基于物聯(lián)網(wǎng)的工業(yè)園區(qū)內(nèi)智慧照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要：智慧照明控制系統(tǒng)在工業(yè)園區(qū)建設(shè)中扮演著至關(guān)重要的角色，不僅可以提高能源利用效率，還能夠提升工人的生活質(zhì)量。針對(duì)這一需求，本文提出了一種基于STM32F103C8T6單片機(jī)的智慧照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。該系統(tǒng)集成了超聲波檢測(cè)、光敏電阻感應(yīng)和藍(lán)牙通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了智能化的燈光控制，為工業(yè)園區(qū)的照明管理提供了創(chuàng)新解決方案。在該系統(tǒng)中，以STM32F103C8T6單片機(jī)為核心控制單元，通過(guò)兩個(gè)超聲波模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)物體距離的監(jiān)測(cè)，從而精確調(diào)節(jié)LED燈光的亮度。通過(guò)三個(gè)光敏電阻的分布式部署，系統(tǒng)能準(zhǔn)確感知環(huán)境光線條件，實(shí)現(xiàn)日夜模式的智能切換，并監(jiān)測(cè)LED燈光的正常點(diǎn)亮情況。一旦系統(tǒng)檢測(cè)到晚上有人接近但燈光未亮起時(shí)，將通過(guò)藍(lán)牙模塊即時(shí)向用戶手機(jī)發(fā)送故障報(bào)警，提高了設(shè)備的維護(hù)效率和用戶的使用體驗(yàn)。本文詳細(xì)介紹了智慧照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路、系統(tǒng)組成及功能實(shí)現(xiàn)方式，展示了該系統(tǒng)在節(jié)能減排和智能控制方面的應(yīng)用潛力。通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，證明該系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，可有效滿足園區(qū)照明的智能化需求，具有廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。這一系統(tǒng)的推廣將有助于提升工業(yè)園區(qū)的管理水平，促進(jìn)能源節(jié)約和環(huán)保減排，推動(dòng)工業(yè)園區(qū)向智慧化方向發(fā)展，為人們創(chuàng)造更舒適、更便捷的工作和生活環(huán)境。關(guān)鍵詞:STM32單片機(jī)；超聲波檢測(cè)；智能照明；藍(lán)牙通信

DesignofIntelligentLightingControlSystemforIndustrialParksBasedontheInternetofThingsAbstract:Theintelligentlightingcontrolsystemplaysacrucialroleintheconstructionofindustrialparks,notonlyimprovingenergyutilizationefficiency,butalsoenhancingthequalityoflifeofworkers.Inresponsetothisrequirement,thisarticleproposesadesignschemeforanintelligentlightingcontrolsystembasedontheSTM32F103C8T6microcontroller.Thesystemintegratesultrasonicdetection,photoresistorsensing,andBluetoothcommunicationtechnology,achievingintelligentlightingcontrolandprovidinginnovativesolutionsforlightingmanagementinindustrialparks.Inthissystem,theSTM32F103C8T6microcontrollerisusedasthecorecontrolunit,andtwoultrasonicmodulesareusedtomonitorthedistancebetweenobjects,therebyaccuratelyadjustingthebrightnessofLEDlights.Throughthedistributeddeploymentofthreephotoresistors,thesystemcanaccuratelyperceiveenvironmentallightingconditions,achieveintelligentswitchingbetweendayandnightmodes,andmonitorthenormallightingofLEDlights.Oncethesystemdetectssomeoneapproachingatnightbutthelightsarenoton,itwillimmediatelysendafaultalarmtotheuser'sphonethroughtheBluetoothmodule,improvingthemaintenanceefficiencyofthedeviceandtheuser'sexperience.Thisarticleprovidesadetailedintroductiontothedesignconcept,systemcomposition,andfunctionalimplementationofasmartlightingcontrolsystem,demonstratingthepotentialapplicationofthesysteminenergyconservation,emissionreduction,andintelligentcontrol.Throughexperimentaltesting,ithasbeenproventhatthesystemisstableandreliable,andcaneffectivelymeettheintelligentneedsofparklighting,withbroadmarketapplicationprospects.Thepromotionofthissystemwillhelpimprovethemanagementlevelofindustrialparks,promoteenergyconservation,environmentalprotectionandemissionreduction,promotethedevelopmentofindustrialparkstowardsintelligence,andcreateamorecomfortableandconvenientworkingandlivingenvironmentforpeople.Keywords:STM32microcontroller,Ultrasonictesting,Intelligentlighting,Bluetoothcommunication目錄第1章緒論 緒論研究背景物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是當(dāng)今世界上最具發(fā)展前景的技術(shù)之一，通過(guò)智能感知、識(shí)別技術(shù)等通信感知技術(shù)的廣泛應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)融合中，它被稱(chēng)為繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)之后世界信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的第三次浪潮。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用能夠使得各種設(shè)備、設(shè)施等實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，從而提高管理效率、降低運(yùn)營(yíng)成本。工業(yè)園區(qū)作為現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的重要基地，對(duì)于照明控制系統(tǒng)的要求也越來(lái)越高。傳統(tǒng)的照明控制系統(tǒng)往往存在著能耗高、管理不便等問(wèn)題，無(wú)法滿足工業(yè)園區(qū)的需求，而智慧照明控制系統(tǒng)則能夠通過(guò)對(duì)燈具的精確控制、對(duì)光照環(huán)境的智能感知等手段，實(shí)現(xiàn)對(duì)照明控制系統(tǒng)的智能化管理，從而提高照明質(zhì)量、降低能耗、提升管理效率。基于物聯(lián)網(wǎng)的工業(yè)園區(qū)內(nèi)智慧照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，旨在將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)園區(qū)的照明控制系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)對(duì)照明控制系統(tǒng)的智能化管理，提高工業(yè)園區(qū)的整體運(yùn)營(yíng)效率和管理水平。這一選題具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和應(yīng)用價(jià)值。國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1國(guó)外研究現(xiàn)狀在國(guó)外，基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧照明控制系統(tǒng)的研究相對(duì)成熟，許多研究專(zhuān)注于照明控制技術(shù)的創(chuàng)新和照明效率的提升。智能家居和建筑自動(dòng)化領(lǐng)域的公司如Lutron,Philips等，早已推出了各種智能照明解決方案，這些解決方案一般基于無(wú)線通信技術(shù)如ZigBee,WIFI等實(shí)現(xiàn)燈光的智能控制。此外，有一些研究也關(guān)注于通過(guò)使用高效的LED照明和先進(jìn)的傳感技術(shù)來(lái)減少能源消耗?；谖锫?lián)網(wǎng)的工業(yè)園區(qū)內(nèi)智慧照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)受到廣泛關(guān)注與研究，并已取得了顯著成果。國(guó)外研究者致力于系統(tǒng)創(chuàng)新與優(yōu)化，推動(dòng)通信協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化，并應(yīng)用先進(jìn)控制算法，以滿足工業(yè)園區(qū)對(duì)智能照明管理的需求。同時(shí)，他們特別注重可持續(xù)發(fā)展與環(huán)保，推動(dòng)綠色、低碳的照明解決方案。1.2.2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)對(duì)基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧照明控制系統(tǒng)的研究起步相對(duì)較晚，但發(fā)展迅速。近年來(lái)，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，國(guó)內(nèi)很多高校和研究機(jī)構(gòu)也開(kāi)始著重研究智慧照明控制系統(tǒng)。在技術(shù)層面，國(guó)內(nèi)的研究一方面?zhèn)戎赜趦?yōu)化單片機(jī)和微控制器的控制策略，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和響應(yīng)速度；另一方面，也有研究開(kāi)始將人工智能和大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用于智慧照明，用以實(shí)現(xiàn)更加精準(zhǔn)的環(huán)境感知和控制。此外，在系統(tǒng)的功耗和成本控制上，國(guó)內(nèi)的研究也在不斷努力，以適應(yīng)市場(chǎng)需求。國(guó)內(nèi)學(xué)者和工程師通過(guò)深入探索系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)、物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)、智能控制算法以及節(jié)能環(huán)保等方面的應(yīng)用，推動(dòng)了該技術(shù)的持續(xù)創(chuàng)新。目前，已有不少工業(yè)園區(qū)成功引入智慧照明控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)照明設(shè)備的遠(yuǎn)程智能監(jiān)控和高效管理，同時(shí)提供了更為舒適人性化的照明環(huán)境。然而，存在的通信協(xié)議不統(tǒng)一、系統(tǒng)安全性和隱私保護(hù)等問(wèn)題仍需進(jìn)一步解決。展望未來(lái)，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷進(jìn)步，智慧照明控制系統(tǒng)有望在更多領(lǐng)域展現(xiàn)其巨大潛力。研究方法介紹本文設(shè)計(jì)的智慧照明控制系統(tǒng)屬于智能化設(shè)備范疇，需要軟硬件兩方面的支持。一方面，需要對(duì)各環(huán)節(jié)微處理電路的工作模式、數(shù)據(jù)傳輸方式進(jìn)行理論學(xué)習(xí)。另一方面，需要對(duì)各環(huán)節(jié)的邏輯處理、控制語(yǔ)言編寫(xiě)模式進(jìn)行模擬操作。通過(guò)以下幾種研究方法，進(jìn)一步梳理、掌握整個(gè)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的核心技術(shù)框架。第一種方式是相關(guān)領(lǐng)域最新研究期刊論文的學(xué)習(xí)，通過(guò)最新期刊、論文的研讀能夠進(jìn)一步掌握當(dāng)前先進(jìn)的硬件支持以及設(shè)計(jì)技術(shù)，為設(shè)計(jì)的智慧照明控制系統(tǒng)智能化研發(fā)提供可靠的理論依據(jù)。第二種方式是最新硬件電路開(kāi)發(fā)文檔的學(xué)習(xí)，通過(guò)開(kāi)發(fā)文檔的研讀對(duì)所涉及的硬件電路規(guī)范參數(shù)、作用場(chǎng)景規(guī)范以及數(shù)據(jù)傳輸模型進(jìn)行進(jìn)一步掌握，為后續(xù)的模塊化硬件開(kāi)發(fā)智能控制、數(shù)據(jù)傳輸，夯實(shí)穩(wěn)定的理論實(shí)踐基礎(chǔ)，使得在后期的軟件控制開(kāi)發(fā)流程中實(shí)現(xiàn)硬件支持。第三種方式是邏輯控制編程開(kāi)發(fā)語(yǔ)言的學(xué)習(xí)，通過(guò)邏輯開(kāi)發(fā)語(yǔ)言的實(shí)際編碼，能夠?qū)τ布娐帆@取的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)邏輯轉(zhuǎn)存，并且實(shí)現(xiàn)各個(gè)硬件獲取電路實(shí)現(xiàn)智能化關(guān)聯(lián)。是整個(gè)智能系統(tǒng)的邏輯控制的重中之重，軟件邏輯控制編程也是整個(gè)系統(tǒng)的智能化監(jiān)測(cè)、控制、預(yù)警的核心。文章結(jié)構(gòu)說(shuō)明本文智慧照明控制系統(tǒng)主要是實(shí)現(xiàn)距離、照明燈狀態(tài)、光照強(qiáng)度信息的檢測(cè)的智能化，數(shù)據(jù)獲取方面，搭配獲取電路實(shí)現(xiàn)環(huán)境數(shù)據(jù)的采集；數(shù)據(jù)傳輸方面，搭配數(shù)據(jù)傳輸電路實(shí)現(xiàn)環(huán)境數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)存；數(shù)據(jù)處理方面，通過(guò)主控電路實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的邏輯提示。為了進(jìn)一步細(xì)化、梳理整個(gè)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)過(guò)程，本文通過(guò)多個(gè)章節(jié)實(shí)現(xiàn)從理論技術(shù)、硬件選型、邏輯控制等闡述。各章節(jié)的主要闡述說(shuō)明如下所示。緒論：本章主要任務(wù)是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)意義的說(shuō)明，通過(guò)研究背景，進(jìn)行當(dāng)前方向研究的應(yīng)用場(chǎng)景的闡述。通過(guò)現(xiàn)狀進(jìn)行當(dāng)前前沿技術(shù)的學(xué)習(xí)，對(duì)系統(tǒng)主要硬件、技術(shù)選型提供思路。通過(guò)研究方式對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的技術(shù)研究路線進(jìn)行梳理，通過(guò)多角度分析為本文的系統(tǒng)開(kāi)發(fā)提供理論基礎(chǔ)、研究思路。系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)介紹：利用了單片機(jī)技術(shù)和藍(lán)牙無(wú)線通信技術(shù)。在單片機(jī)技術(shù)方面，采用了STM32F103C8T6單片機(jī)作為主控制器，用于管理超聲波模塊、LED燈、藍(lán)牙模塊和光敏電阻。超聲波模塊用于檢測(cè)人或車(chē)的距離，并根據(jù)距離調(diào)整LED燈的亮度。光敏電阻用于檢測(cè)環(huán)境光線，并監(jiān)測(cè)LED燈的工作狀態(tài)。藍(lán)牙模塊用于將燈具故障信息發(fā)送至用戶手機(jī)。在藍(lán)牙技術(shù)方面，利用藍(lán)牙模塊實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信，通過(guò)與單片機(jī)的串行通信接口，實(shí)現(xiàn)與手機(jī)的連接和數(shù)據(jù)傳輸。系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)：本章主要任務(wù)是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的目標(biāo)需求說(shuō)明以及主要硬件電路的選型工作，通過(guò)系統(tǒng)的任務(wù)列舉以及硬件架構(gòu)說(shuō)明，進(jìn)一步的明確系統(tǒng)的任務(wù)目標(biāo)。然后通過(guò)硬件框架進(jìn)行硬件電路的選型對(duì)比，對(duì)硬件的作用場(chǎng)景、開(kāi)發(fā)周期等進(jìn)行綜合考究，選擇適用于當(dāng)前系統(tǒng)的需求。最后對(duì)硬件系統(tǒng)穩(wěn)定性指標(biāo)進(jìn)行規(guī)定，提高系統(tǒng)的兼容性、可靠性。系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)：本章主要任務(wù)是對(duì)系統(tǒng)硬件外圍電路進(jìn)行介紹，通過(guò)硬件的內(nèi)部作用參數(shù)、內(nèi)置電路熟悉了解硬件的工作原理，通過(guò)硬件的數(shù)據(jù)傳輸格式、工作連接模式等實(shí)現(xiàn)硬件的數(shù)據(jù)獲取、存儲(chǔ)。搭配硬件連接圖實(shí)現(xiàn)每個(gè)電路和主控處理器的連接，進(jìn)一步的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的硬件連接說(shuō)明，為后續(xù)系統(tǒng)的軟件邏輯控制提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)：在上一章了解過(guò)外圍電路的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存格式后，本章主要的任務(wù)是通過(guò)軟件編程實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的任務(wù)邏輯，一方面進(jìn)行編程軟件以及編程要求介紹，另一方面對(duì)各個(gè)電路控制流程進(jìn)行說(shuō)明。本章是整個(gè)系統(tǒng)的需求分析的實(shí)現(xiàn)部分。系統(tǒng)整體調(diào)試：本章任務(wù)主要是通過(guò)軟硬件調(diào)試進(jìn)一步完善系統(tǒng)的任務(wù)，確保系統(tǒng)能夠達(dá)到系統(tǒng)穩(wěn)定性指標(biāo)，使得后續(xù)系統(tǒng)的二次開(kāi)發(fā)提供有良好的兼容性。本章小結(jié)

本章主要闡述了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的工業(yè)園區(qū)智慧照明控制系統(tǒng)研究的重要性和現(xiàn)實(shí)意義，介紹了當(dāng)前國(guó)內(nèi)外的研究背景和發(fā)展現(xiàn)狀。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)作為第三次信息產(chǎn)業(yè)浪潮的關(guān)鍵組成部分，在提高管理效率、降低運(yùn)營(yíng)成本方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。針對(duì)工業(yè)園區(qū)對(duì)照明控制系統(tǒng)的高要求和傳統(tǒng)系統(tǒng)存在的不足，本文提出設(shè)計(jì)一個(gè)基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧照明控制系統(tǒng)，旨在實(shí)現(xiàn)對(duì)園區(qū)內(nèi)照明設(shè)備的智能化管理和精確控制，從而達(dá)到節(jié)能降耗、提升照明質(zhì)量與管理水平的目標(biāo)。

系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)介紹經(jīng)過(guò)以上分析和研究，本文設(shè)計(jì)出一套基于物聯(lián)網(wǎng)的工業(yè)園區(qū)內(nèi)智慧照明控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)所運(yùn)用到的物聯(lián)網(wǎng)知識(shí)有單片機(jī)技術(shù)、藍(lán)牙無(wú)線通信技術(shù)，下面將分別予以介紹。2.1stm32單片機(jī)技術(shù)在早期，單片機(jī)主要用于簡(jiǎn)單的控制任務(wù)，隨著技術(shù)的發(fā)展，它們漸漸具備了更強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力、更豐富的通信接口以及更高的集成度，使得它們可以勝任更加復(fù)雜的嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用。單片機(jī)的核心組成部分包括CPU、RAM和ROM、輸入/輸出接口和各種外圍設(shè)備，這些都被高度集成在一個(gè)芯片上。STM32F103C8T6是基于ARMCortex-M3處理器核心的高性能MCU，屬于STMicroelectronics的STM32F1系列。它提供了多種通信接口，如I2C、SPI、UART等，以及廣泛的GPIO端口，非常適合用于各種控制系統(tǒng)。它的主要特點(diǎn)包括：高性能的32位RISC核心、靈活的靜態(tài)存儲(chǔ)器控制器、豐富的外圍設(shè)備、增強(qiáng)的中斷和事件管理等。在本設(shè)計(jì)中，STM32F103C8T6單片機(jī)作為主控制器，用于管理兩個(gè)超聲波模塊、兩個(gè)LED燈、一個(gè)藍(lán)牙模塊以及三個(gè)光敏電阻。超聲波模塊用于檢測(cè)人或車(chē)的距離，并根據(jù)距離變化調(diào)整LED燈的亮度。光敏電阻用于檢測(cè)環(huán)境光線，以決定是否需要啟動(dòng)LED燈，同時(shí)監(jiān)測(cè)LED燈的工作狀態(tài)。當(dāng)檢測(cè)到晚上燈應(yīng)該亮而未亮?xí)r，單片機(jī)通過(guò)藍(lán)牙模塊將故障信息發(fā)送至手機(jī)，以便及時(shí)通知用戶進(jìn)行維修或更換。在硬件設(shè)計(jì)上，STM32F103C8T6的地址、數(shù)據(jù)和控制總線用于與這些外圍設(shè)備進(jìn)行通信。地址總線指定數(shù)據(jù)將要訪問(wèn)的內(nèi)存或外圍設(shè)備的位置，數(shù)據(jù)總線傳輸實(shí)際的數(shù)據(jù)，而控制總線發(fā)出控制信號(hào)以協(xié)調(diào)這些操作。這種設(shè)計(jì)使得系統(tǒng)可以靈活地?cái)U(kuò)展和修改，以適應(yīng)不同的應(yīng)用需求。2.2藍(lán)牙技術(shù)藍(lán)牙技術(shù)是一種無(wú)線通信標(biāo)準(zhǔn)，旨在促進(jìn)設(shè)備間的數(shù)據(jù)交換，它通過(guò)短距離無(wú)線連接實(shí)現(xiàn)了各種電子設(shè)備之間的互聯(lián)互通。自從20世紀(jì)90年代中期首次被提出以來(lái)，藍(lán)牙技術(shù)已經(jīng)經(jīng)歷了多個(gè)版本的更新，每個(gè)新版本都在傳輸速率、安全性、能耗和通信距離等方面進(jìn)行了改進(jìn)。藍(lán)牙技術(shù)的核心特點(diǎn)包括低功耗、小尺寸、成本低廉、易用性高、標(biāo)準(zhǔn)化等。藍(lán)牙技術(shù)的應(yīng)用非常廣泛，包括但不限于音頻傳輸（如耳機(jī)和揚(yáng)聲器）、數(shù)據(jù)同步（如智能手機(jī)和電腦之間的文件傳輸）、健康監(jiān)測(cè)（如心率監(jiān)測(cè)器和步數(shù)計(jì)）以及智能家居控制。在本設(shè)計(jì)中，藍(lán)牙模塊的作用是在檢測(cè)到LED燈存在故障時(shí)，將故障信息無(wú)線傳送到用戶的智能手機(jī)。這樣的設(shè)計(jì)使得用戶能夠及時(shí)收到系統(tǒng)的反饋，無(wú)需物理檢查系統(tǒng)，便可以了解系統(tǒng)狀態(tài)。藍(lán)牙模塊通常包含一個(gè)射頻收發(fā)器、一個(gè)基帶處理器以及一個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器。在STM32F103C8T6單片機(jī)系統(tǒng)中，藍(lán)牙模塊通過(guò)串行通信接口與單片機(jī)進(jìn)行通信，單片機(jī)通過(guò)軟件協(xié)議棧來(lái)控制藍(lán)牙模塊的操作，如初始化設(shè)備、搜索其他藍(lán)牙設(shè)備、建立連接、數(shù)據(jù)傳輸?shù)取?.3本章小結(jié)本章詳細(xì)介紹了系統(tǒng)所采用的關(guān)鍵技術(shù)——單片機(jī)技術(shù)和藍(lán)牙無(wú)線通信技術(shù)。在單片機(jī)技術(shù)部分，重點(diǎn)分析了STM32F103C8T6微控制器的功能特點(diǎn)及其在系統(tǒng)中的應(yīng)用，包括如何通過(guò)該單片機(jī)控制超聲波模塊進(jìn)行距離檢測(cè)、LED燈亮度調(diào)節(jié)以及光敏電阻的數(shù)據(jù)采集，并通過(guò)藍(lán)牙模塊將故障信息發(fā)送至用戶手機(jī)。在藍(lán)牙技術(shù)方面，則講述了藍(lán)牙無(wú)線通信技術(shù)的工作原理、功能特點(diǎn)以及其在本系統(tǒng)中如何實(shí)現(xiàn)與單片機(jī)及手機(jī)之間的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸。

系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)可行性分析3.1.1技術(shù)可行性分析本系統(tǒng)意在實(shí)現(xiàn)基于物聯(lián)網(wǎng)的工業(yè)園區(qū)內(nèi)智慧照明控制系統(tǒng)，使用到的關(guān)鍵技術(shù)有STM32單片機(jī)開(kāi)發(fā)技術(shù)、WIFI無(wú)線技術(shù)、C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，這些技術(shù)都已經(jīng)十分成熟，使用方便易于調(diào)試而且文檔完善。主要以STM32單片機(jī)作主核心控制器元件，集合時(shí)鐘電路、WIFI模塊、光照傳感器、超聲波模塊、燈光模塊、電源轉(zhuǎn)換模塊等最后通過(guò)無(wú)線WIFI模塊將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接脩鬉PP。3.1.2經(jīng)濟(jì)可行性分析經(jīng)濟(jì)可行性研究的核心在于確定預(yù)期利潤(rùn)與前提投入成本之間是否成正比。這一系統(tǒng)旨在提升用戶工作效率、節(jié)約時(shí)間，同時(shí)提供便捷的操作和管理。由于該系統(tǒng)由個(gè)人獨(dú)立開(kāi)發(fā)，無(wú)需額外投資，因此在經(jīng)濟(jì)上是可行的。3.1.3系統(tǒng)安全性分析本次設(shè)計(jì)的基于物聯(lián)網(wǎng)的工業(yè)園區(qū)內(nèi)智慧照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)不需要進(jìn)行危險(xiǎn)的地方進(jìn)行考察，而且所使用的開(kāi)發(fā)板均為弱電，各個(gè)傳感器模塊精度高，穩(wěn)定，因此系統(tǒng)安全性極高。3.2系統(tǒng)指導(dǎo)思想和設(shè)計(jì)原則3.2.1指導(dǎo)思想在基于物聯(lián)網(wǎng)的工業(yè)園區(qū)內(nèi)智慧照明控制系統(tǒng)當(dāng)中，在系統(tǒng)檢測(cè)中存在傳感器檢測(cè)的數(shù)據(jù)是一些不連續(xù)的模擬信號(hào)，比如光照檢測(cè)、超聲波檢測(cè)等操作。通常這類(lèi)相關(guān)的傳感器采集的數(shù)據(jù)通常先轉(zhuǎn)換為數(shù)字或者模擬的電信號(hào)。再通過(guò)A/D采樣獲取數(shù)字信號(hào)，單片機(jī)讀取數(shù)字信號(hào)后再進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)換和處理來(lái)獲取實(shí)際用戶可讀的數(shù)字。本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基于物聯(lián)網(wǎng)的工業(yè)園區(qū)內(nèi)智慧照明控制系統(tǒng)包括人體檢測(cè)、光照、顯示、通信等通過(guò)與單片機(jī)進(jìn)行相連接。通過(guò)內(nèi)部AD模塊進(jìn)行轉(zhuǎn)換成單片機(jī)能夠識(shí)別的數(shù)字信號(hào)后再送入單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并由WIFI模塊上傳至手機(jī)APP。3.2.2設(shè)計(jì)原則系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求單片機(jī)具有性?xún)r(jià)比高、可靠性強(qiáng)，并且操作和維護(hù)要簡(jiǎn)單等功能特點(diǎn)。高性?xún)r(jià)比是硬件設(shè)計(jì)的一個(gè)重要考慮因素，當(dāng)硬件產(chǎn)品批量生產(chǎn)時(shí)，成本是一個(gè)很重要的考量因素，因此我們需要帶著產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的思維去設(shè)計(jì)和進(jìn)行元器件選型。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可靠性是最重要的一個(gè)因素。如果系統(tǒng)不穩(wěn)定，設(shè)計(jì)的硬件不可靠，對(duì)生產(chǎn)會(huì)由很大影響。因此針對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性設(shè)計(jì)可以從元器件選型穩(wěn)定性，電路板布局，電源和地線是否由隔離等進(jìn)行處理。在整體設(shè)計(jì)上，充分利用現(xiàn)有器件設(shè)備完成本次畢設(shè)要求，此外要滿足不同功能要求，提供基本條件，做到分區(qū)明確，提高監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的使用效率，注重環(huán)境保護(hù)，對(duì)影響環(huán)境的噪聲等進(jìn)行有效處理。在系統(tǒng)的軟硬件開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)中，應(yīng)該站在使用者的角度去開(kāi)發(fā)軟硬件，并且要有效減少不必要的數(shù)據(jù)交換接口。提供數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。3.3總體方案與技術(shù)指標(biāo)智慧照明控制系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，具體的方案設(shè)計(jì)如下：（1）STM32F103C8T6單片機(jī)選型與驅(qū)動(dòng)：選擇STM32F103C8T6單片機(jī)作為主控芯片，該單片機(jī)具備較強(qiáng)的運(yùn)算能力和豐富的接口資源，可以實(shí)現(xiàn)智慧照明控制系統(tǒng)的各項(xiàng)功能。同時(shí)，需要對(duì)該單片機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)和編程，以實(shí)現(xiàn)各種功能。（2）超聲波模塊的接口設(shè)計(jì)：超聲波模塊主要用于檢測(cè)人或車(chē)的距離，需要將其與單片機(jī)進(jìn)行接口設(shè)計(jì)，在信號(hào)傳輸和數(shù)據(jù)解析方面進(jìn)行優(yōu)化。（3）LED燈的接口設(shè)計(jì)：智慧照明控制系統(tǒng)中需要使用LED燈，包括車(chē)行道燈和行人道燈兩種。需要進(jìn)行接口設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)控制燈的亮度和開(kāi)啟與關(guān)閉等功能。（4）藍(lán)牙模塊的接口設(shè)計(jì)：藍(lán)牙模塊用于將系統(tǒng)的狀態(tài)信息傳輸?shù)接脩舻氖謾C(jī)上，需要進(jìn)行接口設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙模塊與主控單片機(jī)之間的信號(hào)傳輸和數(shù)據(jù)解析等功能。（5）光敏電阻的功能和接口設(shè)計(jì)：智慧照明控制系統(tǒng)中需要使用光敏電阻，用于檢測(cè)光線的強(qiáng)弱。需要將光敏電阻與單片機(jī)進(jìn)行接口設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)白天和黑天以及檢測(cè)燈是否正常工作等功能。3.4系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)本文設(shè)計(jì)的基于物聯(lián)網(wǎng)的工業(yè)園區(qū)內(nèi)智慧照明控制系統(tǒng)主要是的設(shè)計(jì)方案是通過(guò)超聲波檢測(cè)道路是否有人經(jīng)過(guò)，通過(guò)光敏電阻檢測(cè)是否是白天還是黑夜。本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)的控制燈組為兩組，實(shí)現(xiàn)多組燈控制，來(lái)模擬工業(yè)園區(qū)的燈光，本地檢測(cè)的光照和超聲波數(shù)據(jù)在本地實(shí)時(shí)顯示。通過(guò)藍(lán)牙模塊將檢測(cè)的數(shù)據(jù)和燈光狀態(tài)上報(bào)到綁定的手機(jī)APP。整個(gè)系統(tǒng)通過(guò)需求分析設(shè)計(jì)的硬件連接示意圖如下圖3-1所示。圖3-1系統(tǒng)組成框圖3.5單片機(jī)電路的選擇結(jié)合本次系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)需求分析，通過(guò)網(wǎng)上查找多款芯片，初步選擇了三款單片機(jī)，分別是51系列、STM32系列、Arduino單片機(jī)。方案一：51單片機(jī)。51系列單片機(jī)的優(yōu)勢(shì)非常明顯，它的主要優(yōu)勢(shì)包括功耗低，芯片體積小，價(jià)格低廉。同時(shí)在軟件開(kāi)發(fā)周期和軟件開(kāi)發(fā)難度上入手快，它廣泛使用在各種電子小玩具中，并且在一些數(shù)據(jù)量小，環(huán)境惡劣的工業(yè)環(huán)境中廣泛大量使用。它的缺點(diǎn)也很明顯，工作主頻低，外部I/O可可擴(kuò)展性能差。方案二：STM32單片機(jī)。STM32單片機(jī)在當(dāng)前市場(chǎng)廣泛使用。在工業(yè)領(lǐng)域、智能家居、電子行業(yè)等相關(guān)產(chǎn)業(yè)。STM32單片機(jī)是一款32位低功耗微控制器，由于其穩(wěn)定性、可靠性和其數(shù)據(jù)處理能力，STM32在各個(gè)市場(chǎng)領(lǐng)域有其身影。它的最大優(yōu)點(diǎn)是功能強(qiáng)大，系統(tǒng)軟件庫(kù)豐富，運(yùn)行可靠。它的缺點(diǎn)是相對(duì)其他常見(jiàn)單片機(jī)，它的開(kāi)發(fā)難度相對(duì)較高，不是很適合新手入門(mén)開(kāi)發(fā)。方案三：Arduino單片機(jī)。是最近幾年興起的一款高性能單片機(jī)，它是一套嵌入式軟件開(kāi)發(fā)框架，基于這套框架，可以大大降低軟件開(kāi)發(fā)難度，它不需要開(kāi)發(fā)者熟悉芯片的底層寄存器配置，可以有效提高軟件的開(kāi)發(fā)效率。但是它的成本相對(duì)比較同類(lèi)型的單片機(jī)來(lái)說(shuō)價(jià)格偏高，并且由于Arduino框架的軟件封裝，導(dǎo)致軟件運(yùn)行效率下降。選擇STM32單片機(jī)。綜合比較幾款單片機(jī)，并且結(jié)合本次系統(tǒng)功能需求，STM32單片機(jī)接口豐富，軟件開(kāi)發(fā)周期短，并且該單片機(jī)功能齊全。相比較其他單片機(jī)來(lái)說(shuō)，它的穩(wěn)定性高，性?xún)r(jià)比高。結(jié)合本次系統(tǒng)需求，選擇STM32單片機(jī)作為單片機(jī)的主控芯片。3.6藍(lán)牙模塊選擇方案一：選擇HC-05藍(lán)牙模塊。HC-05藍(lán)牙模塊是一種標(biāo)準(zhǔn)的藍(lán)牙模塊，支持藍(lán)牙V2.0標(biāo)準(zhǔn)，支持UART和USB接口通信，支持主動(dòng)響應(yīng)模式和被動(dòng)響應(yīng)模式。主動(dòng)響應(yīng)模式為自動(dòng)連接，被動(dòng)響應(yīng)模式通過(guò)AT指令對(duì)外傳輸數(shù)據(jù)。自動(dòng)模式下可以支持主模式（master）、從模式（slave）。它的特點(diǎn)是性?xún)r(jià)比高，相對(duì)其他同類(lèi)型的藍(lán)牙模塊，價(jià)格低，使用成熟，網(wǎng)上資料豐富，出現(xiàn)問(wèn)題方便定位和查找。方案二：選ESP8266藍(lán)牙模塊。ESP8266支持WIFI與藍(lán)牙雙頻模式，采用先進(jìn)40nm制造工藝，雙頻32微專(zhuān)用控制器，最高主頻可以達(dá)到230Mhz，支持軟件設(shè)置省電模式，低功耗模式，支持LWIP協(xié)議。集成了功率放大器，濾波器等硬件，性能穩(wěn)定可靠，工作溫度范圍廣，溫度范圍為-40℃到125℃。非常適合智能家居以及物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)接入。通過(guò)對(duì)比上述模塊，考慮本次系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，ESP8266藍(lán)牙模塊體積相對(duì)更小，功率更具由優(yōu)勢(shì)，本次選用ESP8266藍(lán)牙模塊作為本次對(duì)外通信的方案。3.7本章小結(jié)本章主要完成了系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì)工作，首先明確了系統(tǒng)目標(biāo)需求，然后進(jìn)行了硬件電路的選型分析，綜合考慮了硬件的作用場(chǎng)景、開(kāi)發(fā)周期等因素以滿足系統(tǒng)的需求。此外，本章還規(guī)定了硬件系統(tǒng)的穩(wěn)定性指標(biāo)，確保整個(gè)系統(tǒng)具有良好的兼容性和可靠性。系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)4.1主控電路4.1.1STM32微處理器電路設(shè)計(jì)微處理器電路圖如圖4-1所示。整個(gè)系統(tǒng)采用STM32F103C8T6作為主控MCU，結(jié)合外部的晶振時(shí)鐘電路模塊和復(fù)位電路模塊組成一個(gè)最小系統(tǒng)。其中控制外部的模塊主要有聲音傳感器模塊、溫度傳感器模塊、液位濕度傳感器模塊、加熱模塊、按鍵模塊、液晶屏模塊、電機(jī)模塊?？紤]到供電電源輸送電壓需要經(jīng)過(guò)一條較長(zhǎng)的傳輸線，而在該過(guò)程中會(huì)引入一些毛刺噪聲信號(hào)干擾，從而給系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性帶來(lái)很大的影響，為了提高微處理器的工作穩(wěn)定性，需要在供電的電壓引腳接口處設(shè)計(jì)一個(gè)旁路電容進(jìn)行濾波處理，以提高系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性。圖4-1STM32F103主控電路4.1.2晶振電路設(shè)計(jì)晶體振蕩器電路有兩種類(lèi)型，第一種是并聯(lián)諧振時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生電路，第二種是串聯(lián)諧振時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生電路。第一種類(lèi)別是晶振在電路中當(dāng)作一個(gè)等效電感元器件進(jìn)行使用，這種時(shí)鐘信號(hào)震蕩電路叫做并聯(lián)式諧振信號(hào)發(fā)生器，其與外部的電容器進(jìn)行連接和組合之后，就形成了一個(gè)經(jīng)典的電容式三點(diǎn)震蕩器。現(xiàn)階段很多時(shí)鐘信號(hào)振蕩器基本采用的是電容三點(diǎn)式并聯(lián)諧振的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)晶振電路，本文也是采用這種結(jié)構(gòu)類(lèi)型。而在并聯(lián)型晶體振蕩電路中，皮爾斯振蕩器電路是目前使用最多的用于產(chǎn)生信號(hào)的發(fā)生器電路類(lèi)型。如圖4-2所示，是一種經(jīng)典的皮爾斯振蕩器電路，其中晶振采用8MHz，電容器的大小為20pf，分別連接到單片機(jī)的芯片的OSC_IN和OSC_OUT引腳上。該晶振電路模塊的輸入阻抗較低，主要表現(xiàn)在諧振頻率的阻抗上，但在其它類(lèi)型的頻率點(diǎn)上阻抗較高。利用該電路的高阻抗特征可以有效的抑制極間電路干擾源信號(hào)。此外，為了更大程度的降低功率損耗，需要保持振蕩器的電平電壓小于1V，這樣進(jìn)一步提高了該電路的穩(wěn)定性能。圖4-2STM32微處理器時(shí)鐘電路4.1.3復(fù)位電路設(shè)計(jì)當(dāng)系統(tǒng)在執(zhí)行程序過(guò)程當(dāng)中陷入死循環(huán)時(shí)，MCU可以在這個(gè)時(shí)候使用復(fù)位按鈕，讓內(nèi)部程序從頭開(kāi)始，從而避免程序邏輯亂碼。在本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中，手動(dòng)復(fù)位和上電復(fù)位結(jié)合起來(lái)使用，每次上電的時(shí)候系統(tǒng)默認(rèn)復(fù)位一次，如果工作過(guò)程之中，邏輯功能跑亂之后，還可以再次按下復(fù)位按鍵進(jìn)行復(fù)位。設(shè)計(jì)該復(fù)位電路通常情況下需要在NRST腳和電源VCC之間加一個(gè)復(fù)位按鈕，復(fù)位按鈕的兩端并聯(lián)一個(gè)0.1uf的電解電容，并聯(lián)后串聯(lián)一個(gè)10k的電阻并連接到電源VCC端口，這樣就形成一個(gè)復(fù)位電路，其電路如圖4-3所示。圖4-3STM32微處理器復(fù)位電路4.2光敏電阻電路光敏電阻也稱(chēng)為光引線。常用的生產(chǎn)材料有硫化鎘，還有相關(guān)材料如硒、硫化鋁、硫化鉛、硫化鉍等。這是因?yàn)楸徽樟恋妮d流子參與傳導(dǎo)并且會(huì)在施加的電場(chǎng)的影響下漂移。電子會(huì)向電源的正極移動(dòng)，空穴會(huì)向電源的負(fù)極移動(dòng)，從而迅速降低光敏電阻的阻值。通過(guò)A/D采樣電路采集光敏電阻光照值。具體如圖4-4、4-5所示。圖4-4光敏電阻電路設(shè)計(jì)圖4-5光敏電阻實(shí)物圖4.3超聲波電路由于超聲波具有強(qiáng)大的指向性、緩慢的能量消耗以及在介質(zhì)中傳播距離較遠(yuǎn)的特點(diǎn)，因此常被用于測(cè)量距離，例如測(cè)距儀和物體測(cè)量?jī)x等均可通過(guò)超聲波來(lái)實(shí)現(xiàn)。利用超聲波進(jìn)行檢測(cè)通常速度快、便捷、計(jì)算簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制，并且在測(cè)量精度方面能夠滿足工業(yè)實(shí)際需求，因此廣泛應(yīng)用。具體如圖4-6、4-7所示。圖4-6超聲波電路設(shè)計(jì)圖4-7超聲波模塊實(shí)物圖4.4藍(lán)牙傳輸電路基于物聯(lián)網(wǎng)的工業(yè)園區(qū)內(nèi)智慧照明控制系統(tǒng)與上位機(jī)APP客戶端進(jìn)行通訊是通過(guò)藍(lán)牙模塊進(jìn)行的，藍(lán)牙在通信時(shí)只需要有一個(gè)串音，即通過(guò)uart1-tx和uart1-rx反向連接到單片機(jī)的串行通信端口，使藍(lán)牙達(dá)到at指令模式，通過(guò)at指令對(duì)藍(lán)牙模塊進(jìn)行修改和配置，如修改其波特率，藍(lán)牙模塊的默認(rèn)波特率被設(shè)計(jì)為:9600bps。藍(lán)牙通訊模塊的電路原理圖如圖4-8所示，實(shí)物如圖4-9所示。圖4-8藍(lán)牙電路設(shè)計(jì)圖4-9藍(lán)牙模塊實(shí)物圖4.5本章小結(jié)本章集中介紹了系統(tǒng)硬件外圍電路的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)過(guò)程，詳細(xì)解釋了各硬件部件如主控電路、晶振電路、復(fù)位電路、光敏電阻電路、超聲波電路和藍(lán)牙傳輸電路的設(shè)計(jì)原理和實(shí)際操作步驟。通過(guò)對(duì)各硬件電路內(nèi)部參數(shù)、作用機(jī)制以及數(shù)據(jù)傳輸格式的深入探討，實(shí)現(xiàn)了硬件層面的數(shù)據(jù)獲取與存儲(chǔ)，并為后續(xù)軟件邏輯控制提供了必要的硬件基礎(chǔ)。

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)5.1Keil軟件介紹在選擇完具體的編程語(yǔ)言后，我們選擇Keil編程軟件進(jìn)行系統(tǒng)任務(wù)的邏輯實(shí)現(xiàn)。該軟件是一款集成性IDE，方便開(kāi)發(fā)人員的邏輯開(kāi)發(fā)。該編程軟件能夠適配多種主控單片機(jī)(STC、STM系列等)，其官方發(fā)布的最新版本軟件能夠兼容多種主控，軟件內(nèi)置多種主控的基本環(huán)境。通過(guò)其軟件的內(nèi)置文件快速實(shí)現(xiàn)不同環(huán)境的構(gòu)建，開(kāi)發(fā)人員不會(huì)因?yàn)槠浞爆嵉沫h(huán)境配置而浪費(fèi)大量時(shí)間，只需要專(zhuān)心專(zhuān)注于系統(tǒng)邏輯任務(wù)的實(shí)現(xiàn)。在其邏輯代碼編輯完成后，通過(guò)其簡(jiǎn)單的界面提示就能夠?qū)崿F(xiàn)代碼的編碼過(guò)程，短時(shí)間內(nèi)能快速的進(jìn)行燒錄，節(jié)約系統(tǒng)的調(diào)試時(shí)間，方便開(kāi)發(fā)人員及時(shí)的進(jìn)行任務(wù)邏輯的測(cè)試。Keil編程軟件基礎(chǔ)界面如下圖5-1所示。圖5-1Keil編程軟件基礎(chǔ)界面該Keil軟件集成了整個(gè)邏輯編程過(guò)程中的硬件環(huán)境搭建、代碼編程、代碼燒錄及調(diào)試過(guò)程。在硬件環(huán)境搭建過(guò)程中通過(guò)在庫(kù)中搜索目標(biāo)硬件型號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)環(huán)境驅(qū)動(dòng)的搭建配置。在代碼編程階段，通過(guò)友好的界面提示能夠觀測(cè)硬件內(nèi)部電路（定時(shí)器、中斷器、引腳IO）的運(yùn)行時(shí)狀態(tài)，方便進(jìn)行不同數(shù)據(jù)的獲取、轉(zhuǎn)換任務(wù)。在代碼燒錄調(diào)試階段，軟件能夠根據(jù)不同文代碼的更改實(shí)現(xiàn)局部的編譯調(diào)試，進(jìn)一步的減少硬件資源的浪費(fèi)，提高編譯的實(shí)效性。其軟件非常符合標(biāo)準(zhǔn)的編程IDE規(guī)范，從不同的角度進(jìn)一步滿足開(kāi)發(fā)者的需求，集中專(zhuān)注與代碼邏輯的本身。5.2系統(tǒng)初始化程序設(shè)計(jì)本文設(shè)計(jì)的智慧照明控制系統(tǒng)需要在多個(gè)外圍電路共同協(xié)作下實(shí)現(xiàn)最終的智能燈控制，在整個(gè)后期邏輯編程中，其采集數(shù)據(jù)部分是最為重要的一環(huán)，只有穩(wěn)定的數(shù)據(jù)支持，才能使得處理單元及時(shí)的進(jìn)行異常檢測(cè)、提示等工作。每個(gè)電路的數(shù)據(jù)獲取模式多種多樣，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)作用環(huán)境的分析，選擇高效的數(shù)據(jù)獲取配置非常重要。在系統(tǒng)運(yùn)行的初期，需要對(duì)每個(gè)外圍電路進(jìn)行基礎(chǔ)的環(huán)境配置、初始化，主要是多種外圍電路的基本配置各不相同，只有通過(guò)其實(shí)的初始化，才能確保后期邏輯工作不會(huì)因數(shù)據(jù)的確實(shí)而出錯(cuò)，也能夠有效地進(jìn)行錯(cuò)誤排除工作。只需要重點(diǎn)關(guān)注到任務(wù)邏輯的過(guò)程。通過(guò)有效的初始化喚醒，能夠進(jìn)一步的提高整個(gè)系統(tǒng)的綜合性能。在外圍電路初始化不能確保的情況下，后期的所用處理、檢測(cè)工作都是徒勞。系統(tǒng)整體初始化流程圖如下圖5-2所示。圖5-2系統(tǒng)初始化流程5.3光敏電阻子程序設(shè)計(jì)光敏電阻子程序工作原理如圖5-3所示。系統(tǒng)上電開(kāi)始，光敏電阻檢測(cè)園區(qū)的光照強(qiáng)度，通過(guò)A/D采樣進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣和轉(zhuǎn)換，獲取光照強(qiáng)度。如果光照強(qiáng)度大于設(shè)置的閾值，就執(zhí)行開(kāi)燈，如果檢測(cè)的光照強(qiáng)度小于設(shè)置的閾值，就打開(kāi)燈。當(dāng)打開(kāi)燈失敗或者不符合預(yù)期邏輯，通過(guò)WIFI將檢測(cè)的數(shù)據(jù)上報(bào)手機(jī)APP。進(jìn)行遠(yuǎn)程報(bào)警。圖5-3光照子程序流程5.4超聲波子程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)上電，初始化超聲波模塊，單片機(jī)復(fù)位定時(shí)器計(jì)算器，給超聲波發(fā)射高電平引腳，檢測(cè)是否有超聲波脈沖波返回。如果沒(méi)有超聲波復(fù)位就持續(xù)發(fā)射脈沖波，如果有超聲波脈沖返回就開(kāi)始計(jì)時(shí)，檢測(cè)是否有脈沖波返回，如果沒(méi)有脈沖波返回等待。如果有脈沖波返回馬上停止計(jì)時(shí)，然后通單片機(jī)計(jì)算距離。如果檢測(cè)的距離人或者車(chē)由遠(yuǎn)及近，燈逐漸變亮。由進(jìn)及遠(yuǎn)，燈逐漸變暗。具體如圖5-4所示。圖5-4超聲波子程序流程圖5.5藍(lán)牙子程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)上電，初始化串口模塊，設(shè)置串口工作模式，設(shè)置串口波特率。開(kāi)啟串口硬件中斷，打開(kāi)單片機(jī)總中斷。檢測(cè)是否有中斷過(guò)來(lái)，如果有中斷過(guò)來(lái)，說(shuō)明藍(lán)牙模塊有數(shù)據(jù)，單片機(jī)讀取buf的數(shù)據(jù)，清接收中斷。如果沒(méi)有中斷過(guò)，就檢測(cè)是否有數(shù)據(jù)需要發(fā)送出去，如果檢測(cè)到有數(shù)據(jù)需要通過(guò)藍(lán)牙模塊發(fā)送出去，則將數(shù)據(jù)寫(xiě)入到發(fā)送buf，等待發(fā)送，發(fā)送完畢清發(fā)送中斷。如果沒(méi)有接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，在主程序邏輯里面就執(zhí)行周期循環(huán)檢測(cè)。具體如圖5-5所示。圖5-5通信流程圖5.6整體通信業(yè)務(wù)邏輯基于物聯(lián)網(wǎng)的工業(yè)園區(qū)內(nèi)智慧照明控制系統(tǒng)的通信業(yè)務(wù)邏輯如圖5-6所示。基于物聯(lián)網(wǎng)的工業(yè)園區(qū)內(nèi)智慧照明控制系統(tǒng)硬件上電初始化，讀取光照強(qiáng)度數(shù)據(jù)、超聲波距離數(shù)據(jù)，人體檢測(cè)狀態(tài)，通過(guò)藍(lán)牙模塊上傳到手機(jī)APP。打開(kāi)手機(jī)APP，手機(jī)APP初始化相關(guān)設(shè)備，顯示登錄界面，輸入用戶名和登錄密碼?？梢哉ｏ@示光照強(qiáng)度，人體檢測(cè)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)異常報(bào)警等操作。手機(jī)APP可以遠(yuǎn)程下發(fā)數(shù)據(jù)給到智慧照明控制系統(tǒng)硬件。工業(yè)園區(qū)內(nèi)智慧照明控制系統(tǒng)硬件收到手機(jī)APP命令，進(jìn)行數(shù)據(jù)解析，如果命令返回要求就執(zhí)行對(duì)應(yīng)的業(yè)務(wù)邏輯，如果命令不符合要求就丟棄無(wú)效數(shù)據(jù)。具體如圖5-6所示。圖5-6業(yè)務(wù)流程圖5.7本章小結(jié)本章主要聚焦于系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)階段，通過(guò)編程軟件KeilMDK等工具建立了工程并編寫(xiě)了程序代碼，完成了對(duì)各個(gè)電路模塊的模塊化編程調(diào)試。本章不僅詳細(xì)說(shuō)明了軟件編程的具體流程，而且對(duì)各個(gè)電路控制邏輯進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，使軟件部分能夠根據(jù)硬件獲取的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對(duì)智能照明系統(tǒng)的精準(zhǔn)控制和監(jiān)測(cè)預(yù)警功能，是整個(gè)系統(tǒng)需求分析和邏輯處理實(shí)現(xiàn)的核心環(huán)節(jié)。系統(tǒng)整體調(diào)試6.1系統(tǒng)硬件調(diào)試基于物聯(lián)網(wǎng)的工業(yè)園區(qū)內(nèi)智慧照明控制系統(tǒng)硬件電路系統(tǒng)采用分立電路模塊設(shè)計(jì)的方式，通過(guò)在嘉立創(chuàng)軟件上繪制好原理圖之后，進(jìn)行PCB電路板的布線布局，全部的連接線和模塊之間的連接檢查完沒(méi)有問(wèn)題之后對(duì)每個(gè)外圍的器件進(jìn)行焊接測(cè)試，分別焊接好每個(gè)模塊器件，然后通過(guò)萬(wàn)用表檢查線路是否存在短路獲取其它的狀態(tài)情況，以確保每個(gè)獨(dú)立的電路模塊通電正常。其次，上述的硬件電路連接完成之后，分別編寫(xiě)驅(qū)動(dòng)每個(gè)模塊的功能程序，分別進(jìn)行功能的調(diào)試，在這個(gè)軟硬件相結(jié)合調(diào)試的階段，程序模塊化編程的思想可以提高調(diào)試的效率，減少不必要的麻煩。最后，完成上述操作之后上電進(jìn)行聯(lián)合測(cè)試，將電源輸入到整個(gè)實(shí)物的軟硬件系統(tǒng)中，進(jìn)行整體功能指標(biāo)的驗(yàn)證。整體實(shí)物如圖6-1所示。圖6-1系統(tǒng)實(shí)物圖6.2系統(tǒng)軟件調(diào)試在硬件電路系統(tǒng)模塊完成調(diào)試且沒(méi)有問(wèn)題后即可進(jìn)行軟件編程的測(cè)試，對(duì)各個(gè)電路模塊進(jìn)行模塊化的編程調(diào)試，步驟如下：（1）首先，打開(kāi)安裝好的KeilMDK軟件，建立一個(gè)工程：鼠標(biāo)點(diǎn)擊菜單欄中的“project”選型，然后，點(diǎn)擊彈出的界面中“Newproject”選項(xiàng)，其次，輸入建立的工程名稱(chēng)，完成上述的操作之后即可完成建立軟件工程的操作。（2）在建立的對(duì)話框中分別編輯軟件程序，將之前研究的各個(gè)功能模塊函數(shù)進(jìn)行整個(gè)在一個(gè)目錄下，全部由主函數(shù)調(diào)用和處理，如圖6-2所示。圖6-2新建工程示意圖（3）程序的編譯和調(diào)試：首先，點(diǎn)擊軟件界面中的“Build”選項(xiàng)，對(duì)各個(gè)模塊的函數(shù)程序進(jìn)行鏈接，完成之后并且沒(méi)有錯(cuò)誤的情況下再點(diǎn)擊菜單欄中的“Rebuild”選項(xiàng)，這時(shí)系統(tǒng)會(huì)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)代碼進(jìn)行編譯，并且生成單片機(jī)可執(zhí)行的hex文件，如圖6-3所示。圖6-3工程編譯示結(jié)果圖（4）軟件的燒錄。根據(jù)上述圖表明軟件程序的編譯無(wú)誤，此時(shí)可以通過(guò)串口將各模塊程序燒寫(xiě)到單片機(jī)上進(jìn)行功能指標(biāo)的測(cè)試。6.3系統(tǒng)調(diào)試基于物聯(lián)網(wǎng)的工業(yè)園區(qū)內(nèi)智慧照明控制系統(tǒng)整體初始化測(cè)試的結(jié)果如圖6-4所示。整個(gè)系統(tǒng)以單片機(jī)作為控制核心，外設(shè)采用模塊化形式搭建，可以觀察到上電之后，前端硬件電路系統(tǒng)的電源指示燈均點(diǎn)亮，表明電路系統(tǒng)正確，不存在短路等情況發(fā)生，測(cè)試結(jié)果正常，功能達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)的要求。一般來(lái)說(shuō)一個(gè)軟件系統(tǒng)會(huì)有多個(gè)功能模塊，可以按照軟件開(kāi)發(fā)的低耦合、高內(nèi)聚模式去設(shè)計(jì)程序，編寫(xiě)一個(gè)函數(shù)就驗(yàn)證該函數(shù)功能是否正常，然后把一類(lèi)功能的函數(shù)都放在對(duì)應(yīng)的文件里面，編寫(xiě)完成后，可以進(jìn)行軟件編譯，如果編譯報(bào)錯(cuò)，就通過(guò)debug模式進(jìn)行調(diào)試，如果沒(méi)有錯(cuò)誤就下載到硬件設(shè)備里面進(jìn)行軟件硬件實(shí)際調(diào)試。Keil軟件支持在線調(diào)試。通常來(lái)說(shuō)，程序第一次在硬件中運(yùn)行是無(wú)法一步到位實(shí)現(xiàn)全部功能的，所以需要結(jié)合出現(xiàn)的問(wèn)題來(lái)進(jìn)一步調(diào)試，以把所有問(wèn)題進(jìn)行解決。所以要通過(guò)調(diào)試工具來(lái)進(jìn)入Keil的在線調(diào)試功能，調(diào)試相關(guān)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)正常運(yùn)行，接著就將程序下載入單片機(jī)，然后進(jìn)行實(shí)物調(diào)試。（a）（b）圖6-4系統(tǒng)硬件整體測(cè)試截圖6.4系統(tǒng)調(diào)試結(jié)果本次系統(tǒng)實(shí)物測(cè)試包括，超聲波距離測(cè)試，光敏電阻功能測(cè)試，藍(lán)牙遠(yuǎn)程通信測(cè)試，手動(dòng)自動(dòng)開(kāi)關(guān)燈測(cè)試，手機(jī)APP遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)控測(cè)試。具體測(cè)試結(jié)果如表6-1所示。表6-1測(cè)試結(jié)果表編號(hào)模塊名稱(chēng)測(cè)試內(nèi)容預(yù)期結(jié)果實(shí)際結(jié)果01超聲波模塊通過(guò)用手模擬人由遠(yuǎn)到近，由近到遠(yuǎn)，LED燈能按設(shè)計(jì)要求變化。LED燈能按照由近到遠(yuǎn)，燈變暗。LED燈能按照由遠(yuǎn)到近，燈變亮。正確02光敏電阻將檢測(cè)到光照強(qiáng)度高于閾值時(shí)，LED燈處于關(guān)閉狀態(tài)，低于閾值時(shí)，打開(kāi)LED燈。能夠根據(jù)光照強(qiáng)度，自動(dòng)控制燈的啟停。正確03藍(lán)牙模塊能夠?qū)z測(cè)的光照強(qiáng)度和LED燈狀態(tài)上傳到手機(jī)APP。能夠按照要求正常上傳數(shù)據(jù)。正確04開(kāi)關(guān)燈將硬件設(shè)備放在暗光環(huán)境，再換到室外亮光環(huán)境下。當(dāng)測(cè)得的光照強(qiáng)度低于18000lx的時(shí)候LED開(kāi)啟，當(dāng)測(cè)得的光照強(qiáng)度大于20000xl時(shí)，LED關(guān)閉。正確05APP端顯示手機(jī)APP連接藍(lán)牙，觀察屏幕上的數(shù)據(jù)顯示。光照強(qiáng)度，加熱狀態(tài)，LED狀態(tài)正確06APP控制APP端分別點(diǎn)擊“打開(kāi)LED”“關(guān)閉LED”。當(dāng)點(diǎn)擊“打開(kāi)LED”硬件LED開(kāi)啟，當(dāng)點(diǎn)擊“關(guān)閉LED”LED關(guān)閉。正確6.5本章小結(jié)本章著重介紹了系統(tǒng)整體的軟硬件聯(lián)合調(diào)試過(guò)程，通過(guò)上電測(cè)試實(shí)物系統(tǒng)驗(yàn)證了整體功能指標(biāo)的準(zhǔn)確性。具體包括對(duì)各個(gè)模塊獨(dú)立調(diào)試，如超聲波模塊、光敏電阻模塊、藍(lán)牙模塊的運(yùn)行狀態(tài)及功能效果的確認(rèn)，以及手機(jī)APP端顯示和控制功能的測(cè)試，最終所有模塊均符合預(yù)期結(jié)果，表明系統(tǒng)已成功實(shí)現(xiàn)距離感知、光照強(qiáng)度檢測(cè)、LED燈具智能開(kāi)關(guān)控制以及故障信息實(shí)時(shí)推送等功能，且具備良好的穩(wěn)定性和實(shí)用性。結(jié)論本文智慧照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提出，通過(guò)硬件單片機(jī)的控制，搭配外圍檢測(cè)、處理等電路實(shí)現(xiàn)智能化檢測(cè)工作流程。通過(guò)合理的硬件電路配合，軟件邏輯設(shè)計(jì)，能夠有效的減少傳統(tǒng)工作模式的人力物力消耗問(wèn)題。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，在軟硬件設(shè)計(jì)階段都出現(xiàn)或多或少的問(wèn)題。首先在設(shè)計(jì)題目選定后，不知道如何獲取最新的研究現(xiàn)狀。通過(guò)閱讀最新文獻(xiàn)，總結(jié)當(dāng)前開(kāi)發(fā)常用的技術(shù)、研究存在的問(wèn)題等。學(xué)會(huì)了在新的領(lǐng)域如何通過(guò)文章獲取有效的研究現(xiàn)狀。在確定好自己系統(tǒng)著重解決的實(shí)際問(wèn)題后，確定需要使用的外圍電路，通過(guò)其提供的開(kāi)發(fā)文檔及可利用的網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行模塊特性、工作模式、數(shù)據(jù)控制的學(xué)習(xí)。然后完成各個(gè)電路的子模塊功能測(cè)試，規(guī)劃好其數(shù)據(jù)的輸出格式，方便后期總體邏輯設(shè)計(jì)的調(diào)用。了解了數(shù)據(jù)的穩(wěn)定獲取才是整個(gè)系統(tǒng)流暢運(yùn)行的保證。在本次設(shè)計(jì)中，我也熟練掌握了整個(gè)智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中軟硬件設(shè)計(jì)的流程。無(wú)論多么復(fù)雜的系統(tǒng)也是需要一步一步的迭代開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)的，在整個(gè)系統(tǒng)的需求任務(wù)實(shí)現(xiàn)前，需要通過(guò)合理的任務(wù)劃分，實(shí)現(xiàn)各個(gè)階段的子任務(wù)。在硬件子模塊上電測(cè)試前，需要熟練掌握其運(yùn)行模式、輸出數(shù)據(jù)格式。方便后期的主流程疊加開(kāi)發(fā)。不然在后期出現(xiàn)運(yùn)行bug時(shí)，不能夠很好的定位問(wèn)題源頭，進(jìn)而延長(zhǎng)整個(gè)開(kāi)發(fā)周期。本次系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)落地，進(jìn)一步的提高了我的動(dòng)手能力，包括硬件專(zhuān)業(yè)知識(shí)、軟件編程技能等，能夠地獨(dú)立準(zhǔn)確地對(duì)問(wèn)題進(jìn)行定位、處理。最大的提升是對(duì)微控制單元有進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)、理解，能夠有效的掌握其內(nèi)部的工作原理、邏輯等。對(duì)于我以后從事相關(guān)領(lǐng)域工作有極大的幫助。除了在專(zhuān)業(yè)知識(shí)上的提升，也讓我體會(huì)到了腳踏實(shí)地的重要性，只有盡心盡力的對(duì)待每個(gè)階段的問(wèn)題，才能夠最終獲取到自己想要的結(jié)果。本文所設(shè)計(jì)的智慧照明控制系統(tǒng)對(duì)于相關(guān)領(lǐng)域的智能化發(fā)展有重大的參考意義，但是由于時(shí)間倉(cāng)促，系統(tǒng)的實(shí)際問(wèn)題解決可能有所欠缺，需要在后期的學(xué)習(xí)中進(jìn)一步完善系統(tǒng)的兼容性、復(fù)雜性。

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