基于STM32設(shè)計(jì)的智能臺燈

一、項(xiàng)目背景

智能家居設(shè)備在現(xiàn)代生活中起著越來越重要的作用。智能臺燈作為其中的一種，具有調(diào)節(jié)光照亮度、色溫等功能，更加符合人們對于光照環(huán)境的個性化需求。當(dāng)前設(shè)計(jì)一款基于STM32微控制器設(shè)計(jì)的智能臺燈，該臺燈具備可調(diào)節(jié)亮度和色溫的特點(diǎn)，為用戶提供了更加舒適的使用體驗(yàn)。

二、設(shè)計(jì)目標(biāo)

【1】實(shí)現(xiàn)燈光的亮度和色溫的可調(diào)節(jié)功能；

【2】添加人體感應(yīng)模塊，實(shí)現(xiàn)自動開關(guān)燈；

【3】實(shí)現(xiàn)手機(jī)遠(yuǎn)程控制燈光的功能；

【4】設(shè)計(jì)簡潔、穩(wěn)定的硬件電路和用戶友好的操作界面。

三、系統(tǒng)架構(gòu)

3.1 硬件部分

(1) 主控芯片：選用STM32系列微控制器，具有豐富的外設(shè)資源和強(qiáng)大的處理能力；

(2) 電源部分：采用穩(wěn)壓電源模塊，提供適宜電壓的供電；

(3) 光源部分：選擇高亮度LED作為光源，配備透明燈罩，提供均勻柔和的光照；

(4) 人體感應(yīng)模塊：采用紅外傳感器，檢測到人體活動時自動開啟燈光；

(5) 無線通信模塊：使用WiFi或藍(lán)牙模塊，實(shí)現(xiàn)手機(jī)遠(yuǎn)程控制。

3.2 軟件部分

(1) 嵌入式軟件：使用Keil MDK作為開發(fā)環(huán)境，編寫嵌入式C語言程序，實(shí)現(xiàn)燈光亮度和色溫的調(diào)節(jié)、人體感應(yīng)控制等功能；

(2) 手機(jī)控制端：設(shè)計(jì)并開發(fā)手機(jī)App，通過與智能臺燈連接，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制燈光的功能。

3.3 硬件選型說明

【1】主控芯片：

采用STM32F103RCT6

【2】光源部分：

(1) 高亮度LED：選擇高亮度、節(jié)能的LED作為光源，推薦選擇LED燈珠。

(2) 透明燈罩：選擇高透光性的材料制作燈罩，保證光照均勻柔和。

【3】人體感應(yīng)模塊：

(1) 紅外傳感器：選擇靈敏度較高的紅外傳感器，能夠快速、準(zhǔn)確地檢測到人體活動。

(2) 光敏電阻：用于在光線不足時自動開啟臺燈，確保人體感應(yīng)功能的正常工作。

【4】無線通信模塊

選擇HC05藍(lán)牙模塊，以便與手機(jī)設(shè)備進(jìn)行通信。

3.4 硬件設(shè)計(jì)

【1】主控芯片選擇：STM32F103RCT6，具有較高的性能和豐富的外設(shè)資源，適合作為智能臺燈的核心處理器；

【2】人體紅外傳感器：用于檢測周圍是否有人靠近；

【3】光敏傳感器：用于檢測環(huán)境光的強(qiáng)度；

【4】LED燈：作為臺燈的光源，通過PWM控制其亮度；

【5】HC05藍(lán)牙模塊：用于與手機(jī)APP通信，接收控制命令并發(fā)送狀態(tài)信息。

3.5 軟件設(shè)計(jì)

【1】GPIO配置：配置主控芯片的GPIO引腳，包括人體紅外傳感器輸入引腳、光敏傳感器輸入引腳和LED燈控制引腳等；

【2】外部中斷配置：通過外部中斷來監(jiān)聽人體紅外感應(yīng)引腳的狀態(tài)變化，在觸發(fā)時進(jìn)行相應(yīng)操作；

【3】PWM配置：使用PWM控制LED燈的亮度，根據(jù)光敏傳感器檢測到的環(huán)境光強(qiáng)度動態(tài)調(diào)整PWM輸出占空比；

【4】藍(lán)牙通信：通過UART配置HC05藍(lán)牙模塊，與手機(jī)APP建立藍(lán)牙連接，接收控制命令并發(fā)送臺燈狀態(tài)信息；

【5】主循環(huán)邏輯：在主循環(huán)中實(shí)時檢測光敏傳感器的數(shù)據(jù)以及人體紅外感應(yīng)引腳的狀態(tài)，并根據(jù)相應(yīng)條件進(jìn)行臺燈的開啟和關(guān)閉操作；同時，檢測藍(lán)牙模塊接收到的控制命令，并根據(jù)命令內(nèi)容進(jìn)行相應(yīng)操作。

四、主要功能實(shí)現(xiàn)

【1】光照調(diào)節(jié)功能： 通過按鍵或旋鈕操作，調(diào)節(jié)臺燈光照的亮度和色溫。亮度調(diào)節(jié)通過PWM控制LED的亮度，色溫調(diào)節(jié)通過調(diào)節(jié)白光LED和彩光LED的相對亮度來實(shí)現(xiàn)。

【2】人體感應(yīng)控制： 采用紅外傳感器，檢測到人體活動后自動開啟燈光，一段時間內(nèi)沒有人活動則自動關(guān)閉。

【3】遠(yuǎn)程控制功能： 手機(jī)App與智能臺燈通過藍(lán)牙通信，用戶可以通過App控制燈光的開關(guān)、亮度和色溫，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制功能。

五、代碼實(shí)現(xiàn)

5.1 PWM波形控制LED燈亮度

include "stm32f10x.h"

void PWM_Configuration(void);
void Delay(__IO uint32_t nCount);

int main(void) {
  PWM_Configuration();

  while (1) {
    // 逐漸增加LED亮度
    for (uint16_t i = 0; i <= 1000; i++) {
      TIM_SetCompare1(TIM2, i);  // 設(shè)置PWM占空比，范圍：0-1000
      Delay(5000);               // 延時一段時間
    }

    // 逐漸減小LED亮度
    for (uint16_t i = 1000; i > 0; i--) {
      TIM_SetCompare1(TIM2, i);
      Delay(5000);
    }
  }
}

void PWM_Configuration(void) {
  RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);
  RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);

  // 配置GPIO口
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
  GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

  // 配置TIM2為PWM模式
  TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
  TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;

  TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 1000;                          // 設(shè)置周期
  TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 72 - 1;                     // 設(shè)置預(yù)分頻
  TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0;
  TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
  TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseStructure);

  TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;                  // PWM模式1
  TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
  TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 0;                                 // 初始占空比為0
  TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;
  TIM_OC1Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure);
  TIM_OC1PreloadConfig(TIM2, TIM_OCPreload_Enable);

  TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);                                            // 使能TIM2
}

void Delay(__IO uint32_t nCount) {
  for (; nCount != 0; nCount--);
}

代碼中使用了STM32的定時器TIM2和GPIOA的第0號引腳（PA0）來控制LED燈的亮度。在主函數(shù)中，通過循環(huán)逐漸增加和減小PWM的占空比，從而改變LED燈的亮度。

5.2 智能臺燈邏輯代碼

// 引入所需的庫
#include <stdio.h>
#include <stdbool.h>

// 定義引腳和設(shè)備地址
#define PIR_SENSOR_PIN 2
#define LIGHT_SENSOR_PIN 3
#define LED_PIN 4
#define HC05_BAUD_RATE 9600

// 聲明全局變量
bool isPersonDetected = false;
int lightIntensity = 0;

// 初始化函數(shù)
void setup() {
  // 配置引腳模式
  pinMode(PIR_SENSOR_PIN, INPUT);
  pinMode(LIGHT_SENSOR_PIN, INPUT);
  pinMode(LED_PIN, OUTPUT);

  // 初始化串口通信
  Serial.begin(HC05_BAUD_RATE);
}

// 主循環(huán)函數(shù)
void loop() {
  // 檢測人體紅外感應(yīng)
  if (digitalRead(PIR_SENSOR_PIN) == HIGH) {
    isPersonDetected = true;
  } else {
    isPersonDetected = false;
  }

  // 檢測光敏傳感器
  lightIntensity = analogRead(LIGHT_SENSOR_PIN);

  // 根據(jù)條件控制臺燈
  if (isPersonDetected && lightIntensity < 500) {
    digitalWrite(LED_PIN, HIGH);
  } else {
    digitalWrite(LED_PIN, LOW);
  }

  // 處理藍(lán)牙通信
  if (Serial.available()) {
    char command = Serial.read();
    handleBluetoothCommand(command);
  }
}

// 處理藍(lán)牙命令函數(shù)
void handleBluetoothCommand(char command) {
  // 處理從手機(jī)APP發(fā)送來的命令，例如控制臺燈亮度
 
}

// 主函數(shù)
int main() {
  setup();  // 初始化
  while (1) {
    loop();  // 主循環(huán)
  }
  return 0;
}

六、總結(jié)

當(dāng)前文章介紹了基于STM32F103RCT6主控芯片的智能臺燈的設(shè)計(jì)過程和實(shí)現(xiàn)原理。通過集成人體紅外感應(yīng)、光敏檢測和與手機(jī)APP連接的功能，實(shí)現(xiàn)了臺燈的自動開關(guān)和亮度調(diào)節(jié)等智能化操作。通過手機(jī)APP與藍(lán)牙模塊的連接，用戶可以遠(yuǎn)程控制臺燈的開關(guān)、亮度和模式等，提供了更加方便和智能化的使用體驗(yàn)。