 个 CAN、3 个 12 位 ADC、1 个 12 位 DAC、1 个 SDIO 接口、 1 个 FSMC 接口以及 112 个通用 IO 口。开发时，出于开发方便的目的选用的是STM32F1家族常用型号里面，最高配置的芯片STM32F103ZET6。在本设计中我们仅用到了电源接口、ADC、timer等很少一部分功能和GPIO接口。所以在实际的生产应用中，我们使用STM32F103C8T6就足以应对生产需求了，从而降低了生产成本。图3-2 STM32单片机最小系统原理图与ARM其它较高端处理器比较，STM32单片机的最小系统相对比较简单，该系统外接一个8MHz无源晶

34、体震荡器到单片机的震荡输入引脚OSC_IN和OSC_OUT，经过单片机内部锁相环倍频到72MHz后提供给单片机内核。只要在单片机的复位引脚NRST保持一定时间低电平，单片机将可靠复位，整个系统对复位电路要求较低，所以外接一个RC电路和一个按键分别充当单片机的上电复位电路和手动复位电路，在单片机刚上电的时刻，由于电容尚且没有容纳电荷，3.3V电源经电阻R14对电容C20充电，可以近似的看成是3.3V电源与地之间形成回路，NRST引脚上的电平被正在充电的电容拉低，当电容充电充满时，3.3V电源与地之间的回路断开，NRST引脚上的电平被3.3V电源经电阻R14拉高，单片机跳出复位状态开始正常工作。在

35、系统调试时，如果需要复位单片机系统，只需按下按键，将NRST引脚上的电平强制拉低，单片机便可以可靠复位。需要注意的是单片机的BOOT0、BOOT1引脚只有在都拉低的状态下单片机才能正常启动，否则不能。但是在烧写程序时，BOOT0引脚又必须拉高以选择相应的启动模式来烧写程序，所以在系统中将BOOT0和BOOT1引脚均由一个10K的电阻拉低到地，烧写程序时，在预留的BOOT0端口上外接3.3V电源电压就可以完成程序的烧写了。3.2.2启动模式设置接口STM32 的启动方式用BOOT0 和 BOOT1来设置，其接口如图3-3所示。其启动模式如表3-1 所示。图3-3 启动模式设置接口原理图串口下载代

36、码配置：BOOT0为1，BOOT1为 0；STM32 复位键按下后直接跑代码配置： BOOT0 为 0，BOOT1任意设置；于是有开发人员专门设计了一键下载电路，通过串口的 DTR 和 RTS 信号配置 BOOT0 和 RST 信号。不再需要用户来手动切换他们的状态，可以直接使用串口下载软件自动控制，下载代码更加方便。表3-1 BOOT启动模式表BOOT0BOOT1启动模式说明0X用户闪存存储器用户闪存存储器，也就是FLASH启动10系统存储器系统存储器启动，用于串口下载11SRAM启动SARM启动，用于在SARM中调试代码3.2.3 USB串口电路USB转串口采用CH340G，是江苏沁恒公司

37、的产品。Q2和Q3组合构成一键下载电路。flymcu软件需设置为：DTR 的低电平复位，RTS 高电平进 BootLoader。RESET 控制复位，BOOT0 是负责启动的 B0 信号。USB_232 是一个 USB接口，以便 CH340G 和电脑通信，同时可以当作开发板电源线，USB_232 是系统版的主要供电口。电路原理图如图3-4所示。图3-4 USB串口电路原理图3.2.4电源输入输出接口为了开发外部模块方便，有两个电源接口VOUT1 和 VOUT2，分别为 3.3V 和 5V输出。如图3-5所示。功率最大为1000mA，对于我们的开发来说已经完全够用。图3-5 电源输入输出接口电路

38、原理图3.2.5功能按键模块STM32单片机的其中一个特点是所有的IO口都可以作为中断源。该系统中，主控部分设置了三个用户按键分别用来控制三个工作模式，按键与单片机的接口电路如图3-6所示。KEY1、KEY2、KEY3为普通按键输入，分别连接在PE4、 PE3、PE2上，低电平有效，这里使用 STM32 的内部上拉电阻来为按键提供上拉。当有某一按键按下时，IO口被下拉到地即低电平，此时IO口上产生一个下降沿，单片机监测到按键，跳转到相应的处理程序中进行相应的处理。图3-6 按键与单片机的接口电路原理图3.3外部信息采集模块设计外部信息采集模块整体设计框图如图3-7所示，该模块在接收到主控终端的

39、指令后，STM32单片机的片上ADC对经过信号处理电路之后的信号进行采样，然后经过MCU的分析来控制输出。图3-7 外部信号采集模块设计整体框图3.3.1光敏传感器模块LS1 就是光敏电阻，当感应到的光越强，电流越大；光越弱，电流越小，可以把它看作一个电阻，光越强阻值越小，光越弱阻值越大，通过读出LSENS的电压，就能确定周围环境光照强弱。LSENS连接在 MCU 的 ADC1_IN1（ADC1通道1）上面，即 PA1 引脚。图3-8 光敏传感器模块原理图光敏传感器中有很多种。其中就有光敏电阻。很简单，它可以感应光的强弱，通过调理电路将其转化为电信号，传送至处理器，使处理器确定当前环境以便控制

40、LED灯具的开关。所以本系统就采用了这样的方式来进行光电控制。光敏电阻的伏安特性如图3-9。功能特点是：光谱范围是可见光（不包括红外线、紫外线）；响应时间快；体积小，性能稳定；价格较低。图3-9 光敏电阻伏安特性曲线该模块电路较为简单，为手动焊接，选用光敏电阻5K、电阻47K、 1K各1个。该传感器模块稳定可靠并且灵敏度高，采用3.3V直流电源供电，直接送入ADC采样。3.3.2热释电红外传感器模块世间万物都会辐射出红外线，但是它们辐射出红外线的波长不一样。动物辐射出的红外线中心波长为900010000nm，我们器材的波长灵敏度在20020000nm范围内稳定。因为加电极化的电压有极性的，所以

41、极化后的探测元也有正、负极的。传感器将两个极性相反、特性一致的探测元串接在一起，即可消除外界的干扰。对于辐射至传感器的红外辐射，热释电传感器通过安装在传感器前面的菲涅尔透镜将其聚焦后加至两个探测元上，从而使传感器输出电压信号。制造PIR的高热电材料是一种广谱材料，它的探测波长范围为200-20000nm。为了对某一波长范围的红外辐射有较高的敏度，该传感器在窗口上加装了一块干涉滤波片。这种滤波片除了只允许某些波长范围的红外辐射通过。热释电红外传感器模块中有两个元件很关键，热释电红外传感器（PIR）和菲涅尔透镜。它们分别将波长为800012000nm之间的红外信号变化转变为电信号对自然界中的白光信

42、号起抑制作用和将热释电红外传感器的红外信号折射（反射）在PIR上，并且将警戒区内分为若干区域。这样就能使用热释电红外传感器模块来感应外界环境中是否有人活动，从而判断是否应该打开灯具，方便人们进行各种活动。本系统设计要求是感应范围不小于5米。系统设计选用HCSR501人体感应模块。功能特点是：工作电压(DC4.520V)；工作温度范围广(-15+70)；感应角度为100度锥角；全自动感应；灵敏度高；噪声系数小。如图3-10。图3-10 人体感应模块电路3.4照明模块设计LED3连接在 MCU 的 PB5 引脚。外部采集信号经过MCU处理判断过后，通过LED3进行PWM输出。以达成我们最终需要的照

43、明状态。图3-11 LED模块原理图第四章 软件设计4.1软件总体设计软件部分采用MDK5进行设计，FLYMCU一键下载。软件模块包括：main、delay、usart、adc、key、timer、led等。整个系统包括主控MCU两个信号采集点和LED输出。主控MCU实现对两个信号采集点的控制及照明输出的控制，对于信号的采集涉及到ADC；而对于LED输出涉及到PWM、TIM。系统主程序流程图如图4-1。（1）上电之后，要等待按键按下，如果key1按下则LED完全打开，然后不断判断接下来是否有按键按下，直到再次有按键按下；如果key2按下则进入自动控制模式（2）；如果按下key3则依旧保持LED

44、关闭状态。（2）进入自动控制模式，首先关闭LED，然后判断是否有key1按下，如果是，则LED完全打开返回（1）；如果没有，则进入下一步（3）获取外界环境照明信号和人体活动红外信号。（3）判断是否有key1按下，如果是，则LED完全打开返回（1）；如果没有，则进入下一步。（4）判断lsens是否大于2000并且红外信号输入为1，如果不是则回到（2）中继续获取信号量；如果是则进入（5）。（5）判断是否lsens是否小于3900，如果小于则开启小夜灯模式并延时50ms；如果不大于则LED完全开启并延时50ms；然后获取人体活动红外信号，返回（4）但不需要再判断lsens。当不在满足条件时，首先关闭LED。其中有两部分比较关键，首先实现将环境照明强度转化为电压值并且将红外感应转化为高低电平，其次将电压值和高低电平经由ADC转化为数字值并在其中进行不间断测量取平均值，以便减少误操作。图4-1 系统主程序流程图主程序具体如下：int main(void)LED2_OFF;/关闭LED2TIM3_PWM_Init(899,0);/不分频。PWM频率=72000000/900=80KhzTIM_S