《基于STM32的辦公室照明節(jié)能系統(tǒng)設(shè)計》3500字（論文）

基于STM32的辦公室照明節(jié)能系統(tǒng)設(shè)計目錄TOC\o"1-2"\h\u25152基于STM32的辦公室照明節(jié)能系統(tǒng)設(shè)計 1212850引言 1297311智能照明國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 1121172系統(tǒng)控制方案設(shè)計 2306402.1總體方案 2295652.2硬件設(shè)計 2310862.3軟件設(shè)計 4214413結(jié)束語 414274參考文獻(xiàn) 4摘要：為有效地避免辦公室用電的大量浪費(fèi)，本文先介紹了智能照明的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，再提出了基于STM32的辦公室燈光照明節(jié)能系統(tǒng)的總體設(shè)計思路，并細(xì)分搭建硬件電路，設(shè)計相應(yīng)軟件，以期為辦公室照明節(jié)能系統(tǒng)的優(yōu)化工程提供參考。關(guān)鍵詞：辦公室燈光；照明節(jié)能；STM320引言現(xiàn)代社會，發(fā)達(dá)城市有很多辦公大廈。辦公室更是數(shù)不勝數(shù)。但是過度照明、浪費(fèi)電能的現(xiàn)象仍然經(jīng)常發(fā)生。不管辦公室是否有人，照明燈光常亮不息，極大浪費(fèi)能源。因此，提高我國辦公室用電效率就成為現(xiàn)如今首要考慮的問題，亟待解決[1]。我國把照明節(jié)能技術(shù)應(yīng)用在辦公室燈光上面。但是我國辦公室燈光的控制現(xiàn)狀表明，智能水平還很不高。辦公室的用電模式依然還很傳統(tǒng)，即主要采用人工管理模式。我國自動化技術(shù)和智能化水平需要大大提高，當(dāng)然，辦公室燈光的管理也必須盡快朝著自動化和智能化方向快速發(fā)展，給人帶來更高程度的便利性。因此，開發(fā)一款基于STM32的辦公室照明節(jié)能系統(tǒng)便具有了很強(qiáng)的實用性和很高的價值性。1智能照明國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀80年代的美國，照明行業(yè)開始興起并逐漸發(fā)展。隨著計算機(jī)，通信和自動化領(lǐng)域技術(shù)在全世界廣泛使用，且技術(shù)不斷走向成熟，全世界民眾的生活和工作發(fā)生了翻天覆地的改變，照明行業(yè)也在此時發(fā)生巨大變革。21世紀(jì)現(xiàn)代化發(fā)展更加迅猛，日新月異，一大批新產(chǎn)品和新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，使照明技術(shù)向著一體化，自動化，智能化的方向發(fā)展[2]。隨著智能照明技術(shù)的蓬勃發(fā)展，國外先后涌現(xiàn)出許多著名企業(yè)。國內(nèi)很多企業(yè)也緊隨其后，蓬勃發(fā)展起來，生產(chǎn)了很多智能燈光照明產(chǎn)品。比如上海奇勝，推出的系統(tǒng)就很智能，將多種自動化通信技術(shù)相互綜合，形成整體，實現(xiàn)了較高水平的燈光控制。隨著智能照明技術(shù)的蓬勃發(fā)展，還涌現(xiàn)出很多其他智能照明企業(yè)，緊隨其后，大大豐富了我國燈光照明智能產(chǎn)品，改變?nèi)藗兊纳睢Ｌ貏e是伴隨著計算機(jī)的蓬勃發(fā)展，處理器的運(yùn)行速度和可靠性也大大提高，使得智能照明產(chǎn)品更加智能和可靠，符合人們的需求。2系統(tǒng)控制方案設(shè)計2.1總體方案本文設(shè)計的基于STM32F103系列的辦公室照明節(jié)能系統(tǒng)以辦公室內(nèi)光的強(qiáng)弱大小程度和辦公室內(nèi)是否有人存在作為是否開燈和關(guān)燈的主要衡量指標(biāo)。在辦公室的光強(qiáng)度較大時，無論有沒有人存在辦公室，該系統(tǒng)使得辦公室的燈處于關(guān)閉狀態(tài)；在辦公室的光強(qiáng)度較小時，有人存在且超過一定時間，該系統(tǒng)使得辦公室的燈處于打開狀態(tài)，直到辦公室的人離開辦公室后，再延時一定時間后，該系統(tǒng)使得辦公室的燈處于關(guān)閉狀態(tài)，從而克服辦公室在各種不同情況下，燈光照明不合理等的缺點(diǎn)。本文設(shè)計的基于STM32F103系列的辦公室照明節(jié)能系統(tǒng)主要是由硬件部分和軟件部分兩大部分綜合設(shè)計而成。良好的硬件是該系統(tǒng)正常運(yùn)行的前提，也是整個系統(tǒng)可靠性得到保證的基礎(chǔ)，并為軟件正常運(yùn)行提供良好的平臺。而良好的軟件，就是在微控制器中，通過硬件采集得到信號，進(jìn)行分析并輸出，最終處理后實現(xiàn)用戶想要實現(xiàn)的各項功能。2.2硬件設(shè)計在設(shè)計基于STM32F103系列的辦公室照明節(jié)能系統(tǒng)的硬件部分時，需要考慮實際情況，結(jié)合實際情況。應(yīng)該看到，辦公室的實際環(huán)境復(fù)雜，因此對硬件指標(biāo)的影響因素就比較多，比如，光線感應(yīng)模塊電路就會受到環(huán)境溫度變化的影響，產(chǎn)生誤差，因此在基于STM32F103系列的辦公室照明節(jié)能系統(tǒng)的整個設(shè)計過程中，在器件選型方面要更多注意，注意抗干擾，需要充分考慮的是各種電子器件的選用，考慮環(huán)境對其的影響，是否需要額外搭建抗干擾的電路，從而使得該系統(tǒng)的硬件抗干擾能力更多提升，達(dá)到一個更好的水平。使用熱釋紅外人體傳感器，當(dāng)運(yùn)動的人體走過時，該傳感器采集相應(yīng)信息，轉(zhuǎn)化為電壓信號，和放大電路相互配合，將信號放大，可以檢測一定范圍內(nèi)的人體是否存在。該傳感器探測人體輻射，功耗小，價格便宜。采用光敏三極管構(gòu)成的電路檢測周圍環(huán)境光照的強(qiáng)度，隨著光照的強(qiáng)弱變化，判斷是否要開燈或者關(guān)燈。光照強(qiáng)度越大，電流越大。在使用光敏三極管的過程中，一定要注意采光點(diǎn)的選取，因為辦公室里，不是每一處都是亮度相同，所以應(yīng)該多點(diǎn)采集辦公室的亮光。2.2.1熱釋紅外人體傳感器熱釋紅外人體傳感器在電子防盜領(lǐng)域中的應(yīng)用非常廣泛，而且經(jīng)過近些年的研發(fā)和探索，防盜效果已經(jīng)得到了顯著提升。另外，熱釋紅外人體傳感器在人體探測器領(lǐng)域中的應(yīng)用也備受重視，尤其因其成本低廉、運(yùn)行穩(wěn)定等多種優(yōu)勢，受到到了業(yè)界的認(rèn)可。紅外感應(yīng)源一般會使用熱釋電元件，這種元件的工作原理就是在接收到人體紅外輻射的溫度變化之后，會出現(xiàn)失去電荷平衡的現(xiàn)象，持續(xù)向外釋放電荷，這種電荷在后續(xù)連接電路接收到之后，就會發(fā)出警報，達(dá)到預(yù)警的效果。技術(shù)人員需要注意的是，紅外線熱釋電人體傳感器必須要安裝在室內(nèi)相對穩(wěn)定的環(huán)境中，而且為了降低誤報的概率，還要對其安置的位置、方式等進(jìn)行嚴(yán)格把控。實際安裝應(yīng)滿足以下要求：首先，紅外線熱釋電傳感器應(yīng)和地面保持一定的距離，這一距離通常在2.0-2.2米之間，這樣能夠讓它更好地發(fā)揮作用。其次，在安裝熱釋紅外人體傳感器時，應(yīng)當(dāng)和空調(diào)、冰箱、微波爐等一些容易產(chǎn)生溫度變化的設(shè)備保持距離，避免誤報。再次，紅外線熱釋電傳感器探測范圍內(nèi)不應(yīng)當(dāng)有家具、盆栽、屏風(fēng)等隔離物體，以免影響效果。最后，紅外線熱釋電傳感器不能直接對準(zhǔn)窗口，不然窗口的熱氣流以及人員流動也可能對其正常運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生不良影響。紅外線熱釋電傳感器的使用效果和人的運(yùn)動方向也有非常直接的關(guān)系，尤其對于徑向運(yùn)動的敏感程度較低，而對于橫向運(yùn)動敏感程度較高。在現(xiàn)場安裝時，應(yīng)當(dāng)考慮到人員的運(yùn)動方向，以便提升傳感器的探測效果。2.2.2光敏三極管光敏三極管和普通三極管相似，也有電流放大作用，只是它的集電極電流不只是受基極電路和電流控制，同時也受光輻射的控制。通?；鶚O不引出，但一些光敏三極管的基極有引出，用于溫度補(bǔ)償和附加控制等作用。光敏三極管，也稱光電三極管或光電晶體管，在光傳感器的光采集部分，在很多領(lǐng)域應(yīng)用廣泛且深入，比如在光檢測、信號接收以及隔離方面，都能發(fā)揮較好的效果，在各行各業(yè)的自動控制領(lǐng)域的應(yīng)用也帶來了生產(chǎn)效率的提升，成為廣泛需求的元器件。光敏三極管的工作原理是通過P-N結(jié)接收光照，將光能轉(zhuǎn)換為電能。當(dāng)光敏三極管加上反向電壓時，管子中的反向電流隨著光照強(qiáng)度的改變而改變，光照強(qiáng)度越大，反向電流越大，大多數(shù)都工作在這種狀態(tài)。光敏三極管和普通三極管具有一定的相似度，而且兩者同樣具有放大電流的作用。只不過光敏三極管的集電極電流作用會受到更多因素的影響，不只受基極電路和電流控制，還會因為光輻射的變化而產(chǎn)生改變。光敏三極管的基極通常不引出，而有一些特殊的光敏三極管存在基極引出，這樣能夠更加有效地對溫度進(jìn)行補(bǔ)償，還能提升附加控制的效果。另外，光敏三極管具有獨(dú)特的優(yōu)勢，那就是PN結(jié)在接觸到光輻射時，會形成光電流，然后光電流會從基極導(dǎo)入發(fā)射極，在回路中形成電流。根據(jù)制成材料的不同，光敏三極管的光譜特性也會有所差異，一般來說，三極管會比二極管具有更為強(qiáng)大的光電流放大能力，敏感性更高。光敏三極管和普通三極管在結(jié)構(gòu)上有一定的區(qū)別，最顯著的區(qū)別就是光敏三極管在結(jié)構(gòu)上需要有一個光敏感的PN結(jié)，以此在接收光輻射。在制作工藝上，光敏三極管與半導(dǎo)體三極管比較類似，都是使用半導(dǎo)體制作工藝制作，而且都具有NPN或PNP結(jié)構(gòu)。在結(jié)構(gòu)上，光敏三極管和半導(dǎo)體三極管大致相同，都是具有兩個電極，個別類型具有三個電極。有時為了提升光電轉(zhuǎn)換的效果，基區(qū)面積會適當(dāng)擴(kuò)大，另外會適當(dāng)縮小發(fā)射區(qū)面積，方便接收入射光。2.3軟件設(shè)計以STM32F103系列搭建硬件電路作為基礎(chǔ)，再搭配對應(yīng)的軟件，構(gòu)成一個綜合的基于STM32F103系列的辦公室照明節(jié)能系統(tǒng)。因為硬件和軟件有密切的結(jié)合關(guān)系，是一個統(tǒng)一的整體，所以在設(shè)計過程中，必須確保基于STM32F103系列的辦公室照明節(jié)能系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)和細(xì)節(jié)電路是正確的，才能使得對應(yīng)系統(tǒng)程序軟件可以正確與其結(jié)合。在該系統(tǒng)的軟件設(shè)計過程中，采用模塊化的設(shè)計思路。先編制好主要程序，接著在設(shè)計各個子程序時，將每個小模塊分別進(jìn)行設(shè)計，編程和調(diào)試。該系統(tǒng)的設(shè)計還用到了結(jié)構(gòu)化設(shè)計思路?；赟TM32F103系列的辦公室照明節(jié)能系統(tǒng)軟件模塊主要包括系統(tǒng)監(jiān)控主程序模塊子程序、數(shù)據(jù)感應(yīng)模塊子程序和照明燈光模子程序塊等。3結(jié)束語本文基于STM32系列的辦公室照明節(jié)能系統(tǒng)具有軟硬件設(shè)計簡單，容易開發(fā)，安全可靠，操作方便，性價比高等優(yōu)點(diǎn)，主要應(yīng)對的場景是針對于辦公室等需要照明的地方，具有一定的實用價值[3]。但應(yīng)該看到，該系統(tǒng)依然還有自身的不足之處，比如智能性還有欠缺，性能亟待提高，必