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基于单片机的智能家居灯控系统论文.docx
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基于单片机的智能家居灯控系统论文
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贵州电子科技职业学院
毕业设计(论文)
基于 Python 人工智能分析与研究
张三
(20200113)
指导教师姓名:
xxx
职 称:
xxx
系 部:
计算机与大数
据系
专 业:
软件技术与应
用
2020 年 xx 月 xx 日
贵州电子科技职业学院毕业论文(设计)
目录
摘 要..............................................................................................................................................3
第一章 引言 ....................................................................................................................................4
第二章 家居照明控制系统的设计方案 ...........................................................................................5
2.1 设计目标...................................................................................................................................5
2.2 系统原理...................................................................................................................................5
2.3 系统硬件选择...........................................................................................................................6
第三章 家居照明控制系统的硬件设计 .........................................................................................12
3.1 系统总体电路设计.................................................................................................................12
3.2 主控芯片最小系统.................................................................................................................13
3.3 传感器电路的硬件设计.........................................................................................................14
第四章 家居照明控制系统的软件设计 .........................................................................................18
4.1 系统的总体程序设计.............................................................................................................18
4.2 上位机工作流程.....................................................................................................................21
第五章 家居照明控制系统的联合调试 .........................................................................................22
5.1 硬件测试.................................................................................................................................22
5.2 软件测试................................................................................................................................23
光照充足且无人的状态下..............................................................................................................24
总结................................................................................................................................................26
参考文献 ........................................................................................................................................27
致谢................................................................................................................................................28
贵州电子科技职业学院毕业论文(设计)
基于单片机的智能家居灯控系统
摘 要
目前,我国的科学技术日新月异,越来越多的概念技术走出实验室的理论研
究中,转化成为可以帮助人们实现 了对高质量生活利器。而智能家居作为高质
量生活不可或缺的一环,智能照明也随之变得格外重要,利用先进的科学技术,
实现对照明的智能化、人性化成为大势所趋。
在研究了目前家智能家居照明系统的基础上,总结了过往传统照明所存在的
不足之处,发现传统照明存在能耗 大、成本高、使用寿命短等问题。为解决这
一问题,翻阅了大量国内外相关文献, 设计一套基于 STM32 的家居照明控 制
系统,该系统选用 STM32 系列单片机为主控芯片,对光照强度、以及所处的环
境是否有人来进行实时监测,以此来 决定此时是否需要开灯或者关灯。并且可
以利用无线传输的方法,把硬件模块的数据实时发送到云平台,这样就能 实现
在硬件模块和手机 APP 之间建立连接,成功完成数据传输。
本篇文章,首先在网络以及书店中查阅了大量的国内外相关研究文献,对家
居照明控制系统的国内外历程和典 型案例做了简单的描述。然后经过对比分析、
理论研究,确定了本次的设计目标,设计出操作方案,画出系统总体原理框图。
紧接着,对所用到的重要元芯片、元器件的性能参数总结整理,并且结合各自的
特性在平台上绘制了电 路原理图,保证其接线的准确性,在 Visual Studio Code
平台上完成对各个模块软件部分的编辑,以及对硬件模块 与手机 APP 建立无线
连接,确认上位机工作流程。完成对软件硬件进行联合测试,保证其正常运行,
实现目标功能。
关键词:智能照明;STM32;无线传输
贵州电子科技职业学院毕业论文(设计)
第一章 引言
近年来,随着科技水平的不断发展与进步,人民群众的生活物质也水涨船高,
思想意识也发生了翻天覆地的变 化,很多人已经不仅仅只是满足于物质生活,
也开始对精神文化生活有了越来越高的要求,在日常生活中追求高效 性、便捷
性、环保性的生活居住环境渐渐成为主流趋势。
照明系统作为与人民群众生产、生活关系最密不可分的信息系统之一,不管
应用于大规模的商业、办公大厦或者 一般的民用住宅中,都顺应着人类的生活需
求而越来越趋向于复杂化、个性化、智能化。但传统的灯光方法大多是需 要进
行自动调节,而且以单一单调的灯光使用形式居多,无法适应人类日益个性、智慧、
环保的灯光系统设计需求。
所以,随着人类社会对灯具的节能特性和科学管理以及便捷性、高效性等有
了更多的需求,这也就导致了灯光控 制器在智能家居方面的地位,和之前一样不
可同日而语。使用智能灯光管理系统将能使在智能环境和高效管理等方面 的优
点体现的淋漓尽致,从而提高了家居的智能照明程度,而普通家庭的光照方式通常
为在白天阳光升起日照充分的 地方关灯、在夜晚夜幕降临的地方执灯,,而如果
可以采用家居智能照明控制系统后,使用者可以依据所在的不同场 合、不同时
间段、以及家庭人数进行智能化照明,在需要时,系统可以依据传感器采集到的
信息,智能化分析决 策,自动打开照明系统,还可以自动调节其亮度;与此同
时,照明系统还可以充分利用太阳光照,来满足不同人群学 习、生活所需要的
照明
最大限度节能和省钱,并且可以减少灯的使用来降低磨损,这样可以使灯具
使用很多年。
但是,如何让照明可以同时满足于节能需求和环保需求,让两者可以并行不
悖,这样看来,这是值得让我们来 认真思考,探究的课题。正是在这样多元化
需求的背景下,智能照明才有大展身手的机会。我们可以依靠智能网 络,物联
网技术,以及各种先进技术,来实现对照明系统优化,达到节能的要求,并且也
可以来满足人们个性化, 多样化的智能照明系统需求。
本课题旨在利用物联网技术来实现智能照明控制系统,采用智能化分析,来
系统性、整体性分析当前所处的环 境,分析人们个性化需求;并且采用无线控
制系统等现代化对照明进行集中控制,还可以让人们身处异地也能对灯 光远程
控制,在系统内设定好程序来实现自动控制,根据环境来智能分析来实现高效管
理。
此外,智能照明系统的意义还有:一、节能减排。目前在国正处于新发展阶
段,绿色是我们的新发展理念, 2030 实现碳达峰,2060 实现碳中和,在此艰
巨的任务下,我们必须摒弃粗放式的发展模式,向高效节能方向转变变 得刻不
容缓。智能照明系统正是依靠各种智能化的方式,还有高精的元器件,对目前所
处的环境做出精准分析,这 种高效的控制方式,最大程度避免了人们不经意间
对资源造成的浪费,为可持续发展做出贡献。二、延长灯具使用寿命:在上世纪,
由于智能照明系统还未在家居照明中普及使用,而传统的照明系统存在这一个致
命的缺点,那就 是灯具使用寿命短,需要经常更换灯具,这就造成了不必要的
麻烦与开支。但是,随着智能照明系统的普及,这一 问题的到解决。其实早成
传统灯具寿命短的问题无外乎有两点:一种是热辐射光源,它使热能转化为光能
贵州电子科技职业学院毕业论文(设计)
的能源, 效率低下、浪费资源;另一种是气体放电光源。这两点是光源损坏的
重要原因。智能照明系统就对于这两点问题做 出针对性解决,很好的对电压电
网的不稳定性做出控制。此外,智能照明系统还可以采用先进技术,最大限度地
避 免了脉冲电流对光源的破坏。三、提高照明质量:以前人们都是用传统按压
式的开关开控制灯光的亮灭,这样的开 关一个只能控制一个房间内的灯光,自
智能照明诞生以来,传统开关就被替换,目前主流的是智能调光模块,这个 新
型开关可以控制所有光,改善照明度均匀性。此外,传统灯具有很强的频闪效应,
引起人们生理不适,有损身体 健康,而采用智能照明系统可以最大程度避免这
种情况的发生。四、实现多样化照明效果:现代生活,人们对于个性定制越来越
热衷,智能照明系统便应用而生。 意在满足人们在不同时间段,不同场景,不
同用途需要的多样化、 个性化照明效果。因此,智能照明系统采用相对应的预
设置场景来控制调节灯光,达到了丰富的照明氛围,同时还 具有艺术效果。五、
管理维护便捷:灯具的控制可以整体化,以模块为单元的控制系统,采用了智能
自动化控制, 还有可以采用传统手动按压开关,并且是以智能化控制为主要方
式,手动为辅助,采用模块式的优势是对于照明预 置场景,这些信息的设置于
更改非常简便,而且现如今的照明灯具质量大幅度提升,使用寿命也随之大大提
高,这 些优势都使得照明系统管理和设施的维修护理变得更加便捷,高效。
第二章 家居照明控制系统的设计方案
2.1 设计目标
本次设计的思路是:以 STM32F103C8T6 为主要控制芯片, 结合四线制光敏
电阻传感器、HC-SR501 人体红外传感 器、ESP8266 WiFi 模块以及 WS2812B 彩
灯模块,并且设计手机 APP 终端控制,使其 APP 具有数据收集、数据处理、数
据发送等功能。能够实现检测室内有无人,光照是否充足,在无人且自然光充足
时,可以自动关闭照明灯,在有人 到来且自然光照不足时,自动打开照明灯的
功能。使得整体灯光亮度与光照强度有关,并且可以通过自动控制和手 动控制
相结合的方式实现对室内照明的智能化控制。此外,可以通过 APP 实时显示光
强输入,人体状态,控制灯光亮 度,还可以通过 APP 动态设定天黑阈值。
2.2 系统原理
首先供电模块给其他模块提供稳定的电源,以 STM32 为主要控制芯片,与
四线 制光敏电阻传感器、HC-SR501 人体红外传感器、ESP8266 WiFi 模块、
WS2812B 彩灯模块以及控制系统相结合,这就 是本课题最基本的系统原理框图。
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