CN105792483A - 基于stm32的多种工作模式灯控节能装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于STM32的多种工作模式灯控节能装置。本发明包括中的STM32微处理器控制模块与光敏传感器采集模块、红外传感器感应模块、占空比控制电路模块、按键交互模块、时钟模块相接；按键交互模块用来选择该装置的工作方式，光敏传感器采集模块采集到的光强度信号和红外传感器感应模块感应的信号送至STM32微处理器控制模块，经过STM32微处理器控制模块处理后对占空比控制电路发送相应的控制信号；电源模块为其它模块统一提供稳定可靠的电源，时钟模块提供相应的工作时钟。本发明具有安全可靠、操控容易的特点，极大限度的实现了节能需求。
Description
技术领域
本发明是一种多种工作模式灯控节能装置***设计，尤其是基于STM32、光敏传感器、红外感应的PWM调光的节能***设计，属于信号处理技术领域。
背景技术
近些年来，世界上很多国家都在倡导节约能源的活动。我国作为一个人均能源缺乏的发展中国家，单位产品能耗水平远高于世界平均水平。目前，很多公共设施，例如公交车站的广告牌，室内照明***和公共走廊在无人时不能自行关闭，自动化程度低，能源浪费极其严重。另外，有时当外界光照强度比较强的时候，我们并不需要电灯在额定功率下工作，需要能调节占空比改变灯的亮度，降低其工作功率，降低功耗。
发明内容
本发明提供一种基于STM32的多种工作模式灯控节能装置，相比于目前的单一的红外感应的灯控节能装置，本装置又增加了光敏传感器用来感应外界光照强度，并采用占空比的控制方式控制灯的亮度，极大限度的实现了节能需求。
本发明包括STM32微处理器控制模块、光敏传感器采集模块、红外传感器感应模块、占空比控制电路模块、按键交互模块、时钟模块以及电源模块。采用STM32微处理器作为整个***的控制核心，对光敏传感器采集模块和红外传感器感应模块采集到的信号进行相应的处理，根据处理的结果，发送相应的控制信号控制占空比控制模块；整个***的数据采集设备部分由光敏传感器采集模块、红外传感器感应模块组成采集外部信号；STM32微处理器控制模块发送指令给占空比控制电路模块，决定输出的占空比，达到控制灯的亮度的目的；整个***的按键交互模块由四个按键S2、S3、S4、S5构成；***的时钟模块由晶振Y1、Y2为STM32微处理器控制模块分别提供稳定的低速和高速时钟源；设备有统一的电源模块，其为整个***的所有模块提供稳定可靠的电源。
所述的STM32微处理器的型号是STM32F103,其可被焊接在电路板上，或插在焊好的插座上。STM32微处理器的PC14、PC15引脚与晶振Y1相连，然后通过C1、C3并联接地；OSC_IN、OSC_OUT高速外部引脚与晶振Y2相连通过C2、C4并联接地；所述STM32的复位电路将NRST引脚通过电阻接到电源，通过电容C5接地，使用S1按键控制是否复位；STM32启动方式电路是将BOOT0、BOOT1通过电阻一端接至电源，另一端通过跳帽J1、J2选择是否接地来选择启动方式；STM32的PA3端口与光敏传感器采集模块的输出端口OUTA相连，获取光敏传感器采集模块的信号；STM32的PA2端口通过三极管放大电路与红外传感器感应模块的输出端口OUT相连，获取红外传感器模块的信号；STM32的PA1端口与占空比控制电路模块的输入端相连，输出相应的占空比，控制灯的亮度；STM32的PA0、PA4、PA5、PA6引脚分别与按键S2、S3、S4、S5相连，选择该节能装置的工作模式，STM32的JNRST、JTDI、JTMS、JTCK、JTDO各引脚与JTAG接口的JNRST、JTDI、JTMS、JTCK、JTDO各引脚相连，实现仿真与调试。
所述的光敏传感器采集模块使用LM393集成功放与光敏电阻构成。将光敏电阻与C13并联，然后与R13串联的信号输入LM393的同相输入端，将R14可变电阻的输出与LM393的反相输入端相接，将LM393的输出通过OUTA端口送至STM32微处理器模块模数转换功能的PA3端口进行判断处理，将D2、D3发光二极管作为模块是否正常工作的指示灯。
所述的红外传感器感应模块使用HC-RS501集成模块与三极管放大电路构成。HC-RS501集成模块的输出端OUT通过电阻R2与三极管的基极相连，将放大后的信号送至STM32微处理器模块具有模数转换功能的PA2端口进行判断处理。
所述的占空比控制电路模块由MOC3022光触发可控硅与L401E3双向可控硅开关构成。占空比控制电路模块的输入端与STM32微处理器模块的具有占空比输出功能的PA1端口相接，通过STM32微处理器模块输出的占空比控制占空比控制电路模块的一个周期的通断，达到控制灯的亮度的目的。
所述按键模块通过按键S2、S3、S4、S5一端分别与STM32的PB5、PB6、PB7、PB8各引脚相连，按键另一端统一接地；通过按下相应的按键可以PWM调光模式、PWM调光加红外感应模式、红外感应模式、普通工作模式等四种工作方式。
所述时钟模块通过晶振Y1与STM32微处理器的PC14、PC15引脚相连，再与C1、C3相连并联接地，晶振Y2与STM32微处理器的OSC_IN、OSC_OUT高速外部引脚相连，再与C2、C4相连并联接地晶振，分别为STM32模块提供稳定的低速和高速时钟源；保证了STM32微处理器稳定、可靠的工作。
所述的电源模块使用AMS1117稳压模块提供电源，通过电容C6进行对AMS1117稳压模块的输出电压进行滤波，用发光二极管D1串联电阻指示供电电源是否正常工作。
本发明基于STM32的多种工作模式灯控节能装置，信号采集模块包括光敏传感器采集模块和红外传感器感应模块，通过按键交互模块选择工作方式，根据工作模式，STM32微处理器根据采集设备传回的信息，进行数据的提取与处理，然后输出一定的占空比控制灯的亮度。本发明提供一种基于STM32的多种工作模式灯控节能装置的***设计，具有安全可靠、操控容易的特点，极大限度的实现了节能需求。
附图说明
图1为本发明的结构原理示意图；
图2为本发明的STM32微处理器模块原理图；
图3为本发明的时钟模块原理图；
图4为本发明的光敏传感器采集模块原理图；
图5为本发明的红外传感器感应模块原理图；
图6为本发明的占空比控制电路模块原理图；
图7为本发明的按键交互模块原理图；
图8为本发明的电源模块原理图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，本实施例包括STM32微处理器控制模块、光敏传感器采集模块、红外传感器感应模块、占空比控制电路模块、按键交互模块、时钟模块以及电源模块,其特征在于：采用STM32微处理器作为整个***的控制核心，对光敏传感器采集模块和红外传感器感应模块采集到的信号进行相应的处理，根据处理的结果，发送相应的控制信号控制占空比控制模块；整个***的数据采集设备部分由光敏传感器采集模块、红外传感器感应模块组成采集外部信号；STM32微处理器控制模块发送指令给占空比控制电路模块，决定输出的占空比，达到控制灯的亮度的目的；整个***的按键交互模块由四个按键S2、S3、S4、S5构成；***的时钟模块由晶振Y1、Y2为STM32微处理器控制模块分别提供稳定的低速和高速时钟源；设备有统一的电源模块，其为整个***的所有模块提供稳定可靠的电源。
作为本发明的设计方案，STM32微处理器的型号是STM32F103,焊接在电路板上，包含JTAG接口电路、时钟电路、复位按键和STM32启动方式选择按键。
作为本发明的设计方案，外界光照强度由光敏传感器采集模块采集，人体的红外信号由红外传感器感应模块采集，通过接口电路将它们采集的信号送至STM32微处理器控制模块。
作为本发明的设计方案，通过按键S1、S2、S3、S4可以选择PWM调光模式、PWM调光加红外感应模式、红外感应模式、普通工作模式等四种工作模式。
作为本发明的设计方案，本***采用32.678KHZ的Y1、8MHZ的Y2晶振时钟模块为STM32模块分别提供低速和高速时钟源。
作为本发明的设计方案，所述电源模块采用芯片型AMS1117-3.3V、AMS1117-5V分别提供需要的3.3V和5V电源。
如图2所示，STM32微处理器的PC14、PC15引脚与32.768KHZ晶振Y1相连，然后通过10pFC1、C3并联接地；OSC_IN、OSC_OUT高速外部引脚与8MHZ晶振Y2相连通过22pF电容C2、C4并联接地；所述STM32的复位电路将NRST引脚通过10kΩ电阻R3接到电源,通过100nF电容C5与按键S1并联接地，使用S1按键控制是否复位；STM32启动方式电路是将BOOT0、BOOT1通过10kΩ电阻R3、R4一端接至3.3V电源，另一端通过跳帽J1、J2选择是否接地来选择启动方式；STM32的PA3与光敏传感器采集模块的输出端口OUTA相连，获取光敏传感器采集模块的信号；STM32的PA2端口接至三极管集电极与红外传感器感应模块的输出端口OUT通过5.7kΩ电阻R2相连，获取红外传感器模块的信号；STM32的PA1与占空比控制电路模块的输入端通过5.1kΩ电阻R10和270Ω电阻R11相连，输出相应的占空比，控制灯的亮度；STM32的PA0、PA4、PA5、PA6引脚分别与按键S2、S3、S4、S5相连，选择该节能装置的工作模式，STM32的JNRST、JTDI、JTMS、JTCK、JTDO各引脚与JTAG接口的JNRST、JTDI、JTMS、JTCK、JTDO各引脚相连，实现仿真与调试。
如图4所示，所述的光敏传感器采集模块使用LM393集成功放与光敏电阻构成。将光敏电阻与1uF电容C13并联，然后与5.1kΩ电阻R13串联接至VCC的获取的信号，输入LM393的同相输入端，将10kΩ的R14可变电阻的输出与LM393的反相输入端相接，将LM393的输出通过OUTA端口送至STM32微处理器模块模数转换功能的PA3端口进行判断处理，将D2、D3发光二极管一端接VCC，另一端与1kΩ电阻R15、R16串联，再与10kΩ电阻R17并联，通过发光二级管的亮灭，作为模块是否正常工作的指示灯。
如图5所示，所述的红外传感器感应模块使用HC-RS501集成模块与三极管放大电路构成。HC-RS501集成模块的输出端OUT通过5.7kΩ电阻R2与三极管的基极相连，集电极通过10kΩ电阻R1与VCC相连，然后将放大后的信号送至STM32微处理器模块具有模数转换功能的PA2端口进行判断处理。
如图6所示，所述的占空比控制电路模块由MOC3022光触发可控硅与L401E3双向可控硅开关构成。占空比控制电路模块的输入端，通过5.1kΩ电阻R10与270Ω电阻R11并联与STM32微处理器模块的具有占空比输出功能的PA1端口相接，然后通过STM32微处理器模块输出的占空比控制占空比控制电路模块的一个周期的通断，达到控制灯的亮度的目的。
如图7所示，所述按键模块通过按键S2、S3、S4、S5一端分别与STM32的PA0、PA4、PA5、PA6引脚相连，按键另一端统一接地；通过按下相应的按键可以PWM调光模式、PWM调光加红外感应模式、红外感应模式、普通工作模式等四种工作方式。
如图3所示，所述时钟模块通过32.768KHZ晶振Y1与STM32微处理器的PC14、PC15引脚相连，再与10pF的电容C1、C3相连并联接地，8MHZ晶振Y2与STM32微处理器的OSC_IN、OSC_OUT高速外部引脚相连，再与22pF的电容C2、C4相连并联接地，晶振为STM32模块提供稳定的低速和高速时钟源；保证了STM32微处理器稳定、可靠的工作。
如图8所示，所述的电源模块使用AMS1117稳压模块提供电源，通过1uF电容C6对AMS1117稳压模块的输出电压进行滤波，用发光二极管D1串联电阻指示供电电源是否正常工作。
综上，本发明运用STM32微处理器、红外传感器、光敏传感器等器件，使用占空比调节的方法，实现该装置能PWM调光模式、PWM调光加红外感应模式、红外感应模式、普通工作模式下相互切换，满足不同工作环境下的需求，极大的提高了自动化程度，相比于传统的单一运用红外灯控的设计方式，这种设计方式极大限度的实现了节能的需求。
Claims (6)
1.基于STM32的多种工作模式灯控节能装置，包括STM32微处理器控制模块、光敏传感器采集模块、红外传感器感应模块、占空比控制电路模块、按键交互模块、时钟模块以及电源模块；其中，STM32微处理器控制模块与光敏传感器采集模块、红外传感器感应模块、占空比控制电路模块、按键交互模块、时钟模块相接；按键交互模块用来选择该装置的工作方式，光敏传感器采集模块采集到的光强度信号和红外传感器感应模块感应的信号送至STM32微处理器控制模块，经过STM32微处理器控制模块处理后对占空比控制电路发送相应的控制信号；电源模块为其它模块统一提供稳定可靠的电源，时钟模块提供相应的工作时钟；
其特征在于：采用STM32微处理器作为整个***的控制核心，对光敏传感器采集模块和红外传感器感应模块采集到的信号进行相应的处理，根据处理的结果，发送相应的控制信号控制占空比控制模块；整个***的数据采集设备部分由光敏传感器采集模块、红外传感器感应模块组成采集外部信号；STM32微处理器控制模块发送指令给占空比控制电路模块，决定输出的占空比，达到控制灯的亮度的目的；整个***的按键交互模块由四个按键S2、S3、S4、S5构成；***的时钟模块由晶振Y1、Y2为STM32微处理器控制模块分别提供稳定的低速和高速时钟源；设备有统一的电源模块，其为整个***的所有模块提供稳定可靠的电源。
2.根据权利要求1中所述的基于STM32的多种工作模式灯控节能装置，其特征在于：STM32微处理器的型号是STM32F103,焊接在电路板上，包含JTAG接口电路、时钟电路、复位按键和STM32启动方式选择按键。
3.根据权利要求1中所述的基于STM32的多种工作模式灯控节能装置，其特征在于：外界光照强度由光敏传感器采集模块采集，人体的红外信号由红外传感器感应模块采集，通过接口电路将它们采集的信号送至STM32微处理器控制模块。
4.根据权利要求1中所述的基于STM32的多种工作模式灯控节能装置，其特征在于：通过按键S2、S3、S4、S5可以选择PWM调光模式、PWM调光加红外感应模式、红外感应模式、普通工作模式这四种工作模式。
5.根据权利要求1中所述的基于STM32的多种工作模式灯控节能装置，其特征在于：采用32.678KHZ的Y1、8MHZ的Y2晶振时钟模块为STM32模块分别提供低速和高速时钟源。
6.根据权利要求1中所述的基于STM32的多种工作模式灯控节能装置，其特征在于：所述电源模块采用芯片型AMS1117-3.3V、AMS1117-5V分别提供需要的3.3V和5V电源。
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