1、指導教師姓名（職稱）:分類號:UDC:編號:密級：公開成都信息工程大學學位論文基于STM32的光照控制系統(tǒng)設計論文作者姓名：申請學位專業(yè)：申請學位類別：論文提交日期：基于STM32的光照控制系統(tǒng)模塊的設計摘要隨著現(xiàn)今生活水平的逐年發(fā)展與提升，以及當今社會信息化的不斷加速，人們的生活、學習、工作與智能化的關系越來越密切相關。在改變人們生活方式的同時，信息科學技術與智能化科學也對人們的生活條件和環(huán)境提出了更高的挑戰(zhàn)。人們在不同的生活方式中，眼睛所需的最佳光照當然也是不同的。迄今為止，大多生活空間都是采用的單一無補償光源，很容易使眼睛產生視覺疲勞，甚至還會對眼睛造成一定程度上的傷害。所以極其容易導致

2、近視。隨著近視率的日益增加，近視已經成為我們生活中不可忽視的一個問題。針對此種現(xiàn)象，本課題的研究目標就是作出一套智能光照調節(jié)控制系統(tǒng)，不僅能實時檢測室內周圍環(huán)境光照強度和溫度，還能把檢測到的光照強度以及溫度值反饋給STM32單片機，當超出或者低于所設置的最適值時及時進行報警并根據(jù)指令作出相應調節(jié)。本項目的特點在于不僅有紅外遙控裝置，用于遠程設置閾值，還有手勢感應模塊用于當系統(tǒng)進行報警時操作者不僅可以通過相應的手勢來確定進行調節(jié)操控，使操作方式更便捷更具新意，而溫度補償模塊，可采集環(huán)境溫度,并反饋給單片機，實現(xiàn)冷暖色調的調控。關鍵詞：STM32系列單片機；室內光照；智能調節(jié)系統(tǒng);IAbstrac

3、tNowadays,withthedevelopmentandpromotionoflivingstanclardsyearbyyear,andtheconstantaccelerationofinformationtechnology,therelationshipbetweenintelligentandpeopleslife,study,workiscloser.Whilechangingthewayofpeopleslife,InformationScieneeandTechnologyandIntelligentScieneealsomakehigherchallengestopeo

4、pleslivingconditionsandcircumstancesThebestlightthatpeopleneedindifferentwaysoflifeisalsodifferentTillnow,mostlivingspacesuseasingleuncompensatedlightsource,itisveryeasytocausevisualfatigueintheeyesandevencausessomedegreeofdamagetotheeyesSofinallyitwillleadtomyopiaeasily.Withtheincreasingofmyopiarat

5、e,myopiahasbecomeaproblemwhichcannotbeignoredinourlives.Inthiscase,theaimofthisprojectistomakeasmartlightingcontrolsystem,itcannotonlymonitorofambientlightintensityandtemperatureinrealtime,butalsocanfeedbackthelightintensityandtemperaturevaluetoSTM32microcontrollerWhenthemaximumfitnessisexceededorbe

6、lowtheset,thealarmiscalledandadjustedaccordingly.Featuresofthisprojectnotonlyhavetheinfraredremotecontrolwhenthesystemistoalarmtheoperatornotonlycanbeadjustedthroughgesturestotemperatureappropriatecontrol,maketheoperationmoreconvenient,morecreativeandtemperaturecompensationmodule,cancollectenvironme

7、ntaltemperature,andfeedbacktothemicrocontroller,realizecolddayhencetonalcontro1Keywords:STM32microcontroller,indoorlighting,intelligentcontrolsystem.論文總頁數(shù)：35頁第一章緒論錯誤!未定義書簽。課題的來源及研究目的和意義錯誤!未走義書簽。國內外研究現(xiàn)狀分析錯誤!未走義書簽。本產品的主要研究目的錯誤!未走義書簽。第二章硬件電路的設計錯誤!未定義書簽。硬件電路整體設計思路錯誤!未走義書簽。哽件電略模塊的設計錯誤!未走義書簽。微小型控制器STM32fL

8、03VET6錯誤!未定義書簽。電源電路錯誤!未定義書簽。光照傳感器模塊錯誤!未定義書簽。APDS-9960手勢傳感模塊錯誤!未定義書簽。照明模塊錯誤!未定義書簽。報警模塊錯誤!未定義書簽。遙控模塊錯誤!未定義書簽。OLED液晶屏顯示模塊錯誤!未定義書簽。DS18B20溫度傳感器錯誤!未定義書簽。其他電路元件及結構錯誤!未定義書簽。第三章系統(tǒng)軟件的設計錯誤!未定義書簽。系統(tǒng)軟件的總體介紹錯誤!未走義書簽。STM32F103微控制處理器編程設計錯誤!未定義書簽。軟件功能介紹錯誤!未定義書簽。軟件特性介紹錯誤!未定義書簽。軟件的運行環(huán)境介紹錯誤!未定義書簽。軟件系統(tǒng)的硬件物理結構錯誤!未定義書簽。S

9、TM32F103微控制處理器軟件系統(tǒng)結構錯誤!未走義書簽。系統(tǒng)框架圖錯誤!未定義書簽。系統(tǒng)總的流程錯誤!未定義書簽。第四章實物設計與制作錯誤!未定義書簽。產品功能規(guī)劃錯誤!未走義書簽。產品硬件設計說明錯誤!未走義書簽。&產品的軟件系統(tǒng)說明錯誤!未走義書簽。程序流程圖錯誤!未定義書簽。程序的編寫與調試錯誤!未定義書簽。第五章結論和展望錯誤!未定義書簽。本論文研究總結錯誤!未走義書簽。前景展望錯誤!未走義書簽。參考文獻錯誤!未定義書簽。致謝錯誤!未定義書簽。聲明錯誤!未定義書簽。第一章緒論課題的來源及研究目的和意義在各領域各項技術飛速發(fā)展的今天，人們的生活水平以及生活質量相對于10年前都有了相當明

10、顯的提升。與此同時，人們身體各方面的機能也在悄然發(fā)生改變。近年來，全球各個地區(qū)的近視率都在逐年不斷上升，尤其是中國，近視率快趕超新加坡，成為全球近視率最髙的國家。世界衛(wèi)生組織2016年研究報告稱，目前中國近視患者人數(shù)已經多達6億，幾乎是全國總人口數(shù)的一半，而且這一數(shù)字還在不斷擴大，據(jù)現(xiàn)今的增長速度估計，到2020年時，我國的近視人口將多達7個億?；诖朔N現(xiàn)象，本課題設計了一種智能化調節(jié)光照強度和光照色調的光照控制系統(tǒng)，通過調節(jié)使用者所處周圍環(huán)境的光照強度以及光照的冷暖色調，調節(jié)眼睛的舒適度用以達到有效緩解用眼疲勞的目的，使大家在工作生活時眼睛保持高度的舒適度，有效緩解因為長時間工作學習和娛樂帶

11、來的視覺疲勞造成的假性近視（實質上是眼睛調節(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)操作起來比較簡單，適合各類人群使用，特別是近視率很高的中小學生，他們不用花過多精力去學習如何操作這個系統(tǒng)。并且本設計的模塊體積小、價格便宜，用法簡單新穎，適合大眾化的普遍化的消費趨勢，大家可以放在家里、辦公室、教室，不占空間，不影響美觀，這當然也是它不可忽視的優(yōu)勢之一。國內外研究現(xiàn)狀分析現(xiàn)在國內外也有很多光照控制系統(tǒng)的模塊，但大多都是用于農業(yè)大棚，城市照明等大型項目，極少有專門針對調節(jié)生活環(huán)境中光照強度和光照色調的光照控制系統(tǒng)；而在這個信息高速發(fā)展的時代背景下，

12、利用電子信息技術改善生活環(huán)境，也是大勢所趨，畢竟大家對生活質量的要求在逐年提高，所以對現(xiàn)在的智能化的電子產品也有了更高的要求，對產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，本設計在使用傳統(tǒng)紅外感應遙控的同時也加入了手勢感應模塊，使整個系統(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，使其在可靠實用的同時，更是增添了幾分樂趣。本產品的主要研究目的設計出一款能檢測周圍環(huán)境光照強度以及溫度并能自動控制的智能光照控制系統(tǒng)，能將檢測到的光照強度和溫度以及當前光照補償實時顯示在OLED顯示屏上，通過蜂鳴器來提示使用者進行調節(jié)，通過紅外遙控、手勢遙

13、控、按鍵控制等方式來調節(jié)光照強度和光照色調，使人們的眼睛盡可能在最舒適的環(huán)境中工作，來達到減緩眼睛疲勞，降低近視率的目的。第二章硬件電路的設計硬件電路整體設計思路基于STM32的光照控制系統(tǒng)，用光照采集模塊采集光照強度并傳給MCU,通過MCU算法處理，控制LED驅動電路驅動光照補償LED,在不同光照下，光照補償LED光照強度不同，考慮人性化設計，外加手勢控制模塊，對不同手勢方向做出不同反應，使光照增加或者減少，反應結果用LED光照強度顯示，結合不同場景，外加紅外遙控模塊，便于設置不同閾值，以及稍遠距離的遙控。設置光照閾值(以及不同環(huán)境不同色彩光照的顯示)，當超出閾值時，系統(tǒng)報警，低于閾值時，增

14、加光照補償，另外加了溫度檢測功能，可以根據(jù)溫度變化,顯示冷暖色調。?硬件電路模塊的設計微小型控制器STM32flO3VET6STM32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的內部RAM和ROM(flash)都比51大得多。STM32F103有64kRAM,512kROM,主頻也很髙，可髙達72MHz,因此運算能力和速度要比51單片機強大的多。STM32芯片上外設也比較豐富，10口均能當作中斷使用，定時器多達11個，PWM功能較強大，其ADC精度也達到12位，還有104DA模塊，實時時鐘等，這些都是51系列單片機遠不能及的，而且51的保護能力很差

15、，及其容易燒壞芯片，會給設計帶來不必要的負擔和麻煩。因此本設計采用的是STM32的單片機，并且將單片機模塊單獨劃分開，對調試電路的焊接以及調試都有極大的好處。在單片機最小系統(tǒng)板上設有復位鍵，當程序運行受到外界強大干擾而出現(xiàn)故障時可以手動及時復位初始化程序，使程序重頭開始運行，這樣也從一定程度上保護了單片機和其它電路結構以及系統(tǒng)的穩(wěn)定性。電源電路本設計采用交流供電，電源插座部分用的是貼片式DC005,便于手工做板和加工，同時貼片無孔設計可很好的保護介質基板的板結構，使其更加牢固不易損壞，也使供電時相對方便。開關部分并沒有采用常用的六腳自鎖開關，而是采用了貼片兩腳自鎖開關，這種開關的優(yōu)勢在于貼片設

16、計，便于加工以及保護基板性能，也便于按鍵的更換，同時大封裝的設計，使電路可以過更大的電流，避免了六角自鎖開關因為電流不夠而燒壞的危險，使LED充分發(fā)光。電源電路中還有兩個穩(wěn)壓模塊，一是1017805,作用是將變壓器電源的輸入9V電壓穩(wěn)定到5V給整個電路系統(tǒng)供電。三端穩(wěn)壓IC用lm78系列芯片來組成,穩(wěn)壓電源電路內部有多種保護電路，包括過流、過熱保護以及調整管，因此使用起來可靠、方便，而且其價格便宜，性價比高，便于商品化批量生產。還有一個則是AMS1117穩(wěn)壓器，目的是給單片機以及幾個外設模塊提供穩(wěn)定的電壓。在應用這兩個模塊時分別用優(yōu)質輕電容和0805瓷片電容進行了電源濾波，一大一小的電容容量處

17、理，可以使電路中的高頻和低頻雜波干擾信號充分被吸收，使電路更加穩(wěn)定可靠。之所以本設計不考慮采用220V供電，以及采用220V的電燈，因為220V已經遠遠超岀了對人體安全的電壓范圍，容易產生事故，發(fā)生危險，同時，5V的LED亮度已經完全能夠達到照明效果，且更加節(jié)能安全環(huán)保。VCC5V3111GNDUU4AMS1117二+-(s一已AE.9noez圖2-1電源電路（a）VCCS1GND圖2-2電源電路（b）光照傳感器模塊本設計在光照感應方面不僅用了GY-30光照傳感器模塊，還在旁邊加了兩個光敏電阻。當其中一部分被遮掙住時，另一部分也可以對光照強度進行檢測,能有效減少環(huán)境因素對本設計的影響，從一定程

18、度上保證了產品性能。之所以釆用GY-30光照傳感器，是因為它有接近于視覺靈敏度的分光特性，能檢測到的光照強度的范圍也比較寬，為0-65535lx,而且它有內置的16bitAD轉換器,可以直接數(shù)字輸出，省去復雜的計算，還有一點是它用的是應用比較廣泛的IIC通信協(xié)議，本身的價格也較為便宜。本設計所采用的光敏電阻的特性是隨光照強度的增大，阻值減小，則單片機采集到的AD值變大，將會控制LED燈的亮度變暗，從而實現(xiàn)控制光照強度的目的。7oo32.6mmGY-30vccSCLSDAADDRGND供電電源3-5vIIC總線時鐘引腳口C總線數(shù)據(jù)引腳BH1750I代喪富地址引腳電源地1芯片BH1750FVI2低

19、功耗3.3惟壓器（3v-5倔電兼容）3電平轉換（3v-5v系統(tǒng)通信兼容）圖2-3GY-30光照傳感器示意圖APDS-9960手勢傳感模塊該模塊同樣是采用的lie通信協(xié)議，它有一下幾個特點：第一點，也是最顯著的就是體積微小，市面上比較常見，價格相對比較便宜；第二是它的FC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,它有四個獨立的二極管，可感應不同的方向，使它的功能更加多樣化；第五，它能對RGBC光進行感測，并且內部帶有UV-IR遮光濾光片，可實現(xiàn)精準的環(huán)境光和相關色溫感測。所以該模塊能對不同手勢進行感測，并將感測到的數(shù)據(jù)發(fā)送到主控單片機上，從而改變三通道LED的光照強度

20、。照明模塊該模塊由五個一樣的部分構成，每個部分都采用的是LSC2903三通道LED驅動控制專用芯片。USC2903內部集成有MCU數(shù)字接口、數(shù)據(jù)鎖存器、LED髙壓驅動等電路。相比類似于LT3496的三通道LED驅動器，USC2902的管腳更少，體積更小，響應速度更快，更適合于這種小型的項目。它具有單線數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶匦?與其他數(shù)據(jù)傳輸互不干擾，當它線性傳輸時，可無限級聯(lián)。此外，它任意兩點傳輸距離就算超過10米也不需要額外增加任何輔助電路，為項目的硬件電路設計方面減輕了負擔，另外，它輸出端端口耐壓可達24*不容易被擊穿。三通道LED,顧名思義有三個通道，簡單來說就是它有三原色燈，分別是：Red（紅）

21、、Green（綠）、Blue（藍），可通過外圍MCU控制變換不同的復色光以及光照的強度。在電路設計方面，本設計在該模塊與單片機10口之間串聯(lián)了一個穩(wěn)壓二極管或者電阻，其目的是將大于的電壓導出，從而達到保護單片機10口的目的。VCC5VkDICR14=1100Cl上L501/IKVDl)OLTGVROUTBDINGNDIX)104GNDUCS2903UCS2903U7VCC5VGNDVCC5Vg,DVCC5VGNDGND-IVCC5VR7=l100C5卜-=104GNDOl；TRVDIOLIGVROUTBDINGND1)0UCS29O3R134=1100c104GND01.IWVl)l)OLTG

22、VROUTBDINGNDDOR19=1100C13-=r104GND01；TRVl)l)Ol.TGVROUTBDINGND1)0；CS2903R21，0C21-=r104GNDOUIKVl)l)OLIGVROUTBDINGND1)0UCS29O333RI233R1S33R20GND圖2-4三通道LED原理圖報警模塊報警提醒模塊采用的是電磁式蜂鳴器，通過單片機10口的高低電平來控制其工作狀態(tài)。在電路設計時將蜂鳴器與二極管并聯(lián)，對單片機10口以及蜂鳴器的驅動電路起到一個保護作用。再串聯(lián)一個三極管，相當于一個開關的作用，對大電流的蜂鳴器進行驅動。當電路發(fā)生短路時，三極管會被擊穿，直接導通接地，也可以

23、起到保護其他電路元件如單片機10口的作用。而且相比于其他的響鈴報警裝置，蜂鳴器具有廉價、體積小、聲調可調、實用性高、運用于實際電路簡單等優(yōu)點。圖2-5蜂鳴器原理圖遙控模塊本設計的遙控模塊采用的是紅外感應遙控，這種遙控方式在市面上比較常見（比如電視遙控器、空調遙控器、玩具車遙控器等等），而且簡便易操作，集成化的一體式設計，免去了大面積的電路設計，降低了設計成本，節(jié)約了開發(fā)時間，高效、經濟、實用，且能有效實現(xiàn)一定范圍內的遠距離遙控，為使用者提供了更方便的操作方式。對于1838系列的紅外感應器來說，體積小是它最大的特點，因為我們的成品電路板總體體積是比較小，所以使用一個體形較小的紅外感應器來節(jié)約電路

24、板的空間是十分必要的，1838系列的紅外信號接收器的市場價格相對也是比較便宜的，于是，它理所當然成了本設計遙控模塊的不二首選。OLED液晶屏顯示模塊本設計用OLED來顯示當前的光照強度、溫度值和補償光照強度，使人們能更加直觀的了解到當前的環(huán)境狀況以及電路工作狀況。以便于作出更準確的調節(jié)。從體積上考慮，本設計采用的是寸的OLED液晶顯示模塊，體積小、成本低、功耗低、使用壽命長。使用SPI協(xié)議與單片機進行通信，設計簡單?？汕袚Q界面設計使狀態(tài)值和調試值分開，簡潔易懂。圖2-6寸OLED顯示屏DS18B20溫度傳感器本設計所采用的DS18B20溫度傳感器具有體積小，抗干擾能力強，硬件設計開銷很低，精度

25、較高等特點。能檢測到的溫度范圍為一55+125C,與我們生活環(huán)境的溫度相比，已經很廣了，所以用于本設計是比較合理的，既不會浪費資源，又能達到我們想要的效果。它的工作電壓在DC,與本設計其他模塊所需電壓兼容，并在使用時它需要任何的外圍原件就能工作，大大減少了電路設計的負擔。GNDI/OUDDDD18一GND27DS18B20NCNC一36NCNC一45NCSOSI封湧圖2-7DS18B20溫度傳感器其他電路元件及結構本設計采用的都是貼片式的電容電阻，釆用單層走線，單層布板，不僅方便了焊接，而且很好的保護了底層地平面的完整性，使零勢面更加穩(wěn)定。除了上述的各大模塊，單獨設置的五個按鍵，直接與單片機1

26、0口相連，其中一個是復位按鍵，另外四個是用來分別對光照參數(shù)、溫度參數(shù)、光照強度參數(shù)值進行設置。使電路調試時更加方便，節(jié)約時間。第三章系統(tǒng)軟件的設計系統(tǒng)軟件的總體介紹本設計的系統(tǒng)軟件大體可分為兩個部分，第一部分是將光照傳感器和光敏電阻采集到的光照強度通過將模擬信號化為數(shù)字信號發(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)信息進行相應處理，再發(fā)送信號到照明模塊和報警模塊。另一部分是將手勢傳感器以及紅外遙控收到的信號發(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置閾值。這兩個部分都屬于單片機編程內容，通過各模塊感應外界環(huán)境，采集數(shù)據(jù),再將采

27、集的數(shù)據(jù)發(fā)送給單片機，在內部處理器對各數(shù)據(jù)進行相對應的處理，將處理好的數(shù)據(jù)信息再反饋給報警和光照模塊，以達到報警和改變光照強度和光照色調的效果。STM32F103微控制處理器編程設計軟件功能介紹微控制處理器軟件部分是由7任務組成的，分別是：主控任務、光照感應信號處理任務、手勢感應信號處理任務、紅外信號接收處理任務、報警器控制任務、照明控制任務。主控任務實現(xiàn)調度、控制其它的一系列相關子任務；光照感應信號處理任務是處理檢測到的周圍環(huán)境的光照強度的值，并將檢測到的光照強度的信號值傳送到主控任務；手勢感應信號處理任務負責處理感應到的外界手勢信號，再轉換成相應的值傳送到主控任務；紅外信號接收處理任務則負

28、責處理接收外界紅外發(fā)射的信號數(shù)據(jù)并進行識別，將信號傳送給主控任務;報警器控制任務用于控制蜂鳴器和LED報警顏色，通過主控任務對光照感應處理任務傳來的信號，來實現(xiàn)對報警控制任務的自動控制；照明控制任務則用于控制各個燈的亮度以及色調，是根據(jù)經過主控任務對各個子任務傳來的數(shù)據(jù)再進行處理得到的控制命令對光照強度以及光照色調的控制。軟件特性介紹微控制處理器軟件部分采用STM32F103單片機控制，使用紅外信號接收模塊進行無線通信，同時也可用手勢進行近距離控制。用主控任務來調控調度其它子任務的執(zhí)行情況，這樣的分模塊進行工作，大大的提高了單片機的運行效率和運行速度，同時也可以達到延長單片機壽命的效果。軟件的

29、運行環(huán)境介紹軟件應在以下環(huán)境中運行：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，并進行編譯生成相應執(zhí)行文件，下載到STM32F103系列單片計算機上來運行操作。系統(tǒng)的調試環(huán)境是Keil公司的MDK-ARM編譯平臺，在該平臺下利用C語言基礎完成整個程序的代碼編寫工作。在編譯完成所有程序后，利用proteul軟件進行電路仿真調試，再根據(jù)不同參數(shù)的效果對程序進行一定程度的更改，當仿真達到我們所想要的效果使，再將程序下載到STM32F103RBT6微控制器中，對實際電路進行調試，再根據(jù)實際電路的效果調整程序，直至實際電路的效果達到我們所期待的效果。軟件系統(tǒng)的硬件物理結

30、構基于STM32的光照控制系統(tǒng)模塊中的硬件由單片計算機MCU、光照感應模塊、溫度感應模塊、紅外信號接收模塊、手勢感應模塊、報警模塊、照明模塊所組成。其物理機構圖如下圖所示：照明圖3-1系統(tǒng)哽件物理結構圖STM32F103微控制處理器軟件系統(tǒng)結構系統(tǒng)框架圖微控制處理器軟件部分是由7個任務組成的，分別是：主任務、光照感應信號處理任務、手勢感應信號處理任務、紅外信號接收處理任務、溫度感應信號處理任務、報警器控制任務、照明控制任務。主控任務實現(xiàn)調度、控制其它的一系列相關任務；光照感應信號處理任務是處理檢測到的周圍環(huán)境的光照強度，并將檢測到的光照強度的信號值轉換成數(shù)字信號傳送到主任務；手勢感應信號處理任

31、務負責處理感應到的外界手勢信號，再轉換成相應的數(shù)字型號傳送到主任務；紅外信號接收處理任務則負責處理接收外界紅外遙控器發(fā)射的編碼信號，將信號傳送給主任務；溫度感應信號處理任務是處理檢測到的周圍環(huán)境的溫度值，再將檢測到的數(shù)據(jù)值發(fā)送給主控任務；報警器控制任務用于控制蜂鳴器，通過主任務對光照感應處理任務傳來的信號，來實現(xiàn)對報警控制任務的自動控制；照明控制任務則用于控制各個燈的亮度以及色調，是根據(jù)經過主控任務對各個子任務傳來的數(shù)據(jù)再進行處理得到的控制命令對光照強度以及光照色調的控制。其框架圖如下圖所示：電源STM32F103徽控制處理器圖3-2系統(tǒng)框架圖系統(tǒng)總的流程當系統(tǒng)初始化之后，開始運行，判斷周圍環(huán)

32、境光照強度是否使眼睛的舒適度達到最高，如果是，則一切正常工作，如果不是，則報警模塊發(fā)出警報，并根據(jù)接收到的指令對光照模塊的進行控制，及時有效的調節(jié)光照強度以及光照色調。第四章實物設計與制作本設計的主要目的是設計開發(fā)出一套智能的自動化的光照控制系統(tǒng)，在上述文章內容中已經闡述了整個設計的中心理論思想，實驗系統(tǒng)的組成和硬件軟件系統(tǒng)的結構以及功能，但是，在設計過程中所使用的理論知識能不能成功的運用到實際的產品當中來，這還是要通過實際的制作和不斷的測試才能得出最終的結論。下面這個章節(jié)就是將主要介紹產品的實際制作調試的過程。產品功能規(guī)劃最終的智能光照控制系統(tǒng)應該具有以下幾項主要的功能：（1）能自動感應外界

33、的光照強度，并與設定閾值做比較，當超出設定的范圍值時通過蜂鳴器進行報警，并通過對光照模塊的控制，來作出相應的調整與變化。（2）能接收紅外編碼信號，并對可以按照紅外信號的指示對光照進行一系列相應的調節(jié)。（3）能對不同的手勢作岀不同的反應，并根據(jù)相應的指定手勢調節(jié)相應的光照強度以及光照色調。（4）能對周圍環(huán)境溫度進行檢測，并將檢測到的值顯示在OLED顯示屏上,再根據(jù)設定的參數(shù)更改光照色調，達到不同溫度，有冷暖色調之分的效果。根據(jù)上述這些功能需求分析所得岀整個產品的功能框圖如下圖4-1所示，是本設計智能光照系統(tǒng)所需要完成的功能。紅外通信、手勢感應、光照強度感應、數(shù)據(jù)處理控制單元控制光照強度.光照色調

34、、報警器控制單元圖4-1產品功能框圖產品硬件設計說明在本設計的論文當中，已經在第三章中詳細介紹了整個系統(tǒng)的各部分的硬件結構組成，并且介紹了所采用的單片機的型號以及一系列相關的電路原理圖的設計構思，通過制作與調試，最終產品的硬件結構框圖如圖4-2所示。STM32F103VET6光照、報警電路模塊紅外信號接收模光照感應模塊.溫度感應模塊、顯示模塊GNDGND系統(tǒng)電源圖4-2整體系統(tǒng)硬件結構框圖光照感應模塊光照感應模塊是由兩個部分組成的，一是GY-30光照傳感器模塊，二是由兩個光敏電阻組成的光照檢測部分，這兩個部分的功能都是大同小異的，實時檢測室內周圍環(huán)境的光照強度，并同時將檢測到的值發(fā)送給單片機模

35、塊。之所以要采用兩個部分，是為了避免當某一部分出現(xiàn)故障或者被遮檔時不能正常進行工作而對整個系統(tǒng)的功能造成相應的影響，這樣子可以大大提高整個系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性。其工作方式連接示意圖如圖4-3所示。GND三VCC3V3C2P2VCCSCLSDAADGND104SCLMlOlqSDA1R410kGY30光照傳感器GNDVCC3V3R14R15II110kR16AD2光敏電阻VCC3V3R17jA、光敏電阻ADI圖4-3光照感應模塊工作方式的示意圖數(shù)據(jù)處理單元本設計的主控MCU是來自于ST公司設計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所采集到的值、紅外信號接收

36、到的控制信號和手勢感應發(fā)出的信號，還能對這些數(shù)據(jù)進行相應的分析處理，并將相應的處理指令發(fā)送給報警模塊和照明模塊。使整個系統(tǒng)在有序、高效的環(huán)境下進行。2d94VCCdddddddddddddocoor-os-rcr匸y.”cr-ior-iowitr豈=g：匚巴匸巴匚=ecLU=el二六二yPl：5PK6VBATPCI3PC140SCINKi4O$C-9PI)8PB15PB14SIW2VI16l-GNDKMda9r-iedQS6ITTI錚三一dlr-lr三F一Mnds:一d3Ed即二lirl一nd亠VCCNDG圖4-4STM32F103VET6最小系統(tǒng)原理圖電源模塊關于電源模塊部分：本設計釆用了兩

37、個穩(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換到5V和，并且使它穩(wěn)定在該值，不會產生太大波動從而對電路造成影響。本設計供電部插座部分使用的是，可以直接使用電池組供電。由于單片機的工作電壓范圍是在而光照感應模塊和手勢感應模塊模塊的工作電壓是。所以用電池組供電是足夠的，而且電壓不會特別高，大大降低了燒壞電路或者電路元件的可能性。關于如何電池電量檢測方面，32系列單片機的內部集成了ADC的轉換模塊，所以可以通過單片機來實時檢測電池組的電壓并輸入到ADC模塊之中，當電壓降低到左右時通過報警發(fā)出電壓過低的提示。通過上述方法就可以實現(xiàn)對電源電壓值的檢測。電路板的設計與制

38、作在設計與制作最終硬件電路時時，需要考慮如下幾個問題：出于保護微控制器STM32F103VET6的目的，本設計把這部分用雙排針引出來，做成可拆卸式的轉板，如果其他電路原件出現(xiàn)故障，可以及時將這部分取下來，以起到保護微控制器的目的。并且在這個模塊上單獨焊接了復位按鍵,方便初始化程序以及調節(jié)電路。在設計電路PCB的布局圖時，應使紅外遙控模塊、光照感應模塊、手勢感應模塊、報警模塊、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，對各模塊的功能的效果造成影響，同時節(jié)約板材，使電路板尺寸減小，考慮使用需要，將手勢感應模塊用一排導線引出。在畫

39、電路PCB圖的連線的過程中，不僅要考慮到系統(tǒng)體積應該盡量小，同時也應該顧及導線與導線、導線與元器件之間的間距不能太小，以免產生寄生電容，影響系統(tǒng)的可靠性，另外考慮到設計成本和實現(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7mil0而且電源線要相對其他導線要更粗，以達到大電流的暢通流過，也要避免電源線在整個PCB圖中亂走，盡可能分布在邊緣，以免電源的輸入信號對其它電路模塊和原件造成信號干擾。4）在焊接電路圖時，要保證每一個管腳都是焊接好了的，要盡可能避免虛焊和漏焊，否則會導致某些元器件不能正常工作，給調試電路帶來極大的不便和不必要的麻煩。同時不能讓烙鐵頭長時間接觸銅板或者元器

40、件，避免燙掉銅皮或長時間高溫破壞元器件的性能。當然，在焊接時也要盡可能小心，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ft*TA焊接完整之后的整個裝置如圖4-6所示。圖4-6最終硬件電路板產品的軟件系統(tǒng)說明程序流程圖圖4-7是該系統(tǒng)的程序流程圖，共分為三個環(huán)節(jié)。環(huán)節(jié)I為初始化環(huán)節(jié)，主要對各個硬件端口和功能模塊進行初始化，設定各個模塊相對應的功能，初始化STM32F103VET微控制器內部的定時器、串口等一些外設的功能；環(huán)節(jié)II為接收光強、溫度、按鍵、手勢的值，并將接收到的值進行歸一化。環(huán)節(jié)III為判斷歸一化鍵值，通過不同指令對閾值和光照亮度進行控制,再

41、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警。兩個閾值改變亮度根據(jù)采集到的亮度控制LED亮度判斷閾值是否報警圖4-7程序整體流程圖程序的編寫與調試1)初始化，初始化系統(tǒng)I/O：ii8t=0,Remote,key；dclay_init()；dw,(ul6)temp,tcmperature/10,temperature%10)；OLEDShowString(0,0,str)；sprintf(str,wL2:%d”，LEDLight)；OLEDShowString(0,16,str)；sprintf(str,wLMax：%d”，Light_HAX)；OLEDShowString(0,3

42、2,str)；sprintf(str,wLMin：%dH,Light_MIN)；OLEDShowString(0,48,str):OLEDRefreshGram():設置閾值，超出此范圍系統(tǒng)報警提醒，使用者做相應處理：voidSetLightError(u8mode,u8updown)if(mode=MAX)if(updown=UP)if(Light_MAXLight_MID)Light_MAX-=10；elseif(updown=UP)辻(Light_MIN0)Light_MIN=10;設置冷暖色，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：vo

43、idSet_Hot_Cold(floattemperature)staticu8flg=l；u8a,btc；if(temperature24)elseif(temperaturelight)change=(light_bufTight)/12；if(changeunab1cnumup)changc-二unab1enumup；else(unablenumup-=change；change=0；for(:changc0；changc)if(SetLight(DOWN)=false)unablenumdown二change；break；elseif(lightbufunab1cnumdown)cha

44、nge-二unab1enumdown；else(unablenumdown-二changc；changc=0；for(:changc0；changc)if(Set_Light(UP)=false)(1)unablenumup=change；break；light_buf=light；報警：voidCheckError(u16light)if(lightLight_MAX11lightLightJHN)BELL=1；elseBELL=0；第五章結論和展望本論文研究總結本設計課題基于STM32F103VET6微控制器的光照控制系統(tǒng)，目的是通過調節(jié)周圍環(huán)境的光照來有效的緩解用眼疲勞的現(xiàn)象，從根本上預防近視的產生。還給人們一個更加清楚的世界，使更多的人不用感受眼鏡所帶來的困擾。在日常的工作生活中，近視對于大多數(shù)而言既不是什么大病，也不是什么大問題，