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1、嵌入式系统导论课程论文班 级：0211112姓 名：刘 俊 学 号：021111218基于 STM32 的节能光照系统摘要：设计主要采用基于 STM32 微控制器结合 CAN 总线，由光线强度检测电路和热释电红外信号检测电路组成检测电路，通过检测光线强度强弱和是否有人靠近，从而控制灯的开启与关闭。系统具有低功耗，稳定性强，通信距离远，传输速度快，误码率低等特点。关键字：节能；光照强度传感器；stm32；Energy-saving lighting system based STM32Abstract：CAN bus using a combination designed primarily
2、based STM32 microcontrollers, By the light intensity detection circuit and pyroelectric infrared signal detection circuit detection circuit, By detecting the intensity of light intensity and whether someone close, Thereby controlling the lights on and off.Key Words：Energy save; light intensity senso
3、r; STM32;引言低碳生活，节能减排越来越受到国家的支持，校园生活中照明用电量巨大，因此，节约校园照明用电消耗是为了响应国家对于节能号召。普通的校园照明系统运用普通的声控及光控传感器组成开环的控制系统，灵活性差，功耗大，不可人为干预。市场上闭环控制的照明系统投入资金大，稳定性差，无法在校园中得到推广。而本设计主要采用基于 STM32 微控制器结合 CAN 总线，由光线强度检测电路和热释电红外信号检测电路组成检测电路，通过检测光线强度强弱和是否有人靠近，从而控制灯的开启与关闭。系统具有低功耗，稳定性强，通信距离远，传输速度快，误码率低等特点。1 总体方案设计系统的设计主要有以下五部分组成：上
4、位 PC 机、 CAN 适配卡、微控制器STM32、CAN 总线接口模块、光线检测照明模块。上位 PC 机提供操作界面，并且利用组态王软件通过 CAN 总线向微控制器 STM32 发送指令和接收微控制器 STM32 发送的信息，微控制器 STM32 通过与 CAN 总线接口电路向 CAN总线发送指令和接收 CAN 总线各个节点的信息，检测照明模块通过检测电路将检测到的信息发送给 STM32 微控制器，STM32 微控制器处理检测电路发来的信息控制照明设备。系统结构框图如图 1 所示。图一：系统结构框图2 硬件设计2.1 控制器选型普通设计中大多采用 51 单片机、 PIC 单片机或者是 AVR
5、 单片机，这些单片机的缺点是高功耗、性能低并且硬件资源匮乏。相比之下，STM 32 系列是基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用而专门设计的 ARM Cortex-M3 内核的微控制器。本设计采用的是 STM32F103 型号，属于中等容量增强型，32 位基于 ARM 核心的带 128K 字节闪存的微控制器，拥有强大的硬件资源：USB ，CAN， 7 个定时器，2 个 ADC，9 个通信接口。最高 72MHZ的工作频率。2.2 CAN 接口电路CAN 是控制器局域网络(Controller Area Network，CAN)的简称，是由研发和生产汽车电子产品著称的德国 BOSCH 公司
6、开发的，具有对通信数据帧处理，使网络内的节点个数在理论上不受限制，可在各节点之间实现自由通信，结构简单，传输距离远和速率快的特点，成为应用最广的现场总线之一。TJA1050 是控制器区域网络 (CAN)协议控制器和物理总线之间的接口，可以为总线提供差动发送性能，为 CAN 控制器提供差动接收性能。与普通设计中运用的 PCA82C250 和 PCA82C251 等 CAN 控制器相比，具有输出信号CANH 和 CANL 的最佳匹配，使电磁辐射更低，节点未供电时，性能有所改进，无待机模式等特点。这使得 TJA1050 特别适合于在部分供电网络中节点掉电的情况下使用。其与 STM32 接口电路如图
7、2 所示。图二： STM32 与 TJA1050 接口电路2.3 PC 机与 TJA1050 接口电路由于 PC 的串口为 RS-232 电平，无法直接与 TJA1050 相连，所以要想让PC 机与 CAN 总线通信必须在 TJA1050 和 PC 机之间加上电平转换模块，本设计加入的是 MAX-232 电平转换芯片如图 3 所示。图三：PC 机与 TJA1050 接口链接电路2.4 检测照明模块本设计检测电路由光线强度检测电路和热释电红外信号检测电路组成。光线强度检测电路是利用光敏电阻的电阻值随照射光强度增加而下降的特性而搭建的电路。白天时光照较大，光敏电阻 值较小因此向 STM32 微控制
8、器发送高电平， STM32 微控制器接受到光照强度检测电路发送的高电平后，向照明设备发送高电平，从而控制灯的关闭。反之，晚上光线较暗时，STM32 微控制器向照明设备发送低电平，从而控制灯的开启。热释电红外信号检测电路由热释电红外传感器接收人体红外信号，并经BISS0001 芯片及外围电路进行放大、滤波与延时等处理后，发送给 STM32。检测电路正常工作时，当人体接近时，向 STM32 微控制器发送高电平。当人体离开时，延时 1030 s 后，向 STM32 微控制器发送低电平。STM32 微控制器根据接受到的高低电平控制照明设备的开启和关闭。3 软件设计3.1 软件流程图主流程图如图 4 所
9、示，系统初始化完成后，检测 CAN 总线发来的指令，如果 CAN 总线发来指令，ST3432 微控制器执行发来的指令。反之，执行下一步。检测电路中的光线强度检测电路先检测，如果光线强度较强，STM32 微控制器控制灯的关闭，且热释红外检测电路停止工作。如果光线强度较弱，热释红外检测电路开始工作，当热释红外检测电路检测到有人经过时，STM32 微控制器控制灯的开启。反之，灯关闭。图四：主流程图3.2 上位机组态王开发监控系统软件，是新型的工业自动控制系统，它以标准的工业计算机软、硬件平台构成的集成系统取代传统的封闭式系统。它具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等优点。通常可以把这样
10、的系统划分为控制层、监控层、管理层 3 个层次结构。本设计通过 CAN-RS-232 的转接口实现 CAN 总线与装有 OPC-Server 的PC 机串口进行数据交换。从而实现通过组态王对整个校园照明系统进行实时的监控。4 结语本设计以 STM32 微控制器为核心及 RS-232/CAN 通信转换器、节点以及上位机组成，实现了 CAN 通信，达到了对照明设备的可控性和闭环自身调节的目的。基于 STM32 微控制器通过 CAN 总线控制的智能照明控制系统具有功能强大、实时性强、稳定可靠、便于扩展等特点，应用前景广泛。参考文献1何小平.选择适合 ARM 的嵌入式操作系统 J.BMRfech Inc.2003 2马忠梅，马广云，徐英慧，田译.ARM 嵌入式处理结构与应用基础 M.北京航空航天大学出版社.2002 3邹思铁.嵌入式 Linux 设计与应用M.北京清华大学出版社.2002 4杜春雷.ARM 体系结构与编程 M.清华大学出版社.2003
