基于STM32的智能臺(tái)燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、系統(tǒng)硬件總體設(shè)計(jì)

智能合燈控制系統(tǒng)由環(huán)境光照檢測、人體接近檢測、語音識(shí)別、按鍵控制、合燈控制、數(shù)據(jù)顯示、藍(lán)牙通信、報(bào)警提示功能模塊組成，如圖1所示,系統(tǒng)控制分為自動(dòng)和手動(dòng)兩種模式，在自動(dòng)模式下，光敏電阻傳感器檢測環(huán)境的光強(qiáng)，單片機(jī)的PWM根據(jù)環(huán)境光強(qiáng)自動(dòng)調(diào)節(jié)臺(tái)燈的亮度,當(dāng)環(huán)境亮度超過開燈聞值時(shí)，則關(guān)閉臺(tái)燈;使用超聲波傳感器檢測人與臺(tái)燈的距離，當(dāng)人體過于靠近臺(tái)燈時(shí)，臺(tái)燈感應(yīng)到并發(fā)出警告信號，提醒用戶注意糾正坐姿，防止近視,另外，系統(tǒng)可以讓用戶自行設(shè)定工作或?qū)W習(xí)時(shí)間，當(dāng)達(dá)到設(shè)定的時(shí)間后，臺(tái)燈會(huì)發(fā)出提醒，提示用戶休息.在手動(dòng)模式和語音模式下用戶可以根據(jù)自身需要自行控制臺(tái)燈的開關(guān)和亮度。

2、主控電路設(shè)計(jì)

STM32F103C8T6是新一代高速、低功耗、高度集成、抗干擾單片機(jī),芯片內(nèi)部使用的M3內(nèi)核，能夠同時(shí)處理32位寬度的數(shù)據(jù).目前，該芯片被廣泛應(yīng)用于智慧農(nóng)業(yè)、智能汽車

電子產(chǎn)品等領(lǐng)域，能夠有效完成相關(guān)領(lǐng)域的控制要求!!此外，STM32F103C8T6單片機(jī)需要晶振電路和復(fù)位電路支持，因此，需要對單片機(jī)、晶振、復(fù)位部分進(jìn)行設(shè)計(jì)，保證單片機(jī)的正常運(yùn)行，主控制器電路如圖2所示。

3、人體坐姿檢測電路設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)人體坐姿檢測功能，系統(tǒng)使用HC-SR04超聲波傳感器完成人體與臺(tái)燈之間的距離檢測,若人體進(jìn)入模塊感應(yīng)范圍之內(nèi)，則表明用戶與臺(tái)燈距離小于設(shè)定的閫值，引發(fā)蜂鳴器報(bào)警，達(dá)到坐姿檢測目的.HC-SR04超聲波傳感器模塊共有四個(gè)引腳，其中編號1口和編號4口是HC-SR04超聲波傳感器模塊的供電輸入口，分別連接電源VCC和GND.編號2口IRIG是模塊控制口，在需要通過HC-SR04超聲波傳感器模塊進(jìn)行測距時(shí)，此接口控制模塊啟動(dòng)發(fā)出超聲波信號，接口高電平為模塊啟動(dòng)有效信號，連接到單片機(jī)的PA6進(jìn)行控制,編號3口ECHO是HC-SR04模塊從發(fā)出超聲波信號到感應(yīng)到超聲波信號的脈沖寬度的輸出口，安排單片機(jī)的PA7控制，人體坐姿檢測電路如圖3所示。

4、光照檢測電路設(shè)計(jì)

系統(tǒng)可以根據(jù)環(huán)境光照控制臺(tái)燈，故需要對光敏電阻傳感器電路進(jìn)行設(shè)計(jì),光敏電阻傳感器輸出的模擬量輸入到比較器中，經(jīng)過比較器輸出光照強(qiáng)度的比較結(jié)果，可以直接得出光照強(qiáng)度是否超過某一國值,光敏電陰傳感器U3的1號接口和2號接口為電源輸入口，分別連接電源VCC和GND,3號接口為數(shù)字量輸出，4號接口為模擬量輸入到主控單片機(jī)的PA1光照檢測電路如圖4所示。

5、語音識(shí)別電路設(shè)計(jì)

HGS01語音識(shí)別模塊可以對用戶語音命令進(jìn)行識(shí)別，大約可識(shí)別150條語音命令,HGS01模塊電路需要完成四條線束，其中編號2口和編號1口作為模塊的供電輸入口，分別和系統(tǒng)電源的GND和VCC連接.編號6和編號7分別對應(yīng)主控串口的PA3和PA2連接，語音識(shí)別電路如圖5所示。

6、顯示電路設(shè)計(jì)

為了方便用戶讀取相關(guān)數(shù)據(jù)，需要將相關(guān)參數(shù)可視化，因此，系統(tǒng)采用OLED顯示屏用于數(shù)據(jù)顯示,此款顯示屏的分辨率為128x128，可以清晰地顯示出字符等信息,顯示屏需要連接4個(gè)接口.首選是顯示屏的供電輸入，對應(yīng)于接口1和接口2，接口1用于連接VCC，接口2用于連接GND.接口3在通信中負(fù)責(zé)時(shí)鐘信號，主控選擇PB12連接.接口4在通信中負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)信號，主控選擇PB13連接.顯示電路如圖6所示。

7、藍(lán)牙通信電路設(shè)計(jì)

系統(tǒng)可以通過JDY32藍(lán)牙模塊連接手機(jī)對臺(tái)燈進(jìn)行控制，因此，雲(yún)要確定藍(lán)牙通信電路,接口2是JDY-32藍(lán)牙模塊的數(shù)據(jù)收入口，主控選擇串口數(shù)據(jù)發(fā)出口PB10連接,接口3是數(shù)據(jù)發(fā)出口，主控選擇串口數(shù)據(jù)接收口PB11連接,為了保證DY.32藍(lán)牙模塊的穩(wěn)定性，模塊對電源進(jìn)行了穩(wěn)定處理，確保藍(lán)牙模塊能夠準(zhǔn)確無誤地傳輸數(shù)據(jù)，藍(lán)牙通信電路如圖7所示。

8、燈光控制電路設(shè)計(jì)

智能臺(tái)燈燈光控制電路如圖8所示，為了保證臺(tái)燈的亮度，設(shè)計(jì)了MOS管驅(qū)動(dòng)電路.MOS管驅(qū)動(dòng)模塊U5的1號接口輸入控制信號，連接到主控單片機(jī)的PB6,PB6輸出PWM信號來控制臺(tái)燈的亮度，并且可以通過輸入PWM實(shí)現(xiàn)對臺(tái)燈亮度的調(diào)節(jié).2號接口連接電源GND,3號接口連接臺(tái)燈LED1的負(fù)極，4號接口連接臺(tái)燈LED1的正極，5號接口與6號接口連接臺(tái)燈LED1驅(qū)動(dòng)電源。

9、按鍵電路設(shè)計(jì)

智能臺(tái)燈可以通過按鍵來調(diào)節(jié)臺(tái)燈亮度及切換系統(tǒng)運(yùn)行模式.其中KEY1按鍵是控制臺(tái)燈亮度開關(guān)，按鍵信號輸入到主控單片機(jī)的PB7.KEY3按鍵用于控制臺(tái)燈亮度減，按鍵信號輸入到主控單片機(jī)的PB9.KEV2按鍵用于控制臺(tái)燈亮度加，按鍵信號輸入到主控單片機(jī),的PB8.KEY4按鍵用于選擇系統(tǒng)的工作模式，即在手動(dòng)和自動(dòng)模式之間切換，按鍵信號輸入到主控單片機(jī)的PB5，按鍵電路如圖9所示。

10、報(bào)警提示電路設(shè)計(jì)

當(dāng)臺(tái)燈檢測到人體坐姿接近臺(tái)燈或到達(dá)定時(shí)時(shí)間后，系統(tǒng)會(huì)控制蜂鳴器報(bào)警提示,在蜂鳴器和主控接口之間加入三極管作為驅(qū)動(dòng)，主控單片機(jī)的PB14輸出高電平后，三極管導(dǎo)蜂鳴器得到足夠的電流發(fā)聲報(bào)警.PB14輸出低電平時(shí)，三極管斷開，蜂鳴器失去電流停止發(fā)聲報(bào)警，聲光提示電路如圖10所示。