<分類號(hào)：UDC：密級(jí)：公開編號(hào)：成都信息工程大學(xué)學(xué)位論文{基于STM32的光照控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)》論文作者姓名：申請(qǐng)學(xué)位專業(yè)：申請(qǐng)學(xué)位類別：指導(dǎo)教師姓名（職稱）：;論文提交日期：￥基于STM32的光照控制系統(tǒng)模塊的設(shè)計(jì)摘要隨著現(xiàn)今生活水平的逐年發(fā)展與提升，以及當(dāng)今社會(huì)信息化的不斷加速，人們的生活、學(xué)習(xí)、工作與智能化的關(guān)系越來越密切相關(guān)。在改變?nèi)藗兩罘绞降耐瑫r(shí)，信息科學(xué)技術(shù)與智能化科學(xué)也對(duì)人們的生活條件和環(huán)境提出了更高的挑戰(zhàn)。人們?cè)诓煌纳罘绞街?，眼睛所需的最佳光照?dāng)然也是不同的。迄今為止，大多生活空間都是采用的單一無補(bǔ)償光源，很容易使眼睛產(chǎn)生視覺疲勞，甚至還會(huì)對(duì)眼睛造成一定程度上的傷害。所以極其容易導(dǎo)致近視。隨著近視率的日益增加，近視已經(jīng)成為我們生活中不可忽視的一個(gè)問題。針對(duì)此種現(xiàn)象，本課題的研究目標(biāo)就是作出一套智能光照調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)，不僅能實(shí)時(shí)檢測(cè)室內(nèi)周圍環(huán)境光照強(qiáng)度和溫度，還能把檢測(cè)到的光照強(qiáng)度以及溫度值反饋給STM32單片機(jī)，當(dāng)超出或者低于所設(shè)置的最適值時(shí)及時(shí)進(jìn)行報(bào)警并根據(jù)指令作出相應(yīng)調(diào)節(jié)。本項(xiàng)目的特點(diǎn)在于不僅有紅外遙控裝置，用于遠(yuǎn)程設(shè)置閾值，還有手勢(shì)感應(yīng)模塊用于當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)行報(bào)警時(shí)操作者不僅可以通過相應(yīng)的手勢(shì)來確定進(jìn)行調(diào)節(jié)操控，使操作方式更便捷更具新意，而溫度補(bǔ)償模塊，可采集環(huán)境溫度，并反饋給單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)冷暖色調(diào)的調(diào)控。關(guān)鍵詞：STM32系列單片機(jī)；室內(nèi)光照；智能調(diào)節(jié)系統(tǒng)；

AbstractNowadays,withthedevelopmentandpromotionoflivingstandardsyearbyyear,andtheconstantaccelerationofinformationtechnology,therelationshipbetweenintelligentandpeople’slife,study,workiscloser.Whilechangingthewayofpeople’slife,InformationScienceandTechnologyandIntelligentSciencealsomakehigherchallengestopeople’slivingconditionsandcircumstances.Thebestlightthatpeopleneedindifferentwaysoflifeisalsodifferent.Tillnow,mostlivingspacesuseasingleuncompensatedlightsource,itisveryeasytocausevisualfatigueintheeyesandevencausessomedegreeofdamagetotheeyes.Sofinallyitwillleadtomyopiaeasily.Withtheincreasingofmyopiarate,myopiahasbecomeaproblemwhichcannotbeignoredinourlives.Inthiscase,theaimofthisprojectistomakeasmartlightingcontrolsystem,itcannotonlymonitorofambientlightintensityandtemperatureinrealtime,butalsocanfeedbackthelightintensityandtemperaturevaluetoSTM32microcontroller.Whenthemaximumfitnessisexceededorbelowtheset,thealarmiscalledandadjustedaccordingly.Featuresofthisprojectnotonlyhavetheinfraredremotecontrolwhenthesystemistoalarmtheoperatornotonlycanbeadjustedthroughgesturestotemperatureappropriatecontrol,maketheoperationmoreconvenient,morecreativeandtemperaturecompensationmodule,cancollectenvironmentaltemperature,andfeedbacktothemicrocontroller,realizecolddayhencetonalcontrol.Keywords:STM32microcontroller,indoorlighting,intelligentcontrolsystem.、

目錄論文總頁數(shù)：35頁第一章緒論 6課題的來源及研究目的和意義 6國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析 6本產(chǎn)品的主要研究目的 7第二章硬件電路的設(shè)計(jì) 7硬件電路整體設(shè)計(jì)思路 7&硬件電路模塊的設(shè)計(jì) 7微小型控制器STM32f103VET6 7電源電路 8光照傳感器模塊 9APDS-9960手勢(shì)傳感模塊 10照明模塊 10報(bào)警模塊 12遙控模塊 12*OLED液晶屏顯示模塊 13DS18B20溫度傳感器 13其他電路元件及結(jié)構(gòu) 14第三章系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì) 15系統(tǒng)軟件的總體介紹 15STM32F103微控制處理器編程設(shè)計(jì) 15軟件功能介紹 15軟件特性介紹 15!軟件的運(yùn)行環(huán)境介紹 16軟件系統(tǒng)的硬件物理結(jié)構(gòu) 16STM32F103微控制處理器軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 17系統(tǒng)框架圖 17系統(tǒng)總的流程 18第四章實(shí)物設(shè)計(jì)與制作 18產(chǎn)品功能規(guī)劃 18產(chǎn)品硬件設(shè)計(jì)說明 19&產(chǎn)品的軟件系統(tǒng)說明 24程序流程圖 24程序的編寫與調(diào)試 26第五章結(jié)論和展望 32本論文研究總結(jié) 32前景展望 32參考文獻(xiàn) 33致謝 34"聲明 35

第一章緒論課題的來源及研究目的和意義在各領(lǐng)域各項(xiàng)技術(shù)飛速發(fā)展的今天，人們的生活水平以及生活質(zhì)量相對(duì)于10年前都有了相當(dāng)明顯的提升。與此同時(shí)，人們身體各方面的機(jī)能也在悄然發(fā)生改變。近年來，全球各個(gè)地區(qū)的近視率都在逐年不斷上升，尤其是中國(guó)，近視率快趕超新加坡，成為全球近視率最高的國(guó)家。世界衛(wèi)生組織2016年研究報(bào)告稱，目前中國(guó)近視患者人數(shù)已經(jīng)多達(dá)6億，幾乎是全國(guó)總?cè)丝跀?shù)的一半，而且這一數(shù)字還在不斷擴(kuò)大，據(jù)現(xiàn)今的增長(zhǎng)速度估計(jì)，到2020年時(shí)，我國(guó)的近視人口將多達(dá)7個(gè)億。基于此種現(xiàn)象，本課題設(shè)計(jì)了一種智能化調(diào)節(jié)光照強(qiáng)度和光照色調(diào)的光照控制系統(tǒng)，通過調(diào)節(jié)使用者所處周圍環(huán)境的光照強(qiáng)度以及光照的冷暖色調(diào)，調(diào)節(jié)眼睛的舒適度用以達(dá)到有效緩解用眼疲勞的目的，使大家在工作生活時(shí)眼睛保持高度的舒適度，有效緩解因?yàn)殚L(zhǎng)時(shí)間工作學(xué)習(xí)和娛樂帶來的視覺疲勞造成的假性近視（實(shí)質(zhì)上是眼睛調(diào)節(jié)功能痙攣的一種功能狀態(tài)），有效防止近視，從而降低居高不下的近視率。（本課題的智能光照控制系統(tǒng)操作起來比較簡(jiǎn)單，適合各類人群使用，特別是近視率很高的中小學(xué)生，他們不用花過多精力去學(xué)習(xí)如何操作這個(gè)系統(tǒng)。并且本設(shè)計(jì)的模塊體積小、價(jià)格便宜，用法簡(jiǎn)單新穎，適合大眾化的普遍化的消費(fèi)趨勢(shì)，大家可以放在家里、辦公室、教室，不占空間，不影響美觀，這當(dāng)然也是它不可忽視的優(yōu)勢(shì)之一。國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外也有很多光照控制系統(tǒng)的模塊，但大多都是用于農(nóng)業(yè)大棚，城市照明等大型項(xiàng)目，極少有專門針對(duì)調(diào)節(jié)生活環(huán)境中光照強(qiáng)度和光照色調(diào)的光照控制系統(tǒng)；而在這個(gè)信息高速發(fā)展的時(shí)代背景下，利用電子信息技術(shù)改善生活環(huán)境，也是大勢(shì)所趨，畢竟大家對(duì)生活質(zhì)量的要求在逐年提高，所以對(duì)現(xiàn)在的智能化的電子產(chǎn)品也有了更高的要求，對(duì)產(chǎn)品的功能以及使用方式、使用范圍都有了更高更明確更具體的要求，因此，為了滿足大家的多方面要求，本設(shè)計(jì)在使用傳統(tǒng)紅外感應(yīng)遙控的同時(shí)也加入了手勢(shì)感應(yīng)模塊，使整個(gè)系統(tǒng)不僅更加智能化與人性化，更是大大提高了可操作性和普遍性，使其在可靠實(shí)用的同時(shí)，更是增添了幾分樂趣。本產(chǎn)品的主要研究目的設(shè)計(jì)出一款能檢測(cè)周圍環(huán)境光照強(qiáng)度以及溫度并能自動(dòng)控制的智能光照控制系統(tǒng)，能將檢測(cè)到的光照強(qiáng)度和溫度以及當(dāng)前光照補(bǔ)償實(shí)時(shí)顯示在OLED顯示屏上，通過蜂鳴器來提示使用者進(jìn)行調(diào)節(jié)，通過紅外遙控、手勢(shì)遙控、按鍵控制等方式來調(diào)節(jié)光照強(qiáng)度和光照色調(diào)，使人們的眼睛盡可能在最舒適的環(huán)境中工作，來達(dá)到減緩眼睛疲勞，降低近視率的目的。第二章硬件電路的設(shè)計(jì)硬件電路整體設(shè)計(jì)思路基于STM32的光照控制系統(tǒng)，用光照采集模塊采集光照強(qiáng)度并傳給MCU，通過MCU算法處理，控制LED驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)光照補(bǔ)償LED，在不同光照下，光照補(bǔ)償LED光照強(qiáng)度不同，考慮人性化設(shè)計(jì)，外加手勢(shì)控制模塊，對(duì)不同手勢(shì)方向做出不同反應(yīng)，使光照增加或者減少，反應(yīng)結(jié)果用LED光照強(qiáng)度顯示，結(jié)合不同場(chǎng)景，外加紅外遙控模塊，便于設(shè)置不同閾值，以及稍遠(yuǎn)距離的遙控。設(shè)置光照閾值（以及不同環(huán)境不同色彩光照的顯示），當(dāng)超出閾值時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警，低于閾值時(shí)，增加光照補(bǔ)償，另外加了溫度檢測(cè)功能，可以根據(jù)溫度變化，顯示冷暖色調(diào)。？硬件電路模塊的設(shè)計(jì)微小型控制器STM32f103VET6STM32是32位的微控制處理器，一次處理數(shù)據(jù)寬度為32位，而51最多只能處理8位，并且STM32的內(nèi)部RAM和ROM（flash）都比51大得多。STM32F103有64kRAM，512kROM，主頻也很高，可高達(dá)72MHz，因此運(yùn)算能力和速度要比51單片機(jī)強(qiáng)大的多。STM32芯片上外設(shè)也比較豐富，IO口均能當(dāng)作中斷使用，定時(shí)器多達(dá)11個(gè)，PWM功能較強(qiáng)大，其ADC精度也達(dá)到12位，還有DA模塊，實(shí)時(shí)時(shí)鐘等，這些都是51系列單片機(jī)遠(yuǎn)不能及的，而且51的保護(hù)能力很差，及其容易燒壞芯片，會(huì)給設(shè)計(jì)帶來不必要的負(fù)擔(dān)和麻煩。因此本設(shè)計(jì)采用的是STM32的單片機(jī)，并且將單片機(jī)模塊單獨(dú)劃分開，對(duì)調(diào)試電路的焊接以及調(diào)試都有極大的好處。在單片機(jī)最小系統(tǒng)板上設(shè)有復(fù)位鍵，當(dāng)程序運(yùn)行受到外界強(qiáng)大干擾而出現(xiàn)故障時(shí)可以手動(dòng)及時(shí)復(fù)位初始化程序，使程序重頭開始運(yùn)行，這樣也從一定程度上保護(hù)了單片機(jī)和其它電路結(jié)構(gòu)以及系統(tǒng)的穩(wěn)定性。電源電路本設(shè)計(jì)采用交流供電，電源插座部分用的是貼片式DC005，便于手工做板和加工，同時(shí)貼片無孔設(shè)計(jì)可很好的保護(hù)介質(zhì)基板的板結(jié)構(gòu)，使其更加牢固不易損壞，也使供電時(shí)相對(duì)方便。開關(guān)部分并沒有采用常用的六腳自鎖開關(guān)，而是采用了貼片兩腳自鎖開關(guān)，這種開關(guān)的優(yōu)勢(shì)在于貼片設(shè)計(jì)，便于加工以及保護(hù)基板性能，也便于按鍵的更換，同時(shí)大封裝的設(shè)計(jì)，使電路可以過更大的電流，避免了六角自鎖開關(guān)因?yàn)殡娏鞑粔蚨鵁龎牡奈ｋU(xiǎn)，使LED充分發(fā)光。電源電路中還有兩個(gè)穩(wěn)壓模塊，一是lm7805，作用是將變壓器電源的輸入9V電壓穩(wěn)定到5V給整個(gè)電路系統(tǒng)供電。三端穩(wěn)壓IC用lm78系列芯片來組成，穩(wěn)壓電源電路內(nèi)部有多種保護(hù)電路，包括過流、過熱保護(hù)以及調(diào)整管，因此使用起來可靠、方便，而且其價(jià)格便宜，性價(jià)比高，便于商品化批量生產(chǎn)。還有一個(gè)則是AMS1117穩(wěn)壓器，目的是給單片機(jī)以及幾個(gè)外設(shè)模塊提供穩(wěn)定的電壓。在應(yīng)用這兩個(gè)模塊時(shí)分別用優(yōu)質(zhì)鉭電容和0805瓷片電容進(jìn)行了電源濾波，一大一小的電容容量處理，可以使電路中的高頻和低頻雜波干擾信號(hào)充分被吸收，使電路更加穩(wěn)定可靠。之所以本設(shè)計(jì)不考慮采用220V供電，以及采用220V的電燈，因?yàn)?20V已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了對(duì)人體安全的電壓范圍，容易產(chǎn)生事故，發(fā)生危險(xiǎn)，同時(shí)，5V的LED亮度已經(jīng)完全能夠達(dá)到照明效果，且更加節(jié)能安全環(huán)保。[圖2-1電源電路（a）圖2-2電源電路（b）(光照傳感器模塊本設(shè)計(jì)在光照感應(yīng)方面不僅用了GY-30光照傳感器模塊，還在旁邊加了兩個(gè)光敏電阻。當(dāng)其中一部分被遮擋住時(shí)，另一部分也可以對(duì)光照強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)，能有效減少環(huán)境因素對(duì)本設(shè)計(jì)的影響，從一定程度上保證了產(chǎn)品性能。之所以采用GY-30光照傳感器，是因?yàn)樗薪咏谝曈X靈敏度的分光特性，能檢測(cè)到的光照強(qiáng)度的范圍也比較寬，為0-655351x，而且它有內(nèi)置的16bitAD轉(zhuǎn)換器，可以直接數(shù)字輸出，省去復(fù)雜的計(jì)算，還有一點(diǎn)是它用的是應(yīng)用比較廣泛的IIC通信協(xié)議，本身的價(jià)格也較為便宜。本設(shè)計(jì)所采用的光敏電阻的特性是隨光照強(qiáng)度的增大，阻值減小，則單片機(jī)采集到的AD值變大，將會(huì)控制LED燈的亮度變暗，從而實(shí)現(xiàn)控制光照強(qiáng)度的目的。圖2-3GY-30光照傳感器示意圖APDS-9960手勢(shì)傳感模塊該模塊同樣是采用的IIC通信協(xié)議，它有一下幾個(gè)特點(diǎn)：第一點(diǎn)，也是最顯著的就是體積微小，市面上比較常見，價(jià)格相對(duì)比較便宜；第二是它的I2C接口與專用中斷引腳兼容；第三，它的功耗極低，睡眠模式的功率僅為；第四，它有四個(gè)獨(dú)立的二極管，可感應(yīng)不同的方向，使它的功能更加多樣化；第五，它能對(duì)RGBC光進(jìn)行感測(cè)，并且內(nèi)部帶有UV-IR遮光濾光片，可實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的環(huán)境光和相關(guān)色溫感測(cè)。所以該模塊能對(duì)不同手勢(shì)進(jìn)行感測(cè)，并將感測(cè)到的數(shù)據(jù)發(fā)送到主控單片機(jī)上，從而改變?nèi)ǖ繪ED的光照強(qiáng)度。】照明模塊該模塊由五個(gè)一樣的部分構(gòu)成，每個(gè)部分都采用的是USC2903三通道LED驅(qū)動(dòng)控制專用芯片。USC2903內(nèi)部集成有MCU數(shù)字接口、數(shù)據(jù)鎖存器、LED高壓驅(qū)動(dòng)等電路。相比類似于LT3496的三通道LED驅(qū)動(dòng)器，USC2902的管腳更少，體積更小，響應(yīng)速度更快，更適合于這種小型的項(xiàng)目。它具有單線數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶匦裕c其他數(shù)據(jù)傳輸互不干擾，當(dāng)它線性傳輸時(shí)，可無限級(jí)聯(lián)。此外，它任意兩點(diǎn)傳輸距離就算超過10米也不需要額外增加任何輔助電路，為項(xiàng)目的硬件電路設(shè)計(jì)方面減輕了負(fù)擔(dān)，另外，它輸出端端口耐壓可達(dá)24V，不容易被擊穿。三通道LED，顧名思義有三個(gè)通道，簡(jiǎn)單來說就是它有三原色燈，分別是：Red（紅）、Green（綠）、Blue（藍(lán)），可通過外圍MCU控制變換不同的復(fù)色光以及光照的強(qiáng)度。在電路設(shè)計(jì)方面，本設(shè)計(jì)在該模塊與單片機(jī)IO口之間串聯(lián)了一個(gè)穩(wěn)壓二極管或者電阻，其目的是將大于的電壓導(dǎo)出，從而達(dá)到保護(hù)單片機(jī)IO口的目的。圖2-4三通道LED原理圖報(bào)警模塊報(bào)警提醒模塊采用的是電磁式蜂鳴器，通過單片機(jī)IO口的高低電平來控制其工作狀態(tài)。在電路設(shè)計(jì)時(shí)將蜂鳴器與二極管并聯(lián)，對(duì)單片機(jī)IO口以及蜂鳴器的驅(qū)動(dòng)電路起到一個(gè)保護(hù)作用。再串聯(lián)一個(gè)三極管，相當(dāng)于一個(gè)開關(guān)的作用，對(duì)大電流的蜂鳴器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。當(dāng)電路發(fā)生短路時(shí)，三極管會(huì)被擊穿，直接導(dǎo)通接地，也可以起到保護(hù)其他電路元件如單片機(jī)IO口的作用。而且相比于其他的響鈴報(bào)警裝置，蜂鳴器具有廉價(jià)、體積小、聲調(diào)可調(diào)、實(shí)用性高、運(yùn)用于實(shí)際電路簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。-圖2-5蜂鳴器原理圖遙控模塊本設(shè)計(jì)的遙控模塊采用的是紅外感應(yīng)遙控，這種遙控方式在市面上比較常見（比如電視遙控器、空調(diào)遙控器、玩具車遙控器等等），而且簡(jiǎn)便易操作，集成化的一體式設(shè)計(jì)，免去了大面積的電路設(shè)計(jì)，降低了設(shè)計(jì)成本，節(jié)約了開發(fā)時(shí)間，高效、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用，且能有效實(shí)現(xiàn)一定范圍內(nèi)的遠(yuǎn)距離遙控，為使用者提供了更方便的操作方式。對(duì)于1838系列的紅外感應(yīng)器來說，體積小是它最大的特點(diǎn)，因?yàn)槲覀兊某善冯娐钒蹇傮w體積是比較小，所以使用一個(gè)體形較小的紅外感應(yīng)器來節(jié)約電路板的空間是十分必要的，1838系列的紅外信號(hào)接收器的市場(chǎng)價(jià)格相對(duì)也是比較便宜的，于是，它理所當(dāng)然成了本設(shè)計(jì)遙控模塊的不二首選。OLED液晶屏顯示模塊本設(shè)計(jì)用OLED來顯示當(dāng)前的光照強(qiáng)度、溫度值和補(bǔ)償光照強(qiáng)度，使人們能更加直觀的了解到當(dāng)前的環(huán)境狀況以及電路工作狀況。以便于作出更準(zhǔn)確的調(diào)節(jié)。從體積上考慮，本設(shè)計(jì)采用的是寸的OLED液晶顯示模塊，體積小、成本低、功耗低、使用壽命長(zhǎng)。使用SPI協(xié)議與單片機(jī)進(jìn)行通信，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單?？汕袚Q界面設(shè)計(jì)使?fàn)顟B(tài)值和調(diào)試值分開，簡(jiǎn)潔易懂。\圖2-6寸OLED顯示屏DS18B20溫度傳感器本設(shè)計(jì)所采用的DS18B20溫度傳感器具有體積小，抗干擾能力強(qiáng)，硬件設(shè)計(jì)開銷很低，精度較高等特點(diǎn)。能檢測(cè)到的溫度范圍為－55℃～+125℃，與我們生活環(huán)境的溫度相比，已經(jīng)很廣了，所以用于本設(shè)計(jì)是比較合理的，既不會(huì)浪費(fèi)資源，又能達(dá)到我們想要的效果。它的工作電壓在~DC，與本設(shè)計(jì)其他模塊所需電壓兼容，并在使用時(shí)它需要任何的外圍原件就能工作，大大減少了電路設(shè)計(jì)的負(fù)擔(dān)。圖2-7DS18B20溫度傳感器#其他電路元件及結(jié)構(gòu)本設(shè)計(jì)采用的都是貼片式的電容電阻，采用單層走線，單層布板，不僅方便了焊接，而且很好的保護(hù)了底層地平面的完整性，使零勢(shì)面更加穩(wěn)定。除了上述的各大模塊，單獨(dú)設(shè)置的五個(gè)按鍵，直接與單片機(jī)IO口相連，其中一個(gè)是復(fù)位按鍵，另外四個(gè)是用來分別對(duì)光照參數(shù)、溫度參數(shù)、光照強(qiáng)度參數(shù)值進(jìn)行設(shè)置。使電路調(diào)試時(shí)更加方便，節(jié)約時(shí)間。第三章系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件的總體介紹、本設(shè)計(jì)的系統(tǒng)軟件大體可分為兩個(gè)部分，第一部分是將光照傳感器和光敏電阻采集到的光照強(qiáng)度通過將模擬信號(hào)化為數(shù)字信號(hào)發(fā)送給STM32F103型微控制器，微控制器再將接收到的一系列數(shù)據(jù)信息進(jìn)行相應(yīng)處理，再發(fā)送信號(hào)到照明模塊和報(bào)警模塊。另一部分是將手勢(shì)傳感器以及紅外遙控收到的信號(hào)發(fā)送到STM32F103型微控制器，通過STM32F103型微控制器來改變燈的亮度和設(shè)置閾值。這兩個(gè)部分都屬于單片機(jī)編程內(nèi)容，通過各模塊感應(yīng)外界環(huán)境，采集數(shù)據(jù)，再將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送給單片機(jī)，在內(nèi)部處理器對(duì)各數(shù)據(jù)進(jìn)行相對(duì)應(yīng)的處理，將處理好的數(shù)據(jù)信息再反饋給報(bào)警和光照模塊，以達(dá)到報(bào)警和改變光照強(qiáng)度和光照色調(diào)的效果。STM32F103微控制處理器編程設(shè)計(jì)軟件功能介紹微控制處理器軟件部分是由7任務(wù)組成的[6]，分別是：主控任務(wù)、光照感應(yīng)信號(hào)處理任務(wù)、手勢(shì)感應(yīng)信號(hào)處理任務(wù)、紅外信號(hào)接收處理任務(wù)、報(bào)警器控制任務(wù)、照明控制任務(wù)。主控任務(wù)實(shí)現(xiàn)調(diào)度、控制其它的一系列相關(guān)子任務(wù)；光照感應(yīng)信號(hào)處理任務(wù)是處理檢測(cè)到的周圍環(huán)境的光照強(qiáng)度的值，并將檢測(cè)到的光照強(qiáng)度的信號(hào)值傳送到主控任務(wù)；手勢(shì)感應(yīng)信號(hào)處理任務(wù)負(fù)責(zé)處理感應(yīng)到的外界手勢(shì)信號(hào)，再轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的值傳送到主控任務(wù)；紅外信號(hào)接收處理任務(wù)則負(fù)責(zé)處理接收外界紅外發(fā)射的信號(hào)數(shù)據(jù)并進(jìn)行識(shí)別，將信號(hào)傳送給主控任務(wù)；報(bào)警器控制任務(wù)用于控制蜂鳴器和LED報(bào)警顏色，通過主控任務(wù)對(duì)光照感應(yīng)處理任務(wù)傳來的信號(hào)，來實(shí)現(xiàn)對(duì)報(bào)警控制任務(wù)的自動(dòng)控制；照明控制任務(wù)則用于控制各個(gè)燈的亮度以及色調(diào)，是根據(jù)經(jīng)過主控任務(wù)對(duì)各個(gè)子任務(wù)傳來的數(shù)據(jù)再進(jìn)行處理得到的控制命令對(duì)光照強(qiáng)度以及光照色調(diào)的控制。軟件特性介紹微控制處理器軟件部分采用STM32F103單片機(jī)控制，使用紅外信號(hào)接收模塊進(jìn)行無線通信，同時(shí)也可用手勢(shì)進(jìn)行近距離控制。用主控任務(wù)來調(diào)控調(diào)度其它子任務(wù)的執(zhí)行情況，這樣的分模塊進(jìn)行工作，大大的提高了單片機(jī)的運(yùn)行效率和運(yùn)行速度，同時(shí)也可以達(dá)到延長(zhǎng)單片機(jī)壽命的效果。軟件的運(yùn)行環(huán)境介紹軟件應(yīng)在以下環(huán)境中運(yùn)行：；硬件環(huán)境：基于STM32的光照控制系統(tǒng)模塊。軟件是用KEIL編寫的C語言程序，并進(jìn)行編譯生成相應(yīng)執(zhí)行文件，下載到STM32F103系列單片計(jì)算機(jī)上來運(yùn)行操作。系統(tǒng)的調(diào)試環(huán)境是Keil公司的MDK-ARM編譯平臺(tái)，在該平臺(tái)下利用C語言基礎(chǔ)完成整個(gè)程序的代碼編寫工作。在編譯完成所有程序后，利用proteul軟件進(jìn)行電路仿真調(diào)試，再根據(jù)不同參數(shù)的效果對(duì)程序進(jìn)行一定程度的更改，當(dāng)仿真達(dá)到我們所想要的效果使，再將程序下載到STM32F103RBT6微控制器中，對(duì)實(shí)際電路進(jìn)行調(diào)試，再根據(jù)實(shí)際電路的效果調(diào)整程序，直至實(shí)際電路的效果達(dá)到我們所期待的效果。軟件系統(tǒng)的硬件物理結(jié)構(gòu)基于STM32的光照控制系統(tǒng)模塊中的硬件由單片計(jì)算機(jī)MCU、光照感應(yīng)模塊、溫度感應(yīng)模塊、紅外信號(hào)接收模塊、手勢(shì)感應(yīng)模塊、報(bào)警模塊、照明模塊所組成。其物理機(jī)構(gòu)圖如下圖所示：電源電源`溫度感應(yīng)MCU`溫度感應(yīng)MCU光照感應(yīng)報(bào)警光照感應(yīng)報(bào)警】】紅外信號(hào)接收手勢(shì)感應(yīng)照明手勢(shì)感應(yīng)照明圖3-1系統(tǒng)硬件物理結(jié)構(gòu)圖STM32F103微控制處理器軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)<系統(tǒng)框架圖微控制處理器軟件部分是由7個(gè)任務(wù)組成的[6]，分別是：主任務(wù)、光照感應(yīng)信號(hào)處理任務(wù)、手勢(shì)感應(yīng)信號(hào)處理任務(wù)、紅外信號(hào)接收處理任務(wù)、溫度感應(yīng)信號(hào)處理任務(wù)、報(bào)警器控制任務(wù)、照明控制任務(wù)。主控任務(wù)實(shí)現(xiàn)調(diào)度、控制其它的一系列相關(guān)任務(wù)；光照感應(yīng)信號(hào)處理任務(wù)是處理檢測(cè)到的周圍環(huán)境的光照強(qiáng)度，并將檢測(cè)到的光照強(qiáng)度的信號(hào)值轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)傳送到主任務(wù)；手勢(shì)感應(yīng)信號(hào)處理任務(wù)負(fù)責(zé)處理感應(yīng)到的外界手勢(shì)信號(hào)，再轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字型號(hào)傳送到主任務(wù)；紅外信號(hào)接收處理任務(wù)則負(fù)責(zé)處理接收外界紅外遙控器發(fā)射的編碼信號(hào)，將信號(hào)傳送給主任務(wù)；溫度感應(yīng)信號(hào)處理任務(wù)是處理檢測(cè)到的周圍環(huán)境的溫度值，再將檢測(cè)到的數(shù)據(jù)值發(fā)送給主控任務(wù)；報(bào)警器控制任務(wù)用于控制蜂鳴器，通過主任務(wù)對(duì)光照感應(yīng)處理任務(wù)傳來的信號(hào)，來實(shí)現(xiàn)對(duì)報(bào)警控制任務(wù)的自動(dòng)控制；照明控制任務(wù)則用于控制各個(gè)燈的亮度以及色調(diào)，是根據(jù)經(jīng)過主控任務(wù)對(duì)各個(gè)子任務(wù)傳來的數(shù)據(jù)再進(jìn)行處理得到的控制命令對(duì)光照強(qiáng)度以及光照色調(diào)的控制。電源其框架圖如下圖所示：電源STM32F103STM32F103微控制處理器。照明模塊）報(bào)警照明模塊）報(bào)警模塊溫度感應(yīng):模塊手勢(shì)感應(yīng)模塊'顯示模塊光照感應(yīng)}模塊主控制軟件(圖3-2系統(tǒng)框架圖系統(tǒng)總的流程當(dāng)系統(tǒng)初始化之后，開始運(yùn)行，判斷周圍環(huán)境光照強(qiáng)度是否使眼睛的舒適度達(dá)到最高，如果是，則一切正常工作，如果不是，則報(bào)警模塊發(fā)出警報(bào)，并根據(jù)接收到的指令對(duì)光照模塊的進(jìn)行控制，及時(shí)有效的調(diào)節(jié)光照強(qiáng)度以及光照色調(diào)。第四章實(shí)物設(shè)計(jì)與制作~本設(shè)計(jì)的主要目的是設(shè)計(jì)開發(fā)出一套智能的自動(dòng)化的光照控制系統(tǒng)，在上述文章內(nèi)容中已經(jīng)闡述了整個(gè)設(shè)計(jì)的中心理論思想，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的組成和硬件軟件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以及功能，但是，在設(shè)計(jì)過程中所使用的理論知識(shí)能不能成功的運(yùn)用到實(shí)際的產(chǎn)品當(dāng)中來，這還是要通過實(shí)際的制作和不斷的測(cè)試才能得出最終的結(jié)論。下面這個(gè)章節(jié)就是將主要介紹產(chǎn)品的實(shí)際制作調(diào)試的過程。產(chǎn)品功能規(guī)劃最終的智能光照控制系統(tǒng)應(yīng)該具有以下幾項(xiàng)主要的功能：（1）能自動(dòng)感應(yīng)外界的光照強(qiáng)度，并與設(shè)定閾值做比較，當(dāng)超出設(shè)定的范圍值時(shí)通過蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警，并通過對(duì)光照模塊的控制，來作出相應(yīng)的調(diào)整與變化。（2）能接收紅外編碼信號(hào)，并對(duì)可以按照紅外信號(hào)的指示對(duì)光照進(jìn)行一系列相應(yīng)的調(diào)節(jié)。（3）能對(duì)不同的手勢(shì)作出不同的反應(yīng)，并根據(jù)相應(yīng)的指定手勢(shì)調(diào)節(jié)相應(yīng)的光照強(qiáng)度以及光照色調(diào)。（4）能對(duì)周圍環(huán)境溫度進(jìn)行檢測(cè)，并將檢測(cè)到的值顯示在OLED顯示屏上，再根據(jù)設(shè)定的參數(shù)更改光照色調(diào)，達(dá)到不同溫度，有冷暖色調(diào)之分的效果。根據(jù)上述這些功能需求分析所得出整個(gè)產(chǎn)品的功能框圖如下圖4-1所示，是本設(shè)計(jì)智能光照系統(tǒng)所需要完成的功能。：數(shù)據(jù)處理控制單元控制光照強(qiáng)度、光照色調(diào)、報(bào)警器控制單元》數(shù)據(jù)處理控制單元控制光照強(qiáng)度、光照色調(diào)、報(bào)警器控制單元》紅外通信、手勢(shì)感應(yīng)、光照強(qiáng)度感應(yīng)、溫度感應(yīng)單元~圖4-1產(chǎn)品功能框圖產(chǎn)品硬件設(shè)計(jì)說明在本設(shè)計(jì)的論文當(dāng)中，已經(jīng)在第三章中詳細(xì)介紹了整個(gè)系統(tǒng)的各部分的硬件結(jié)構(gòu)組成，并且介紹了所采用的單片機(jī)的型號(hào)以及一系列相關(guān)的電路原理圖的設(shè)計(jì)構(gòu)思，通過制作與調(diào)試，最終產(chǎn)品的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖4-2所示。STM32F103VET6￥紅外信號(hào)接收模塊、手勢(shì)感應(yīng)模塊STM32F103VET6￥紅外信號(hào)接收模塊、手勢(shì)感應(yīng)模塊光照、報(bào)警電路模塊光照感應(yīng)模塊、溫度感應(yīng)模塊、顯示模塊光照感應(yīng)模塊、溫度感應(yīng)模塊、顯示模塊<系統(tǒng)電源系統(tǒng)電源\圖4-2整體系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖(1)光照感應(yīng)模塊光照感應(yīng)模塊是由兩個(gè)部分組成的，一是GY-30光照傳感器模塊，二是由兩個(gè)光敏電阻組成的光照檢測(cè)部分，這兩個(gè)部分的功能都是大同小異的，實(shí)時(shí)檢測(cè)室內(nèi)周圍環(huán)境的光照強(qiáng)度，并同時(shí)將檢測(cè)到的值發(fā)送給單片機(jī)模塊。之所以要采用兩個(gè)部分，是為了避免當(dāng)某一部分出現(xiàn)故障或者被遮擋時(shí)不能正常進(jìn)行工作而對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的功能造成相應(yīng)的影響，這樣子可以大大提高整個(gè)系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性。其工作方式連接示意圖如圖4-3所示。$圖4-3光照感應(yīng)模塊工作方式的示意圖(2)數(shù)據(jù)處理單元本設(shè)計(jì)的主控MCU是來自于ST公司設(shè)計(jì)的高性能微控制處理器器STM32F103VET6，通過微控制器不僅可以處理光照感應(yīng)所采集到的值、紅外信號(hào)接收到的控制信號(hào)和手勢(shì)感應(yīng)發(fā)出的信號(hào)，還能對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的分析處理，并將相應(yīng)的處理指令發(fā)送給報(bào)警模塊和照明模塊。使整個(gè)系統(tǒng)在有序、高效的環(huán)境下進(jìn)行。圖4-4STM32F103VET6最小系統(tǒng)原理圖(3)電源模塊*關(guān)于電源模塊部分：本設(shè)計(jì)采用了兩個(gè)穩(wěn)壓模塊，分別是lm7805和AMS1117，它們各自的作用是將外界輸入電壓轉(zhuǎn)換到5V和，并且使它穩(wěn)定在該值，不會(huì)產(chǎn)生太大波動(dòng)從而對(duì)電路造成影響。本設(shè)計(jì)供電部插座部分使用的是，可以直接使用電池組供電。由于單片機(jī)的工作電壓范圍是在~，而光照感應(yīng)模塊和手勢(shì)感應(yīng)模塊模塊的工作電壓是。所以用電池組供電是足夠的，而且電壓不會(huì)特別高，大大降低了燒壞電路或者電路元件的可能性。關(guān)于如何電池電量檢測(cè)方面，32系列單片機(jī)的內(nèi)部集成了ADC的轉(zhuǎn)換模塊，所以可以通過單片機(jī)來實(shí)時(shí)檢測(cè)電池組的電壓并輸入到ADC模塊之中，當(dāng)電壓降低到左右時(shí)通過報(bào)警發(fā)出電壓過低的提示。通過上述方法就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電源電壓值的檢測(cè)。(4)電路板的設(shè)計(jì)與制作在設(shè)計(jì)與制作最終硬件電路時(shí)時(shí)，需要考慮如下幾個(gè)問題：1)出于保護(hù)微控制器STM32F103VET6的目的，本設(shè)計(jì)把這部分用雙排針引出來，做成可拆卸式的轉(zhuǎn)板，如果其他電路原件出現(xiàn)故障，可以及時(shí)將這部分取下來，以起到保護(hù)微控制器的目的。并且在這個(gè)模塊上單獨(dú)焊接了復(fù)位按鍵，方便初始化程序以及調(diào)節(jié)電路。2)在設(shè)計(jì)電路PCB的布局圖時(shí)，應(yīng)使紅外遙控模塊、光照感應(yīng)模塊、手勢(shì)感應(yīng)模塊、報(bào)警模塊、照明模塊與微控制器STM32F103VET6的物理距離盡可能的短，以減少寄生電阻和寄生電容，減少噪聲雜音的干擾，對(duì)各模塊的功能的效果造成影響，同時(shí)節(jié)約板材，使電路板尺寸減小，考慮使用需要，將手勢(shì)感應(yīng)模塊用一排導(dǎo)線引出。3)在畫電路PCB圖的連線的過程中，不僅要考慮到系統(tǒng)體積應(yīng)該盡量小，同時(shí)也應(yīng)該顧及導(dǎo)線與導(dǎo)線、導(dǎo)線與元器件之間的間距不能太小，以免產(chǎn)生寄生電容，影響系統(tǒng)的可靠性，另外考慮到設(shè)計(jì)成本和實(shí)現(xiàn)等各方面因素，一般情況來說相鄰兩條線之間的最小間隔需保證不小于7mil。而且電源線要相對(duì)其他導(dǎo)線要更粗，以達(dá)到大電流的暢通流過，也要避免電源線在整個(gè)PCB圖中亂走，盡可能分布在邊緣，以免電源的輸入信號(hào)對(duì)其它電路模塊和原件造成信號(hào)干擾。4）在焊接電路圖時(shí)，要保證每一個(gè)管腳都是焊接好了的，要盡可能避免虛焊和漏焊，否則會(huì)導(dǎo)致某些元器件不能正常工作，給調(diào)試電路帶來極大的不便和不必要的麻煩。同時(shí)不能讓烙鐵頭長(zhǎng)時(shí)間接觸銅板或者元器件，避免燙掉銅皮或長(zhǎng)時(shí)間高溫破壞元器件的性能。當(dāng)然，在焊接時(shí)也要盡可能小心，不要燙傷自己，注意自身安全。<最后系統(tǒng)的主體電路如圖4-5所示。圖4-5系統(tǒng)主體原理圖]焊接完整之后的整個(gè)裝置如圖4-6所示。圖4-6最終硬件電路板產(chǎn)品的軟件系統(tǒng)說明程序流程圖)圖4-7是該系統(tǒng)的程序流程圖，共分為三個(gè)環(huán)節(jié)。環(huán)節(jié)I為初始化環(huán)節(jié)，主要對(duì)各個(gè)硬件端口和功能模塊進(jìn)行初始化，設(shè)定各個(gè)模塊相對(duì)應(yīng)的功能，初始化STM32F103VET微控制器內(nèi)部的定時(shí)器、串口等一些外設(shè)的功能；環(huán)節(jié)II為接收光強(qiáng)、溫度、按鍵、手勢(shì)的值，并將接收到的值進(jìn)行歸一化。環(huán)節(jié)III為判斷歸一化鍵值，通過不同指令對(duì)閾值和光照亮度進(jìn)行控制，再根據(jù)采集到的亮度控制LED燈的亮度，并判斷閾值是否需要報(bào)警。~開始開始初始化初始化得到光強(qiáng)、溫度得到光強(qiáng)、溫度;得到手勢(shì)值得到手勢(shì)值按鍵值紅外值歸一化鍵值歸一化鍵值！ 閾值控制 亮度控制 判斷鍵值判斷鍵值兩個(gè)閾值<兩個(gè)閾值<改變亮度根據(jù)采集到的亮度控制LED亮度根據(jù)采集到的亮度控制LED亮度#判斷閾值是否報(bào)警判斷閾值是否報(bào)警圖4-7程序整體流程圖程序的編寫與調(diào)試/1）初始化，初始化系統(tǒng)Ｉ／Ｏ： u8t=0,Remote,key; delay_init(); d",(u16)temp,temperature/10,temperature%10); OLED_ShowString(0,0,str); sprintf(str,"L2:%d",LED_Light); OLED_ShowString(0,16,str);] sprintf(str,"LMax:%d",Light_MAX); OLED_ShowString(0,32,str); sprintf(str,"LMin:%d",Light_MIN); OLED_ShowString(0,48,str); OLED_Refresh_Gram();。}3）設(shè)置閾值，超出此范圍系統(tǒng)報(bào)警提醒，使用者做相應(yīng)處理：voidSet_Light_Error(u8mode,u8updown){ if(mode==MAX) { if(updown==UP) {if(Light_MAX<600)Light_MAX+=10;}； else{if(Light_MAX>Light_MID)Light_MAX-=10;} }else { if(updown==UP) {if(Light_MIN<Light_MID)Light_MIN+=10;} else{if(Light_MIN>0)Light_MIN-=10;} }}；4）設(shè)置冷暖色，低于一定溫度，LED輸出暖光，高于一定溫度，LED輸出冷光，使使用者處于最舒適的光照環(huán)境：voidSet_Hot_Cold(floattemperature){ staticu8flg=1; u8a,b,c; if(temperature>24) { flg=1;- } elseif(temperature<22) { flg=0; } if(flg) { a=RGBHOT[0]/LED_Light_MAX;， b=RGBHOT[1]/LED_Light_MAX; c=RGBHOT[2]/LED_Light_MAX; RGB[0]=a*LED_Light; RGB[1]=b*LED_Light; RGB[2]=c*LED_Light; }else { a=RGBCOLD[0]/LED_Light_MAX;- b=RGBCOLD[1]/LED_Light_MAX; c=RGBCOLD[2]/LED_Light_MAX; RGB[0]=a*LED_Light; RGB[1]=b*LED_Light; RGB[2]=c*LED_Light; }}5）遙控：%voidRemote_Deal(u8Remote){ switch(Remote) { case0xa8:Set_Light_Error(MAX,UP);break; case0xe0:Set_Light_Error(MAX,DOWN);break; case0x02:Set_Light_Error(MIN,UP);break;? case0x22:Set_Light_Error(MIN,DOWN);break; case0xA2:Set_Light(DOWN);break; case0xE2:Set_Light(UP);break; } if(Remote) { BEEP_10ms(); while(1)、 { Remote=Remote_Scan(); if(Remote==0)break; } }}6）手勢(shì)控制：voidfigure_Deal(u8figure),{ if(figure) { BEEP_10ms(); } switch(figure) { case1:Set_Light(UP);break;] case2:Set_Light(DOWN);break; }}7）亮度自動(dòng)控制：voidLight_Deal(u16light){ staticu16light_buf=0,unablenumdown=0,unablenumup=0; staticu8flg=0;、 u16change; if(flg==0){light_buf=light;flg=1;} if(light_buf>light) { change=(light_buf-light)/12; if(change>unablenumup)change-=unablenumup;· else{unablenumup-=change;change=0;} for(;change>0;change--) { if(Set_Light(DOWN)==false) { unablenumdown=change; break; }} } }elseif(light_buf<light) { change=(light-light_buf)/12; if(change>unablenumdown)change-=unablenumdown; else{unablenumdown-=change;change=0;} for(;change>0;change--) {| if(Set_Light(UP)==false) { unablenumup=change; break; } } } light_buf=light; }8）報(bào)警：voidCheck_Error(u16light){ if(light>Light_MAX||light<Light_MIN) { BELL=1; }elseBELL=0;}第