基于物联网的智能家居灯光控制系统-设计说明书
电子校园网 编号：
CJ-32-2022-142-LW
设计摘要：
本论文设计了一种基于物联网的智能家居灯光控制系统，以STM32F103单片机为核心控制器，并结合其他模块实现了对家居灯光的智能控制。该系统由中控部分、输入部分和输出部分组成。中控部分采用STM32F103单片机，负责获取输入部分的数据，并进行内部处理和控制输出部分。输入部分包括光敏电阻、人体红外、独立按键和供电电路。光敏电阻用于检测环境光照强度，人体红外传感器用于检测是否有人在房间内，独立按键用于手动调整灯光亮度，供电电路提供系统所需的电源。输出部分包括OLED显示屏、USB灯和WIFI模块。OLED显示屏用于显示当前环境的光照强度值，USB灯根据光照强度和人体红外信号控制开关，WIFI模块将光照强度值发送到云端，并实现远程控制功能。通过实验和测试，本系统能够准确获取环境光照强度、检测人体活动，并根据设定的条件自动调节灯光亮度。同时，用户也可以通过手动操作或远程控制实现对灯光的调整。本设计的智能家居灯光控制系统具有简单、高效、可靠的特点，能够满足用户对家居灯光的智能控制需求，提高居住环境的舒适度和节能性。
关键词：单片机；WIFI模块；人体红外模块；光敏电阻
字数：10000+
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摘 要
ABSTRACT
1 引 言
1.1 选题背景及实际意义
1.2 国内外研究现状
1.3 课题主要内容
2 系统设计方案
2.1 系统整体方案
2.2 单片机的选择
2.3 电源方案的选择
2.4 显示方案的选择
2.5光照检测方案的选择
3系统设计与分析
3.1 整体系统设计分析
3.2 主控电路设计
3.3 显示模块
3.4人体红外检测模块
3.5光敏电阻检测模块
4 系统程序设计
4.1 编程软件介绍
4.2 主程序流程设计
4.3 按键函数流程图
4.4 处理函数流程图
5 实物调试
5.1 电路焊接总图
5.2 连接WIFI实物测试
5.3 按键控制USB灯实物测试
5.4光敏电阻控制USB灯实物测试
5.3 自动模式实物测试
结 论
参考文献
致 谢
1 引 言
1.1 选题背景及实际意义
照明控制是智能家居领域中的一个重要的控制方面，照明最初的月的是为了服务于生产生活，给人们带来便利。但随着生活水平的提高，人们开始不满足于单一的照明功能，照明控制开始出现。目前仍旧普遍使用的是传统照明控制。传统照明多采用开关进行电路的控制，它是一个强电的控制系统，其设计是由使用过程中回路的数目，负载的功率与类型来决定的，无法对光照强度进行控制。
智能照明控制系统，必须顺应时下的节能环保概念，因为照明一直是城市电力消耗的大户，如果再保证照明需求的前提下实现节能环保，是一个必须解决的问题。智能照明控制系统的出现则解决了这一难题。更多的城市采用更换节能灯具，希望能够解决这一难题，可是随着城市的大规模扩展，灯具也是越来越多，不能从根本上解决，但是采用智能控制系统则可以解决这一难题，智能照明控制系统能够对灯具按照时段或者按照需求进行调光与控制，并且可以实现灯具的单灯控制与多灯控制，进一步节约能源，使用智能照明控制系统可以大规模节约电力。基于此，本设计是基于物联网的智能家居灯光控制系统，主要实现以下功能：我们可以通过按键切换为自动模式或手动模式来控制灯光；我们通过光敏电阻来检测光照强度，人体红外检测是否有人；自动模式下，如果光强较暗，并且检测到人则灯光打开（检测亮度越低时，灯的亮度越高）；手动模式下，我们可以手动开关灯；同时我们可以通过WiFi模块连接腾讯云，可通过手机查看光照强度以及灯的状态、切换自动手动模式和开关灯。
1.2 国内外研究现状
唐闻公开了一种基于物联网的智能家居照明系统,包括照明灯,用于检测室内是否有人以及室内光照度的检测模块和与所述检测模块通信连接的控制器,所述控制器连接有电源模块,电压调节模块和驱动模块,所述驱动模块连接有自动控制开关,所述电源模块,电压调节模块和自动控制开关与所述照明灯组成串联回路.本实用新型通过控制器控制电压调节模块改变照明灯两端的电压来调整照明灯亮度,相比多组照明灯关闭其中几组来调节亮度,减少了安装照明灯的数量,并且照明灯的亮度可以线性调节[4]。
田为剩研究涉及一种基于物联网的智能家居照明系统,包括环境监测模块,照明控制调节模块,中央处理器,环境匹配模块,数据存储模块,终端模块.所述环境监测模块包括射频识别器(以下简称FRID识别器),光线传感器,语音传感器.所述照明控制调节模块包括照明控制器,亮度调节器和照明时间调节器.所述环境监测模块与环境匹配模块连接.所述环境匹配模块与所述中央处理器连接,所述中央处理器与所述照明控制调节模块连接,所述照明控制调节模块与数据存储模块连接.所述数据存储模块与系统终端连接.本实用新型以物联网为基础,通过环境监测智能控制照明亮度和时间,一方面智能创造舒适的照明环境的同时,节约电能.另一方面能将照明功率和时间数据化,系统化地传送至系统用户终端,便于客户查证核实缴纳电费[2]。
随着物联网及智能化技术的不断发展,智能家居系统已经逐步得到应用,其中照明系统是智能家居系统中最核心的系统之一.2021年李婷基于物联网对智能家居照明系统的实现策略进行了研究,首先分析了智能照明和常规照明的区别及常用控制协议,然后分析了智能家居照明系统的构成和基础功能分析,最后阐述了智能照明系统软件和硬件系统的实现策略,对智能家居照明系统的发展起到了一定的推动作用[3]。
为了解决传统路灯控制系统中电力和人力资源的浪费问题，2022年Y Qu，Y Yang，Y Li设计了一种基于STM32和LoRa技术的智能路灯集中控制系统。集中控制系统由一个集中控制装置和多个单灯控制装置组成。STM32F103是集中控制器件的MCU。系统利用LoRa技术通信成本低、传输距离远的特点，实现集中控制设备与单灯控制设备之间的通信。集中控制设备使用Modbus RTU协议与传感器模块进行通信，并根据环境因素进行调整。路灯的亮度实现了路灯的“按需照明”，提出了一种自适应速率算法来优化LoRa网络的通信，提高系统的工作效率。该集中控制系统结合了嵌入式和无线通信技术，在成本、可靠性、节能和智能控制方面具有优势。可应用于各种环境下的路灯照明控制[4]。它具有高度的智能性和强大的市场潜力。
与上述几种设计方案相比，该设计方案更加方便易懂，便于实际操作，价格低廉，在集成电路的选择上更易于使用和精巧。
1.3 课题主要内容
本设计基于物联网技术，开发了一种智能家居灯光控制系统，以满足用户对家居灯光的智能化控制需求。系统通过STM32F103单片机作为核心控制器，结合光敏电阻、人体红外传感器、独立按键、OLED显示屏、USB灯和WIFI模块等组成部分，实现对灯光的自动调节、手动操作和远程控制。
通过传感器获取环境光照强度和人体活动信息，系统能够智能地调节灯光亮度，提供舒适的居住环境，并实现节能的效果。用户可以通过手动操作或远程控制来调节灯光，满足不同场景下的需求。
本设计具有简单、高效、可靠的特点，为用户提供了智能家居体验。同时，系统的搭建和功能测试也验证了其准确性和可靠性。该智能家居灯光控制系统可广泛应用于家庭、办公室和公共场所等场景，为用户提供便利和舒适的居住环境。
