《基于STM32的办公室照明节能系统设计》3500字（论文）

基于STM32的办公室照明节能系统设计目录TOC\o"1-2"\h\u25152基于STM32的办公室照明节能系统设计 1212850引言 1297311智能照明国内外发展现状 1121172系统控制方案设计 2306402.1总体方案 2295652.2硬件设计 2310862.3软件设计 4214413结束语 414274参考文献 4摘要：为有效地避免办公室用电的大量浪费，本文先介绍了智能照明的国内外发展现状，再提出了基于STM32的办公室灯光照明节能系统的总体设计思路，并细分搭建硬件电路，设计相应软件，以期为办公室照明节能系统的优化工程提供参考。关键词：办公室灯光；照明节能；STM320引言现代社会，发达城市有很多办公大厦。办公室更是数不胜数。但是过度照明、浪费电能的现象仍然经常发生。不管办公室是否有人，照明灯光常亮不息，极大浪费能源。因此，提高我国办公室用电效率就成为现如今首要考虑的问题，亟待解决[1]。我国把照明节能技术应用在办公室灯光上面。但是我国办公室灯光的控制现状表明，智能水平还很不高。办公室的用电模式依然还很传统，即主要采用人工管理模式。我国自动化技术和智能化水平需要大大提高，当然，办公室灯光的管理也必须尽快朝着自动化和智能化方向快速发展，给人带来更高程度的便利性。因此，开发一款基于STM32的办公室照明节能系统便具有了很强的实用性和很高的价值性。1智能照明国内外发展现状80年代的美国，照明行业开始兴起并逐渐发展。随着计算机，通信和自动化领域技术在全世界广泛使用，且技术不断走向成熟，全世界民众的生活和工作发生了翻天覆地的改变，照明行业也在此时发生巨大变革。21世纪现代化发展更加迅猛，日新月异，一大批新产品和新技术不断涌现，使照明技术向着一体化，自动化，智能化的方向发展[2]。随着智能照明技术的蓬勃发展，国外先后涌现出许多著名企业。国内很多企业也紧随其后，蓬勃发展起来，生产了很多智能灯光照明产品。比如上海奇胜，推出的系统就很智能，将多种自动化通信技术相互综合，形成整体，实现了较高水平的灯光控制。随着智能照明技术的蓬勃发展，还涌现出很多其他智能照明企业，紧随其后，大大丰富了我国灯光照明智能产品，改变人们的生活。特别是伴随着计算机的蓬勃发展，处理器的运行速度和可靠性也大大提高，使得智能照明产品更加智能和可靠，符合人们的需求。2系统控制方案设计2.1总体方案本文设计的基于STM32F103系列的办公室照明节能系统以办公室内光的强弱大小程度和办公室内是否有人存在作为是否开灯和关灯的主要衡量指标。在办公室的光强度较大时，无论有没有人存在办公室，该系统使得办公室的灯处于关闭状态；在办公室的光强度较小时，有人存在且超过一定时间，该系统使得办公室的灯处于打开状态，直到办公室的人离开办公室后，再延时一定时间后，该系统使得办公室的灯处于关闭状态，从而克服办公室在各种不同情况下，灯光照明不合理等的缺点。本文设计的基于STM32F103系列的办公室照明节能系统主要是由硬件部分和软件部分两大部分综合设计而成。良好的硬件是该系统正常运行的前提，也是整个系统可靠性得到保证的基础，并为软件正常运行提供良好的平台。而良好的软件，就是在微控制器中，通过硬件采集得到信号，进行分析并输出，最终处理后实现用户想要实现的各项功能。2.2硬件设计在设计基于STM32F103系列的办公室照明节能系统的硬件部分时，需要考虑实际情况，结合实际情况。应该看到，办公室的实际环境复杂，因此对硬件指标的影响因素就比较多，比如，光线感应模块电路就会受到环境温度变化的影响，产生误差，因此在基于STM32F103系列的办公室照明节能系统的整个设计过程中，在器件选型方面要更多注意，注意抗干扰，需要充分考虑的是各种电子器件的选用，考虑环境对其的影响，是否需要额外搭建抗干扰的电路，从而使得该系统的硬件抗干扰能力更多提升，达到一个更好的水平。使用热释红外人体传感器，当运动的人体走过时，该传感器采集相应信息，转化为电压信号，和放大电路相互配合，将信号放大，可以检测一定范围内的人体是否存在。该传感器探测人体辐射，功耗小，价格便宜。采用光敏三极管构成的电路检测周围环境光照的强度，随着光照的强弱变化，判断是否要开灯或者关灯。光照强度越大，电流越大。在使用光敏三极管的过程中，一定要注意采光点的选取，因为办公室里，不是每一处都是亮度相同，所以应该多点采集办公室的亮光。2.2.1热释红外人体传感器热释红外人体传感器在电子防盗领域中的应用非常广泛，而且经过近些年的研发和探索，防盗效果已经得到了显著提升。另外，热释红外人体传感器在人体探测器领域中的应用也备受重视，尤其因其成本低廉、运行稳定等多种优势，受到到了业界的认可。红外感应源一般会使用热释电元件，这种元件的工作原理就是在接收到人体红外辐射的温度变化之后，会出现失去电荷平衡的现象，持续向外释放电荷，这种电荷在后续连接电路接收到之后，就会发出警报，达到预警的效果。技术人员需要注意的是，红外线热释电人体传感器必须要安装在室内相对稳定的环境中，而且为了降低误报的概率，还要对其安置的位置、方式等进行严格把控。实际安装应满足以下要求：首先，红外线热释电传感器应和地面保持一定的距离，这一距离通常在2.0-2.2米之间，这样能够让它更好地发挥作用。其次，在安装热释红外人体传感器时，应当和空调、冰箱、微波炉等一些容易产生温度变化的设备保持距离，避免误报。再次，红外线热释电传感器探测范围内不应当有家具、盆栽、屏风等隔离物体，以免影响效果。最后，红外线热释电传感器不能直接对准窗口，不然窗口的热气流以及人员流动也可能对其正常运转产生不良影响。红外线热释电传感器的使用效果和人的运动方向也有非常直接的关系，尤其对于径向运动的敏感程度较低，而对于横向运动敏感程度较高。在现场安装时，应当考虑到人员的运动方向，以便提升传感器的探测效果。2.2.2光敏三极管光敏三极管和普通三极管相似，也有电流放大作用，只是它的集电极电流不只是受基极电路和电流控制，同时也受光辐射的控制。通常基极不引出，但一些光敏三极管的基极有引出，用于温度补偿和附加控制等作用。光敏三极管，也称光电三极管或光电晶体管，在光传感器的光采集部分，在很多领域应用广泛且深入，比如在光检测、信号接收以及隔离方面，都能发挥较好的效果，在各行各业的自动控制领域的应用也带来了生产效率的提升，成为广泛需求的元器件。光敏三极管的工作原理是通过P-N结接收光照，将光能转换为电能。当光敏三极管加上反向电压时，管子中的反向电流随着光照强度的改变而改变，光照强度越大，反向电流越大，大多数都工作在这种状态。光敏三极管和普通三极管具有一定的相似度，而且两者同样具有放大电流的作用。只不过光敏三极管的集电极电流作用会受到更多因素的影响，不只受基极电路和电流控制，还会因为光辐射的变化而产生改变。光敏三极管的基极通常不引出，而有一些特殊的光敏三极管存在基极引出，这样能够更加有效地对温度进行补偿，还能提升附加控制的效果。另外，光敏三极管具有独特的优势，那就是PN结在接触到光辐射时，会形成光电流，然后光电流会从基极导入发射极，在回路中形成电流。根据制成材料的不同，光敏三极管的光谱特性也会有所差异，一般来说，三极管会比二极管具有更为强大的光电流放大能力，敏感性更高。光敏三极管和普通三极管在结构上有一定的区别，最显著的区别就是光敏三极管在结构上需要有一个光敏感的PN结，以此在接收光辐射。在制作工艺上，光敏三极管与半导体三极管比较类似，都是使用半导体制作工艺制作，而且都具有NPN或PNP结构。在结构上，光敏三极管和半导体三极管大致相同，都是具有两个电极，个别类型具有三个电极。有时为了提升光电转换的效果，基区面积会适当扩大，另外会适当缩小发射区面积，方便接收入射光。2.3软件设计以STM32F103系列搭建硬件电路作为基础，再搭配对应的软件，构成一个综合的基于STM32F103系列的办公室照明节能系统。因为硬件和软件有密切的结合关系，是一个统一的整体，所以在设计过程中，必须确保基于STM32F103系列的办公室照明节能系统的硬件结构和细节电路是正确的，才能使得对应系统程序软件可以正确与其结合。在该系统的软件设计过程中，采用模块化的设计思路。先编制好主要程序，接着在设计各个子程序时，将每个小模块分别进行设计，编程和调试。该系统的设计还用到了结构化设计思路。基于STM32F103系列的办公室照明节能系统软件模块主要包括系统监控主程序模块子程序、数据感应模块子程序和照明灯光模子程序块等。3结束语本文基于STM32系列的办公室照明节能系统具有软硬件设计简单，容易开发，安全可靠，操作方便，性价比高等优点，主要应对的场景是针对于办公室等需要照明的地方，具有一定的实用价值[3]。但应该看到，该系统依然还有自身的不足之处，比如智能性还有欠缺，性能亟待提高，必