基于STM32的智能臺(tái)燈

基于STM32的智能臺(tái)燈摘要：臺(tái)燈早已成為人們生活的必需品，但是隨著科技的發(fā)展，以及人們對(duì)生活質(zhì)量的追求，市面上的普通臺(tái)燈已經(jīng)不能滿足智能家居的應(yīng)用要求，所以臺(tái)燈也隨著科技的進(jìn)步走向智能化。此次設(shè)計(jì)的智能臺(tái)燈擁有多種功能，作為以STM32為基礎(chǔ)的臺(tái)燈，其主控制器為Cotex-M3控制器，它的生產(chǎn)者是意法半導(dǎo)體企業(yè)，在完成軟硬件設(shè)計(jì)之后，此智能臺(tái)燈便能夠擁有多種功能，比如能夠進(jìn)行短距離無(wú)線遙控以及多級(jí)亮度調(diào)節(jié)等，使得臺(tái)燈更加智能化，更方便。首先是臺(tái)燈的多級(jí)調(diào)亮功能，本設(shè)計(jì)為了實(shí)現(xiàn)臺(tái)燈不同亮度的調(diào)節(jié)，采用的是控制LED的閃爍間隔時(shí)長(zhǎng)的方法。多級(jí)調(diào)亮可以滿足人們對(duì)不同光照亮度的需求，比如睡前看書時(shí)可以選擇較亮的亮度，睡覺(jué)時(shí)有開(kāi)夜燈習(xí)慣的人就可以把亮度調(diào)低，以充當(dāng)夜燈的效果。然后是遙控功能，這里采用的是紅外來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)線短距離遙控。紅外遙控器可以控制臺(tái)燈的開(kāi)和關(guān)，以及臺(tái)燈的亮度。這個(gè)功能主要是防止忘記關(guān)燈是可以不用再走到燈前，更加方便。最后是觸摸按鍵控制，觸摸按鍵的增加使得臺(tái)燈更加的簡(jiǎn)潔，只需要一個(gè)觸摸按鍵就可以實(shí)現(xiàn)亮度的調(diào)高或調(diào)低。此次通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)合系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案這一手段來(lái)展開(kāi)研究，通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)對(duì)STM32的運(yùn)用，智能臺(tái)燈能夠展開(kāi)多任務(wù)管理工作，這使得系統(tǒng)不但具備實(shí)時(shí)性特點(diǎn)，而且也十分穩(wěn)定。關(guān)鍵字：STM32智能臺(tái)燈紅外觸摸按鍵Intelligenttablelampbasedonstm32Abstract:Desklamphasalreadybecomeanecessityofpeople'slife,butwiththedevelopmentofscienceandtechnology,aswellaspeople'spursuitofqualityoflife,thecommondesklamponthemarkethasnotbeenabletomeettheapplicationrequirementsofsmarthome,sothedesklampalsomovestowardsintelligencewiththeprogressofscienceandtechnology.Inthispaper,amultifunctionalintelligentlampbasedonSTM32real-timeoperatingsystemisdesigned.ThemaincontrollerofSTM32isacotex-m3coremicrocontrollerofItalianFrenchsemiconductorcompany.Bybuildinghardwarecircuitandwritingsoftwareprogram,themulti-levelbrightnessadjustment,wirelessshort-rangeremotecontrolandtouchswitchfunctionsoftheintelligentlamparerealized,whichmakesthelampmoreintelligentandconvenient.Thefirstisthemulti-leveldimmingfunctionofthetablelamp.Inordertorealizetheadjustmentofdifferentbrightnessofthetablelamp,thisdesignadoptsthemethodofcontrollingtheflashintervaloftheLED.Multileveldimmingcanmeetpeople'sneedsfordifferentbrightness.Forexample,whenreadingbeforesleep,youcanchooseabrighterbrightness.Whensleeping,peoplewhohavethehabitofturningonnightlightscanturnthebrightnessdowntoactastheeffectofnightlights.Thenthereistheremotecontrolfunction,whichusesinfraredtorealizethewirelessshortdistanceremotecontrol.Theinfraredremotecontrolcancontroltheonandoffofthedesklampandthebrightnessofthedesklamp.Thisfunctionismainlytopreventforgettingtoturnoffthelight.Itismoreconvenienttowalkinfrontofthelight.Finally,touchkeycontrol.Theincreaseoftouchkeymakesthetablelampmoreconcise.Onlyonetouchkeyisneededtoadjustthebrightnessupordown.Thistime,throughexperimentaltestingcombinedwiththeoveralldesignofthesystemasameanstocarryoutresearch,theresearchfoundthatthroughtheuseofSTM32,intelligentdesklampscancarryoutmulti-taskmanagement,whichmakesthesystemnotonlyreal-timefeatures,butalsoverystable.Keywords：STM32IntelligentdesklampInfraredTouchbutton緒論1.1課題研究的意義及背景當(dāng)今社會(huì)，不僅科學(xué)技術(shù)在不斷發(fā)展，人們的生活質(zhì)量水平和以往相比也有了極大進(jìn)步，所以在各種家居中，對(duì)于智能化技術(shù)的運(yùn)用也愈加頻繁。通過(guò)對(duì)以往的照明系統(tǒng)進(jìn)行分析能夠發(fā)現(xiàn)，以往選用的通常為綜合布線方式，在對(duì)電路進(jìn)行控制時(shí)選用的則是翹板開(kāi)關(guān)，如此設(shè)計(jì)會(huì)令燈具受損，同時(shí)會(huì)極大地縮短燈具壽命，并且還容易造成長(zhǎng)時(shí)間的明燈，從而浪費(fèi)能源。當(dāng)前不論是嵌入式技術(shù)，還是半導(dǎo)體技術(shù)都有了極大改進(jìn)，同時(shí)電子產(chǎn)品也愈發(fā)重視環(huán)保節(jié)能性能，所以人們對(duì)照明系統(tǒng)也提出了更高的要求，智能化的臺(tái)燈也應(yīng)運(yùn)而生。從市場(chǎng)的角度看,人們對(duì)于臺(tái)燈的要求具體有以下兩點(diǎn):首先是有較強(qiáng)的裝飾性，有設(shè)計(jì)感，可以體現(xiàn)出不同的個(gè)性:其次是多元功能能夠令人們多元需求獲得充分滿足。此時(shí)這種智能臺(tái)燈向組合化、系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化、裝飾化、高效節(jié)能化方向發(fā)展,智能臺(tái)燈的出現(xiàn)改變了臺(tái)燈行業(yè)的現(xiàn)狀。但是，我國(guó)在研發(fā)新能源上起步比較晚，而且和發(fā)達(dá)國(guó)家相比相關(guān)技術(shù)也存在較大差距。如今在我國(guó)市場(chǎng)翹板開(kāi)關(guān)依舊為主流產(chǎn)品，人們長(zhǎng)久以來(lái)的生活習(xí)慣以及翹板開(kāi)關(guān)不方便控制的缺點(diǎn)，導(dǎo)致了大量的能源浪費(fèi)。我們身邊到處都是這樣的例子，比如放學(xué)后空無(wú)一人的教室依然開(kāi)著十?dāng)?shù)盞燈，夜深后樓道里卻還是耀如白晝，沒(méi)有人的書房卻依舊開(kāi)著燈。這些不光會(huì)造成每年的能源浪費(fèi)，長(zhǎng)明燈也會(huì)導(dǎo)致燈具壽命的縮短。燈具和開(kāi)關(guān)的損壞也會(huì)反映到資金的浪費(fèi)，這樣的惡性循環(huán)是經(jīng)濟(jì)社會(huì)不能忍受的。現(xiàn)在，智能臺(tái)燈的開(kāi)發(fā)基于LED，不論是色溫還是亮度都是可以進(jìn)行調(diào)整的，其主要技術(shù)方向是實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制的同時(shí)能夠提供諸多場(chǎng)景模式。而它的照明目標(biāo)有三個(gè)，一是狀態(tài)反饋；二是對(duì)光源進(jìn)行控制；三是對(duì)環(huán)境情況進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別。能夠發(fā)現(xiàn)在照明控制系統(tǒng)里，三方面之間的協(xié)調(diào)與可靠的通信平臺(tái)密不可分，這三方面首先是光源；其次是管理平臺(tái)；最后是傳感器。當(dāng)前伴隨著物聯(lián)網(wǎng)的充分發(fā)展，當(dāng)照明系統(tǒng)有了新的發(fā)展機(jī)會(huì)的同時(shí)，也需要面臨許多新挑戰(zhàn)，作為和生活實(shí)現(xiàn)緊密聯(lián)系的一種物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，對(duì)于智慧城市而言，照明的重要性不言而喻。通過(guò)對(duì)我國(guó)燈具市場(chǎng)進(jìn)行分析能夠發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前市場(chǎng)燈具擁有豐富的種類，普通臺(tái)燈光源選擇的是白熾燈或者日光燈，供電選擇的交流電源（220V），控制開(kāi)關(guān)則是前文所提到的翹板開(kāi)關(guān)。然而此類臺(tái)燈擁有諸多不足，首先，其電壓比安全電壓高得多，容易產(chǎn)生用電隱患；其次會(huì)消耗許多電量；最后如果使用的是日光燈，由于日光存在頻閃效應(yīng)，所以會(huì)在一定程度上令人的眼睛受到傷害。截至目前，雖然人體智能臺(tái)燈擁有諸多優(yōu)點(diǎn)，比如它的供電選擇的是直流電源（+5V），不但沒(méi)有輻射，而且也十分安全，不但并不會(huì)產(chǎn)生污染，而且能夠使用很久等等，但是在市場(chǎng)上這類產(chǎn)品并不多。而智能臺(tái)燈克服了傳統(tǒng)臺(tái)燈供電方式單一的缺點(diǎn)，可進(jìn)行燈光的亮度調(diào)節(jié)，且將尋跡功能和短距離無(wú)線通信功能與傳統(tǒng)的臺(tái)燈相結(jié)合,不僅實(shí)現(xiàn)了智能化、極大地方便人們的生活需要,而且也能夠?qū)κ覂?nèi)環(huán)境進(jìn)行裝飾，令人們的生活質(zhì)量得到提升。從能源角度觀察，因?yàn)樗母呖萍继攸c(diǎn),它更加能夠在能源節(jié)約方面做出更大的貢獻(xiàn),也是節(jié)能的一個(gè)代表。1.2本文主要研究的內(nèi)容當(dāng)前人們生活質(zhì)量和以往相比有了極大變化，人們對(duì)于安全問(wèn)題也愈發(fā)重視，所以對(duì)于訪問(wèn)控制系統(tǒng)性能要求也在不斷提高?？梢灶A(yù)見(jiàn)，在照明系統(tǒng)的未來(lái)發(fā)展過(guò)程中，照明系統(tǒng)將進(jìn)一步網(wǎng)絡(luò)化，數(shù)字化，集成化，多元化和智能化。本文共分為五章，具體內(nèi)容如下：第一章：緒論，先對(duì)臺(tái)燈現(xiàn)實(shí)存在意義進(jìn)行了闡述，然后對(duì)照明系統(tǒng)在我國(guó)和其他國(guó)家的發(fā)展情況進(jìn)行了敘述。第二章：詳細(xì)介紹了智能臺(tái)燈技術(shù)所涉及到的相關(guān)理論知識(shí)，然后根據(jù)系統(tǒng)具體的需求和設(shè)計(jì)目標(biāo)，確定智能臺(tái)燈的總體方案。第三章：嵌入式硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)。主要包括主控模塊、2.5G紅外發(fā)送和接收模塊、TTP223電容式觸摸按鍵模塊和LED模塊，介紹各個(gè)模塊芯片的特性以及與STM32的接口通信。第四章：系統(tǒng)軟件測(cè)試。詳細(xì)分析系統(tǒng)啟動(dòng)流程，對(duì)系統(tǒng)的核心識(shí)別算法進(jìn)行理論研究。同時(shí)分析了評(píng)價(jià)施行的條件、具體過(guò)程以及設(shè)施要求等內(nèi)容。第五章：總結(jié)部分。在總結(jié)此次設(shè)計(jì)系統(tǒng)的情況之后，提出了下一步研究方向。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)2.1設(shè)計(jì)的需求分析此次研究的對(duì)象是多功能智能臺(tái)燈，在設(shè)計(jì)時(shí)選擇的主控芯片為STM32F103C8T6芯片，系統(tǒng)的所有開(kāi)發(fā)都圍繞該芯片展開(kāi),底層開(kāi)發(fā)盡可能的利用主控芯片的資源。該芯片系統(tǒng)時(shí)鐘為72

MHz,為48引腳LQFP貼片封裝，具有64KBFlash,不僅性價(jià)比較高,功耗較低且自帶的計(jì)數(shù)器可產(chǎn)生足夠的PWM信號(hào)及用作觸控捕獲。其硬件系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案如圖1所示。圖1硬件系統(tǒng)方案2.2系統(tǒng)的功能需求內(nèi)容及要求：制作采用STM32系列MCU作為主控芯片來(lái)負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)其他外設(shè)模塊的智能臺(tái)燈，其特點(diǎn)是可以多級(jí)雙控調(diào)整亮度，一種是用觸摸按鍵，另一種采用紅外作為無(wú)線模塊以達(dá)到無(wú)線遙控控制的效果。具體要求如下：插上電源，打開(kāi)自鎖開(kāi)關(guān)后，臺(tái)燈默認(rèn)處于不亮狀態(tài)，此時(shí)可以使用手中的紅外遙控器對(duì)準(zhǔn)臺(tái)燈的紅外接收模塊，按下開(kāi)關(guān)按鈕，臺(tái)燈就會(huì)亮起，再次按下開(kāi)關(guān)按鈕，臺(tái)燈就會(huì)關(guān)閉。此時(shí)按下調(diào)亮按鈕，臺(tái)燈的亮度就會(huì)增加，當(dāng)增加到一定的亮度后按下調(diào)亮按鈕臺(tái)燈的亮度也不會(huì)改變。但若是按下調(diào)暗按鈕，燈光就會(huì)隨之變暗。臺(tái)燈主體上的觸摸按鍵也可以控制臺(tái)燈的開(kāi)啟和關(guān)閉以及燈的亮度，輕觸觸摸按鍵是開(kāi)啟或關(guān)閉臺(tái)燈，開(kāi)啟后臺(tái)燈依舊默認(rèn)是最暗的狀態(tài)，此時(shí)長(zhǎng)按觸摸按鍵后抬起就可以增加亮度，增加到最亮后再這樣操作就會(huì)變暗。如果用觸摸按鍵增加燈光到一定亮度，但不是最亮，這時(shí)用遙控器按一下調(diào)暗的按鈕，再用觸摸按鍵控制燈光就會(huì)跟著變暗，反過(guò)來(lái)操作也是一樣。2.3系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)通過(guò)對(duì)LED應(yīng)用電路進(jìn)行分析能夠發(fā)現(xiàn)，它主要包括三部分，首先是TTP223；其次是紅外；最后是MCU。其中的MCU芯片，能夠操作TTP223芯片寄存器，同時(shí)還能夠處理紅外接收信號(hào)。能夠發(fā)現(xiàn)，此系統(tǒng)中需要通過(guò)寄存器來(lái)操作TTP223芯片，比如進(jìn)行標(biāo)志位的設(shè)置以及得到識(shí)別結(jié)果等。它的寄存器有許多類型，比如語(yǔ)音識(shí)別控制寄存器以及各類輔助寄存器等。它有兩類讀寫操作方式，一個(gè)是串行方式；一個(gè)是并行方式。通過(guò)對(duì)LD3320寄存器進(jìn)行分析能夠發(fā)現(xiàn)，它擁有00H→FFH編號(hào)的八位地址空間。此次設(shè)計(jì)以STM32F103C8T6為主控MCU。演示的軟件程序全部燒錄在MCU的內(nèi)置Flash中。主控MCU直接控制紅外和TTP223完成所有的開(kāi)關(guān)以及亮度調(diào)整的工作。第三章系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)3.1主控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)多功能智能臺(tái)燈有兩種供電方式,直接供電和USB供直接供電

即為把所設(shè)計(jì)的電源模塊可分兩級(jí),第一級(jí)電源模塊為一個(gè)雙路輸出的隔離型反激式ACDC開(kāi)關(guān)電源模塊,可將輸人的220

V市電經(jīng)AC/DC轉(zhuǎn)換,同時(shí)輸出12V及5V直流電壓，該模塊具有高效的沈波功能，可保證輸出電能的質(zhì)量，第二級(jí)電源模塊為一款基于LM2596S芯片的調(diào)壓模塊，可將5V電平轉(zhuǎn)為3.3V輸出。3.2最小系統(tǒng)STM32F103ZET6最小系統(tǒng)主要由電源電路、系統(tǒng)時(shí)鐘、復(fù)位電路和啟動(dòng)模式選擇電路組成。（1）電源電路在設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，電源設(shè)計(jì)屬于重中之重的工作。要想令系統(tǒng)運(yùn)行足夠穩(wěn)定，就必須確保設(shè)計(jì)的電源電路足夠穩(wěn)定和優(yōu)質(zhì)。通過(guò)對(duì)STM32進(jìn)行分析能夠發(fā)現(xiàn)，它擁有四個(gè)引腳，其中兩個(gè)為電源地，這兩個(gè)一個(gè)是VSSA；一個(gè)是VSS，而另外兩個(gè)，一個(gè)是GPIO等的供電者，它就是VDD；一個(gè)是比較器以及復(fù)位模塊等的供電者，它就是VDDA，兩者電壓范圍都不低于2V，不超過(guò)3.6V。如果STM32并無(wú)VDD引腳，那么它就需要使用到一個(gè)備份域來(lái)負(fù)責(zé)供電工作，它就是VBAT。若是兩類引腳擁有的電源一樣，這兩類引腳一是VDDA引腳；二是VDD引腳，那么便可以利用外部濾波電路來(lái)令這兩個(gè)引腳相連，從而保證兩類電源足夠穩(wěn)定，這兩類電源一個(gè)是參考電源；一個(gè)是模擬電源。如果上述兩類引腳使用的電源不同，那么就就必須令VDD引腳電源不超過(guò)VDDA引腳電源。到了上電環(huán)節(jié)，上電順序?yàn)閂DDA→VDD。如果已經(jīng)關(guān)閉了電源，那么在短時(shí)間內(nèi)，VDD可以比VDDA高，然而兩者差距也不能夠超過(guò)0.4V。（2）系統(tǒng)時(shí)鐘通過(guò)對(duì)STM32進(jìn)行分析能夠發(fā)現(xiàn)，它的時(shí)鐘源數(shù)量有四個(gè)，首先是兩個(gè)內(nèi)部時(shí)鐘，高速低速各一個(gè)，這兩個(gè)時(shí)鐘能夠進(jìn)行快速啟動(dòng)；其次是兩個(gè)外部時(shí)鐘，高速低速各一個(gè)，這兩個(gè)時(shí)鐘不但十分穩(wěn)定，而且準(zhǔn)確度也很高。一般情況下，當(dāng)進(jìn)行芯片加電操作時(shí)，使用的時(shí)鐘為內(nèi)部時(shí)鐘中的高速時(shí)鐘，當(dāng)完成對(duì)芯片的上電操作之后，就可以利用軟件配置來(lái)對(duì)外部時(shí)鐘進(jìn)行利用。（3）復(fù)位電路通過(guò)對(duì)STM32進(jìn)行分析能夠發(fā)現(xiàn)，它的復(fù)位模式主要有三類，首先是系統(tǒng)復(fù)位，它能夠?qū)Τ藘深惣拇嫫鞯娜考拇嫫鬟M(jìn)行復(fù)位操作，這兩類寄存器一個(gè)是時(shí)鐘控制寄存器；一個(gè)是備用區(qū)寄存器。當(dāng)NRST引腳電平為低電平，窗口看門狗不再進(jìn)行計(jì)數(shù)，低功耗管理以及軟件就會(huì)復(fù)位，此時(shí)便是系統(tǒng)復(fù)位。其次是備用區(qū)域復(fù)位，當(dāng)存在兩類情況時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)這一復(fù)位模式，這兩類情況首先是VBAT引腳與VDD引腳都掉電時(shí)其中一個(gè)上電；其次是軟件復(fù)位。最后是開(kāi)機(jī)復(fù)位。若是存在兩類情況，那么便會(huì)出現(xiàn)上電復(fù)位，這兩類情況首先是從待機(jī)模式返回；其次是上電/掉電復(fù)位。一般情況下，當(dāng)系統(tǒng)復(fù)位實(shí)現(xiàn)時(shí)，NRST引腳的電平就會(huì)變成低電平。（4）啟動(dòng)電路設(shè)計(jì)通過(guò)對(duì)STM32進(jìn)行分析能夠發(fā)現(xiàn)，它的啟動(dòng)模式主要由兩個(gè)PIN引腳來(lái)進(jìn)行選擇，它們一個(gè)是BOOT0引腳；一個(gè)是BOOT1引腳，如果前者的值為零，后者的值為X，那么芯片就會(huì)從內(nèi)部Flash進(jìn)行啟動(dòng)；如果前者的值為一，后者的值為零，那么系統(tǒng)就會(huì)從內(nèi)存進(jìn)行啟動(dòng)；如果兩者的值都為一，那么系統(tǒng)從SRAM啟動(dòng)。3.3LED設(shè)計(jì)LED燈光調(diào)節(jié)功能由自開(kāi)功能、白動(dòng)調(diào)級(jí)和色光調(diào)級(jí)3部分組成，調(diào)光可降低等節(jié)點(diǎn)的發(fā)熱量，提高等節(jié)點(diǎn)的壽命和可靠性中。本設(shè)計(jì)使用RE200B配以外圍電路由單片機(jī)AD采集完成對(duì)人體的感應(yīng)。由于RE200B輸出信號(hào)波動(dòng)很小,應(yīng)用時(shí)放大電路是必不可少的，可專用芯片BISS0010的前兩級(jí)放大電路,使用運(yùn)放LM324N進(jìn)行搭建，電路圖如圖2所示。圖2LM324N放大電路作為熱釋電紅外傳感器，RE200B只對(duì)一種紅外輻射敏感，那就是波長(zhǎng)在十微米的紅外輻射。若是它進(jìn)入到探測(cè)區(qū)域內(nèi)的時(shí)候，人體紅外輻射便能利用部分鏡面聚焦，從而被接收到熱釋電元中,因?yàn)闊後岆娫袃善?，它們接收的熱量并不一樣，所以熱釋電也不一樣，此時(shí)便能夠?qū)z測(cè)信號(hào)進(jìn)行輸出。燈光照控制方案采用PWM數(shù)字調(diào)光，也就是對(duì)PWM占空比進(jìn)行調(diào)整，從而達(dá)到兩個(gè)目的，一個(gè)是通過(guò)色光調(diào)節(jié)達(dá)到個(gè)性化需求，色光調(diào)節(jié)是利用RGB三色LED所發(fā)出的3種基色進(jìn)行混合,得到七色光彩。一個(gè)是通過(guò)自動(dòng)調(diào)級(jí)達(dá)到節(jié)能的目的，所謂自動(dòng)調(diào)級(jí)，指的是根據(jù)環(huán)境光強(qiáng)情況來(lái)對(duì)臺(tái)燈亮度進(jìn)行調(diào)節(jié)。燈條采用RGB三色5050貼片LED,每顆芯片大小為5

mm×5

mm，具有亮度高，損耗相對(duì)較少的特點(diǎn)。相較于220

V燈條，12

V燈條更加安全且可控性較好，不需要高低壓隔離電路。燈條標(biāo)稱值為12

W/m，即12

V額定電壓下每m燈條工作電流為1

A，為合理計(jì)算放大電路參數(shù)取25

cm燈條進(jìn)行測(cè)試，測(cè)得均值如表1所示。表112V電壓下沒(méi)5cm燈條電流RGBI/mA19.3818.2617.225

cm長(zhǎng)度燈條等效電路如圖3所示。燈條采用小功率NPN三極管D882,集電極最大電流2

A,放大倍數(shù)約260。功率放大電路如圖4所示。圖35cm長(zhǎng)度燈條等效電路圖4功率放大電路光敏電阻與47

kΩ電阻申聯(lián)，由AD采集中點(diǎn)值,輸人單片機(jī)確定環(huán)境亮度。跟蹤功能是采用5

V小功率舵機(jī)提供轉(zhuǎn)動(dòng)力矩,并且復(fù)用了自開(kāi)功能中使用紅外模塊,使臺(tái)燈照射方向可跟隨人的移動(dòng)而改變,其功能可防止人因偏離臺(tái)燈照射區(qū)域而使眼睛長(zhǎng)時(shí)間處于弱光照射。顯示功能利用的是ARM口仿SPI時(shí)序使之與OLED通信。在該顯示屏上可實(shí)時(shí)顯示由數(shù)字式溫度傳感器DS18B20采集到的室溫；顯示由STM32最小系統(tǒng)板自帶的內(nèi)量RTC時(shí)鐘3.4紅外遙控系統(tǒng)通過(guò)對(duì)紅外遙控系統(tǒng)進(jìn)行分析能夠發(fā)現(xiàn)，它主要由三部分構(gòu)成，首先是接收部分；其次是發(fā)射部分；最后是調(diào)制部分，具體情況見(jiàn)圖5.圖5紅外遙控系統(tǒng)圖5紅外遙控系統(tǒng)3.4.1調(diào)制通過(guò)調(diào)制手段，紅外遙控完成對(duì)數(shù)據(jù)的發(fā)射操作，也就是將數(shù)據(jù)和特定載波來(lái)進(jìn)行操作，從而令電源功耗得以下降，令發(fā)射效率得以提升。此處的載波頻率通常不低于三十千赫，不高于六十千赫，一般選擇的是方波，其頻率為三十八千赫，占空比為三分之一。具體情況見(jiàn)圖2.它的決定者是四百五十五千赫的晶振。在發(fā)射端，晶振會(huì)被進(jìn)行整數(shù)分頻操作，其分頻系數(shù)為十二，此時(shí)則有。圖6載波波形圖6載波波形3.4.2發(fā)射系統(tǒng)如今擁有紅外發(fā)射功能的芯片有許多，能夠按照選擇來(lái)進(jìn)行編碼的發(fā)出。因?yàn)榘l(fā)射系統(tǒng)的供電者通常都是電池，所以芯片不能擁有較大功耗，而且在未按下按鍵時(shí)，它都需要保持休眠狀態(tài)，如此其功耗才能夠盡可能降低，同時(shí)其晶振也必須具備耐撞性能，需要選擇陶瓷共鳴器，而不是石英晶體。當(dāng)通過(guò)LED發(fā)射了紅外線后，因?yàn)樗鸵话愕陌l(fā)光二極管并不一樣，當(dāng)其兩端受到電壓影響時(shí)，發(fā)出的光并非可見(jiàn)光，而是紅外線。圖7簡(jiǎn)單驅(qū)動(dòng)電路圖8設(shè)計(jì)輸出驅(qū)動(dòng)電路LED驅(qū)動(dòng)電路見(jiàn)圖7、圖8.如果是簡(jiǎn)單的驅(qū)動(dòng)電路，不但需要對(duì)LED兩類電流進(jìn)行考慮，這兩類電流一個(gè)是正向電流，其最大值為一百毫安，它的電流和發(fā)射波形強(qiáng)度成正比關(guān)系；其次是反向漏電流。此外，還必須確保三極管擁有較快的開(kāi)關(guān)速度。需要注意的是，簡(jiǎn)單驅(qū)動(dòng)電路存在一些不足，比如當(dāng)電池電壓降低時(shí)，LED電流也會(huì)變少，此時(shí)發(fā)射波形強(qiáng)度以及遙控距離都會(huì)變小。為了對(duì)這一不足進(jìn)行彌補(bǔ)，需要選擇圖8的驅(qū)動(dòng)電路，它通過(guò)兩個(gè)二極管，令三極管基極電壓保持在1.2V附近，此時(shí)期發(fā)射極電流和電壓分別為IE、0.6V，按照,因此及時(shí)電池電壓出現(xiàn)下降，LED電流也不會(huì)出現(xiàn)變化，遙控距離就也不會(huì)縮短。3.4.3一體化紅外接收頭圖5為紅外信號(hào)收發(fā)系統(tǒng)電路情況，通常廠家會(huì)將此電路集成在一個(gè)元件里，此時(shí)就得到了一體化紅外接收頭。其內(nèi)部電路元件十分豐富，比如積分電路以及放大器等。當(dāng)紅外信號(hào)被紅外監(jiān)測(cè)二極管監(jiān)測(cè)到時(shí)，信號(hào)就會(huì)被發(fā)送至兩類元件，這兩類元件一個(gè)是限幅器；一個(gè)是放大器。前者能夠?qū)γ}沖幅度進(jìn)行控制。而交流信號(hào)由帶通濾波器→負(fù)載波→解調(diào)電路→積分電路這一路徑進(jìn)入到比較器中，此時(shí)比較器輸出的電平為高電平，它能夠?qū)Πl(fā)射端信號(hào)波形進(jìn)行還原。為了令接收更加靈敏，所以此處輸出電平與發(fā)射端電平正好相反。圖9為一體化紅外接收頭情況。圖9紅外接收頭通常，紅外接收頭類型十分豐富，而且它的引腳定義也不一樣，其引腳主要有三類，首先是信號(hào)輸出腳；其次是接地腳；最后是供電腳。平常在選擇接收頭時(shí)需要根據(jù)發(fā)射端調(diào)制載波來(lái)進(jìn)行選擇。因?yàn)樵谶@一接收頭內(nèi)部，其放大器擁有較大增益，因此很容易產(chǎn)生干擾，要想解決這一問(wèn)題，就必須將高于22uf的濾波電容放到供電腳上或者將330Ω電阻放到電源和供電腳之間。要想得到紅外發(fā)射器，通常有兩個(gè)途徑，一是由單片機(jī)PWM產(chǎn)生；二是由廠家定制。此處最好選擇這類紅外發(fā)射器，也可,它們的PWM頻率以及占空比分別為37.91千赫、1/3,通過(guò)簡(jiǎn)單的定時(shí)中斷開(kāi)關(guān)PWM,即可產(chǎn)生發(fā)射波形。3.5觸摸按鍵模塊TTP223/TTP223N

TonTouchN為觸摸鍵檢測(cè)IC，它的觸摸鍵有一個(gè)，此處是把傳統(tǒng)按鈕鍵用觸摸檢測(cè)IC進(jìn)行了替代，觸摸鍵在DC應(yīng)用特征為低功耗，在AC應(yīng)用特征為寬工作電壓，圖10顯示了它具體工作流程情況。圖10觸摸模塊流程圖第四章系統(tǒng)軟件平臺(tái)設(shè)計(jì)與測(cè)試4.1KEIL操作平臺(tái)本設(shè)計(jì)的代碼實(shí)現(xiàn)平臺(tái)基于KeilMDKV5進(jìn)行開(kāi)發(fā)，它出現(xiàn)于2013年，推出者為Keil企業(yè)，對(duì)于ARM微控制器而言，它是集成開(kāi)發(fā)工具的首選。以ARM7等為基礎(chǔ)，MDK-ARM軟件為處理器設(shè)備進(jìn)行了良好開(kāi)發(fā)環(huán)境的提供，它是設(shè)計(jì)初衷是應(yīng)用于微控制器中，此軟件不但擁有豐富功能，而且使用起來(lái)也不復(fù)雜，因此在多種嵌入式應(yīng)用中都十分適用，其具體特征有：其TCP/IP網(wǎng)絡(luò)套件能夠進(jìn)行諸多應(yīng)用以及協(xié)議的提供。存在諸多項(xiàng)目例程，可以讓你對(duì)此軟件內(nèi)置特征有充分了解。能夠?qū)Ψ抡婧烷_(kāi)發(fā)環(huán)境、調(diào)試器進(jìn)行集成。USB主機(jī)棧和設(shè)備為標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)類設(shè)備。擁有ARMC/C++編譯工具鏈。擁有小封裝實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。能夠提供GUI庫(kù)支持給嵌入式系統(tǒng)。擁有和程序運(yùn)行有關(guān)的完整代碼覆蓋率信息。能夠?qū)ortex-M等器件提供支持。存在ULINKpro，能夠?qū)?yīng)用程序進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，能夠?qū)ortex-M指令執(zhí)行情況進(jìn)行記錄。通過(guò)兩類工具來(lái)優(yōu)化程序，這兩類設(shè)備一是性能分析器；二是執(zhí)行分析工具。和CMSIS標(biāo)準(zhǔn)相符。通過(guò)對(duì)MDK5進(jìn)行分析能夠發(fā)現(xiàn)，它主要包括兩部分，一個(gè)是SoftwarePacks，它能夠?qū)χ虚g庫(kù)升級(jí)以及新芯片提供支持；一個(gè)是MDKCore。它主要包括4部分，首先是編輯器；其次是編譯器；然后是包安裝器；最后是調(diào)試跟蹤器。其中包安裝器主要包括三部分，首先是中間庫(kù)；其次是CMSIS；最后是芯片支持。經(jīng)由包安裝器，能夠完成最新組件安裝工作，從而對(duì)最新例程、設(shè)備以及器件等進(jìn)行支持，令產(chǎn)品開(kāi)發(fā)速度得以加快。4.2紅外遙控解碼程序4.2.1遙控發(fā)射器及其編碼通過(guò)編碼格式來(lái)對(duì)遙控發(fā)射器專用芯片機(jī)械能分類，可以分為兩類。本文以u(píng)PD6121G組成發(fā)射電路作為案例來(lái)對(duì)其中更容易解碼的一類的編碼原理進(jìn)行說(shuō)明。當(dāng)按下發(fā)射器按鍵之后，就會(huì)發(fā)射出遙控碼，遙控碼特點(diǎn)為：存在脈寬調(diào)制的串行碼,其中二進(jìn)制1指的是周期、脈寬以及間隔分別為、、毫秒。二進(jìn)制0指的是周期、脈寬以及間隔分別為、、毫秒。能夠發(fā)現(xiàn)，UPD6121G的遙控碼屬于三十二位二進(jìn)制碼組，在這三十二位中，前十六位屬于用戶識(shí)別碼，后十六位屬于操作碼和反碼。它的編碼組合最多有一百二十八種。當(dāng)按下遙控器按鍵后，便會(huì)以108毫秒為周期進(jìn)行二進(jìn)制碼的發(fā)送，其具體持續(xù)時(shí)間會(huì)根據(jù)二進(jìn)制1和0的個(gè)數(shù)而產(chǎn)生區(qū)別，通常不低于45毫秒，不超過(guò)63毫秒。當(dāng)按下按鍵高于36毫秒時(shí)，便會(huì)激活芯片，此時(shí)將有108毫秒的編碼脈沖被發(fā)射出去，此編碼脈沖主要由六部分構(gòu)成，首先是八位數(shù)據(jù)碼；其次是八位數(shù)據(jù)碼反碼；然后是高八位地址碼；接著是低八位地址碼；另外是結(jié)果碼；最后是起始碼。其中前四部分都為9毫秒到18毫秒，第五部分為4.5毫秒；最后部分為9毫秒。如果按下按鍵高于108毫秒，那么將會(huì)將連發(fā)代碼發(fā)送出去，它主要包括兩部分，一個(gè)是起始碼，一個(gè)是結(jié)束碼，兩者分別為9毫秒和2.5毫秒。4.2.2接收器及解碼能夠發(fā)現(xiàn)，不需要借助外接元件，一體化紅外線接收器就能做好輸出和接收紅外線等兼容TTL電平信號(hào)的一切工作，在紅外線數(shù)據(jù)傳輸以及遙控中它十分適用。它發(fā)送的依次為引導(dǎo)碼→系統(tǒng)碼→系統(tǒng)反碼→按鍵碼→按鍵反碼→重復(fù)碼→短脈沖，而接收器解碼為：//串口通信程序//想pc串口發(fā)送數(shù)據(jù)//pc端使用超級(jí)終端建立連接//96008位數(shù)據(jù)1位停止#include

<iom16v.h>

#include

<macros.h>

#include

"uartO.h"

#define

uint

unsigned

int#define

uchar

unsigned

char

ucharirr_b=0,s_s=0;uchar

wb=0,a=O,ds=O;

long

da=O;

uchard1,d2,d3,d4;

ucharten_1,ten_2,ten_3,ten_4,i;

voidms(uintaa)

{for(;aa0,;a--);}

void

write_cn(uchar*cn,ucharcn_nub){unhari;for(i=0;i<(cn_nub);i++){uart_tx(cn[i]);

//發(fā)送數(shù)據(jù)i

PORTA=i;

ms(60000);

}}

//定時(shí)器T1初始化voidt1_init()

{

TCCR1B=0x00;//關(guān)閉定時(shí)器TCNT1H=0x00;//定時(shí)器初值TCNT1L=0x00;

TCCR1A=0x00;//普通模式TCCR1B=0x05;//1024分頻

}

#pragma

iterrupt_handlerext_intO_is.2//指定外部中斷函數(shù)//中斷接收

void

ext_jnt0_isr(void)

{

if(irr_b==0)//第-一個(gè)中斷

{

ir_b=1;

//狀態(tài)為:開(kāi)始接收TCNT1L=0x00;

//定時(shí)器清零

}

elseif(irr_b==1)

//第二個(gè)以后的中斷

{

a=TCNT1L;//讀取定時(shí)器的值//判斷是引導(dǎo)，還是數(shù)據(jù)

if(170<a)&&(a<235))//引導(dǎo){wb=0;//數(shù)據(jù)計(jì)數(shù)清零

da=0;//數(shù)據(jù)清零

TCNT1L=0x00;//定時(shí)器清零

}

elseif(8<a)&&(a<25))

//數(shù)據(jù)0{

wb++;

da=(da<<1);TCNT1L=0x00;}

else

if((25<a)&&(a<45))

//數(shù)據(jù)1

{

wb++;

da=(da<<1)+1;TCNT1L=0x00;}

}

if(wb==32)//數(shù)據(jù)長(zhǎng)度夠32位

{

ir_b=0;//狀態(tài)為停止接收

Wb=0;//數(shù)據(jù)計(jì)數(shù)清零

s_s=1;/打開(kāi)顯示許可

}

}

//與計(jì)算機(jī)通信的程序

//計(jì)算機(jī)端使用超級(jí)終端，建立一個(gè)連接，9600，8位，1個(gè)停止位void

main()

{

uchar

i=0,rx_temp;

init_devices();

//串行口初始化

DDRA=0xft;

PORTA=0x00;

DDRB=0xf;

DDRD=0x00;//中斷輸入

PORTD=0xf;//內(nèi)部上拉t1_init();//定時(shí)器t1初始化MCUCR=0x02;//下降沿中斷

GICR=0x40;//開(kāi)外部中斷int_0TIMSK=0x00;

SREG=0x80;//開(kāi)全局中斷

s_s=1;//開(kāi)機(jī)進(jìn)行一次顯

ms(3000);

write_cn("開(kāi)始紅外實(shí)驗(yàn)rI