基于stm32的感应式路灯-设计说明书
电子校园网 编号：
CJ-32-2022-158-LW
设计摘要：
本设计以STM32单片机为核心控制器，采用感应式路灯系统为研究对象，通过中控部分、输入部分和输出部分的设计与实现，实现了智能化的路灯控制功能。中控部分使用STM32单片机进行数据处理和控制，输入部分包括DS1302时钟模块、人体红外、声音传感器、光敏电阻、蓝牙模块、独立按键和供电电路，用于获取环境信息和用户输入，输出部分包括TFT显示屏和USB灯，用于显示信息和控制路灯状态。通过该系统的设计和实现，实现了智能感应、自动控制和定时控制等功能。路灯能够根据环境信息自动调节亮度，当检测到有人、声音或光照强度低于一定阈值时，自动开启灯光；当环境无人、无声音且光照强度高于阈值时，自动关闭灯光。同时，用户可以通过蓝牙连接手机进行模式切换、灯亮度设置和时间调整等操作，也可以通过独立按键进行界面切换、时间设置和灯亮度调整。本设计的实现具有一定的实用性和可行性，为城市路灯的智能化控制提供了一种新的思路和方法。未来的工作可以进一步完善系统的功能和性能，提高感应的准确性和稳定性，考虑更多的环境因素和用户需求，以实现更加智能、节能的路灯控制系统。
关键词：单片机；TFT显示屏；人体红外传感器；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
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 TFT显示屏
3.4人体红外检测模块
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 按键功能图
4.4 显示函数流程图
4.5 处理函数流程图
4.6蓝牙指令函数流程图
5 实物调试
5.1 电路焊接总图
5.2 蓝牙连接实物测试
5.3 设置时间和定时模式的时间实物测试
5.4手动模式下控制灯实物测试
5.5 自动模式下控制灯实物测试
结 论
参考文献
致 谢
1 引 言
1.1 选题背景及实际意义
目前，路灯系统一般采用钠灯、水银灯、金卤灯等灯具。这类灯具有发光效率高、光色好、安装简易等优点，被广泛使用，但同时也存在着诸如：功率因子低、对电压要求严格、耗电量大等缺点。我国目前大部分城市都采用全夜灯的方式进行照明，普遍存在的问题有两点：一方面因为后半夜行人稀少，采用全夜灯的方式浪费太大，因此，有的地方采取前半夜全亮，后半夜全灭的照明方式；有的地方在后半夜采用亮一隔一或亮一隔二的节能措施，此种方式虽然节约了电费支出，却带来了社会治安和交通安全问题，不利于城市安全问题。
另一方面，在后半夜因行人稀少，而应该降低路灯的亮度，以避免光源污染，影响居民的晚间的休息。但由于后半夜是用电低谷期，电力系统电压升高，路灯反而比白天更亮了。这不仅造成了能源浪费，还大大影响了设备和灯具的使用寿命。目前，路灯照明广泛采用高压钠灯，其设计寿命在12000小时以上，在正常情况下至少可用3年，但是由于超压使用，现在路灯的使用寿命仅仅只有1年左右，有的甚至只有几个月，造成维护和材料的极大浪费。较高的电压不仅不能让负载设备更好的工作，而且还会造成发热及过早损坏，还会造成不必要的电费开支。而且，我国绝大多数地区的路灯关开灯都是采用人工控制或者定时控制，这样也有许多不利之处：若采用人工控制，则路灯开关存在着一定的不确定性，同时也占用了一定的人力资源；定时控制则存在着夏冬季白黑昼时间不同的情况，使得天还没黑路灯就开，天还没亮路灯就灭的情况，大大影响了人们的日常出生活。为了解决上诉的一些弊端，提出了基于stm32的感应式路灯，我们通过按键设置时间、切换模式、调整灯亮度等。然后设定三种模式，定时模式（定时时间内）、感应模式（检测到声音或人）和自动模式（体红外检测到人并且光照强度小于40），灯会自动打开。此外我们还可以手机连接蓝牙对灯进行远程控制，以此来解决目前路灯耗能量大、光电转化效率低下和人工控制弊端的问题。
1.2 国内外研究现状
随着物联网科技的不断发展,智慧路灯成为了智慧城市发展过程中不可或缺的重要组成部分;传统的城市照明路灯仅仅只能满足简单的照明需求,并且在控制局部照明上无法实现实时以及自由控制,只能按照季度的日出日落时间来固定设置路灯的开关灯,不仅浪费了人力物力,而且对于能源也是极大的浪费;2018年金山城，田茂，段沛，王雄兵，孙军设计了基于STM32的路灯集中控制器,该集中控制器通过GPRS与后台通信服务器连接,实现实时数据的回传,在线命令和策略的下发,最后对系统进行测试与分析[1];实验结果表明,该方案不仅解决了路灯的智能化控制,而且具有高度的可扩展性,极大地方便了城市照明,更实现了高并发通信,从而更安全可靠地达到对城市照明的目的。
针对当前大多数道路路灯的实际控制方式过于传统,成本高且人工效率低等问题,提出一种基于虚拟照度传感器的智能路灯控制器设计方案.2021年李烨君，王代强以STM32为核心进行具体软,硬件设计,在照度检测模块中利用虚拟照度传感器概念,结合供电模块,电能采集模块,控制模块,通信模块等部分,通过分析光敏电阻和照度传感器对光照的不同反应,将测得的数据进行对比与分析,实现对路灯的智能调光,故障检测等功能[2] ,提高了路灯控制方式的智能化水平,同时能够有效节省成本。
2021年查成源，冯明春基于单片机设计并制作出一款智能照明控制系统,该智能照明控制系统采用STM32F103C8T6单片机作为系统的主控芯片,采用漫反射光电传感器来实现室内人数测量,光敏传感器实现室内光照强度测量,串口屏显示日期时间,人数等数据.系统可以根据室内光照强度来智能控制照明,并实现人来自动开灯,人走自动关灯,且系统会根据室内人数自动开启对应灯光数量[3],在保证照明质量的前提下实现节约用电,符合我国节能减排的生活理念,对环境保护具有重要意义.
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
本设计以STM32单片机为核心控制器，采用感应式路灯系统为研究对象，通过中控部分、输入部分和输出部分的设计与实现，实现了智能化的路灯控制功能。路灯能够根据环境信息自动调节亮度，当检测到有人、声音或光照强度低于一定阈值时，自动开启灯光；当环境无人、无声音且光照强度高于阈值时，自动关闭灯光。同时，用户可以通过蓝牙连接手机进行模式切换、灯亮度设置和时间调整等操作，也可以通过独立按键进行界面切换、时间设置和灯亮度调整。
该设计具有一定的实用性和可行性，为城市路灯的智能化控制提供了一种新的思路和方法。未来的工作可以进一步完善系统的功能和性能，提高感应的准确性和稳定性，考虑更多的环境因素和用户需求，以实现更加智能、节能的路灯控制系统。
