摘 要：針對(duì)傳統(tǒng)照明系統(tǒng)功能簡(jiǎn)單，智能化程度低，難以滿足多場(chǎng)景需求的問題，設(shè)計(jì)了一款基于STM32的多功能智慧照明系統(tǒng)，可適用于室外和室內(nèi)兩種應(yīng)用場(chǎng)景。以STM32F103C8T6單片機(jī)為主控芯片，開發(fā)集成照明燈控制和生活信息采集的多功能前端系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)四種不同方式的照明燈開關(guān)控制及定時(shí)照明、燈光亮度調(diào)節(jié)功能，并且具備環(huán)境溫濕度和人體體溫的數(shù)據(jù)采集功能，用于生活環(huán)境及人體健康狀況的靈活監(jiān)測(cè)?；贛IT APP Inventor開發(fā)了一款手機(jī)端智能管理軟件，實(shí)現(xiàn)對(duì)前端系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)的接收和圖形化顯示，以及對(duì)照明燈的遠(yuǎn)程開關(guān)和亮度調(diào)節(jié)。該前端系統(tǒng)功能多樣，手機(jī)端管理軟件靈活、智能，具有良好的實(shí)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：智慧照明系統(tǒng)；生活信息采集；STM32單片機(jī)；MIT APP Inventor；藍(lán)牙通信

中圖分類號(hào)：TP311；TP23 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2024）15-0172-07

Design of Multi-functional Intelligent Lighting System Based on STM32

FANG Fengchang， REN Chaohui， CHEN Shian， ZHANG Bin， ZOU Guofeng

（School of Electrical and Electronic Engineering， Shandong University of Technology， Zibo 255000， China）

Abstract： Aiming at the problems of simple function and low intelligence of traditional lighting system， it is difficult to meet the needs of multiple scenes， a multi-functional intelligent lighting system based on STM32 is designed， which can be applied to both outdoor and indoor application scenarios. With STM32F103C8T6 single-chip microcomputer as the main control chip， a multi-functional front-end system integrating lighting control and life information collection is developed to realize four different types of lighting switch control， timing lighting， lighting brightness adjustment functions， and data collection functions of ambient temperature and humidity and human body temperature， which is used for flexible monitoring of living environment and human health. Based on MIT APP Inventor， an intelligent management software on mobile phone is developed to receive and display the data collected by the front-end system， and to remotely switch and adjust the brightness of the control light. The front-end system has various functions， and the mobile management software is flexible and intelligent， which has good practical value.

Keywords： intelligent lighting system; life information collection; STM32 SCM; MIT APP Inventor; bluetooth communication

0 引 言

隨著新型材料、傳感器和無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，智慧照明系統(tǒng)已成為智慧城市和智能家居的重要組成，給人們的生活帶來巨大便利[1-3]。智慧路燈方面，文獻(xiàn)[4]設(shè)計(jì)了一款基于Arduino的多功能節(jié)能路燈控制模塊，可根據(jù)環(huán)境光線強(qiáng)度、人流量及車流量實(shí)現(xiàn)路燈的自動(dòng)開關(guān)。文獻(xiàn)[5]研究了一款適合隧道照明的LED燈智能控制系統(tǒng)，可根據(jù)隧道內(nèi)有無車輛控制LED燈。室內(nèi)照明方面，文獻(xiàn)[6]設(shè)計(jì)了一種基于STM32的多功能型臺(tái)燈，可根據(jù)閱讀環(huán)境變化調(diào)節(jié)光強(qiáng)，起到保護(hù)用戶視力的作用，使照明設(shè)備更加人性化。文獻(xiàn)[7]設(shè)計(jì)了一款室內(nèi)智慧照明系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了調(diào)光、人走熄燈，同時(shí)在睡眠模式可自動(dòng)調(diào)節(jié)燈光到預(yù)先設(shè)定好的亮度。文獻(xiàn)[8]設(shè)計(jì)了一款適合圖書館的照明燈，將光源嵌入桌面，利用水杯的重力控制燈的開關(guān)。綜上所述，現(xiàn)有智慧照明系統(tǒng)和裝置主要應(yīng)用于城市路燈和室內(nèi)照明燈領(lǐng)域，主要關(guān)注燈的自動(dòng)開關(guān)和光線自主調(diào)節(jié)功能，遠(yuǎn)未達(dá)到真正的智能化要求，且現(xiàn)有智慧照明系統(tǒng)應(yīng)用場(chǎng)景的可拓展性不強(qiáng)。

因此，本文提出了一種適用于不同場(chǎng)景的多功能智慧照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。該系統(tǒng)由前端系統(tǒng)和后端手機(jī)軟件組成。前端系統(tǒng)以STM32單片機(jī)為核心搭建，包括照明燈本體、照明燈控制單元、生活信息采集單元。照明燈控制單元主要實(shí)現(xiàn)開關(guān)燈控制和光線調(diào)節(jié)，其中開關(guān)燈控制包括四種方式：1）語音控制照明燈開關(guān)和定時(shí)照明；2）手機(jī)端軟件遠(yuǎn)程控制照明燈開關(guān)；3）光線較暗并且有人體活動(dòng)時(shí)短暫開啟照明燈；4）按鍵手動(dòng)控制照明燈開關(guān)。光線調(diào)節(jié)通過手機(jī)軟件運(yùn)程調(diào)節(jié)照明燈亮度實(shí)現(xiàn)。生活信息采集單元集成了環(huán)境溫濕度和人體體溫?cái)?shù)據(jù)的采集、顯示與傳輸?shù)裙δ堋：蠖耸謾C(jī)軟件基于MIT App Inventor平臺(tái)開發(fā)設(shè)計(jì)，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)前端采集數(shù)據(jù)的圖形化顯示和照明燈控制命令的獲取及發(fā)送。

本文設(shè)計(jì)的多功能智慧照明系統(tǒng)適用于室外場(chǎng)所和室內(nèi)場(chǎng)所。對(duì)應(yīng)不同應(yīng)用場(chǎng)所，該系統(tǒng)有兩種不同的工作模式，模式選擇可通過語音控制實(shí)現(xiàn)。室外場(chǎng)景模式主要針對(duì)院落或庭院，用戶在這些場(chǎng)所對(duì)于靈活控制開關(guān)燈和調(diào)節(jié)燈光亮度需求較高，因此模式一具備上述四種開關(guān)燈控制方式和燈光調(diào)節(jié)功能；而室內(nèi)場(chǎng)景模式主要針對(duì)臥室和客廳，對(duì)于照明系統(tǒng)也有多種需求，但不需要具備光線較暗且有人體活動(dòng)時(shí)短暫開啟照明燈的功能。除此之外，該系統(tǒng)中的生活信息采集單元可同時(shí)適用于兩種不同場(chǎng)景。

綜上所述，該系統(tǒng)可以根據(jù)環(huán)境光線和人體活動(dòng)短暫開啟照明燈實(shí)現(xiàn)了人在燈亮、人走燈滅，能夠有效節(jié)約能源，語音控制的設(shè)計(jì)在簡(jiǎn)化操控的同時(shí)也適用于不方便用手開關(guān)燈的場(chǎng)合，定時(shí)照明功能可以有效避免忘記關(guān)燈，燈光亮度調(diào)節(jié)滿足了用戶對(duì)不同燈光亮度的需求，智能化程度顯著提高。溫濕度測(cè)量可以方便用戶及時(shí)查看環(huán)境的適宜情況，體溫測(cè)量功能適應(yīng)健康檢測(cè)的需求，用戶可隨時(shí)測(cè)量體溫，方便靈活。另外，手機(jī)軟件的設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)照明燈的遠(yuǎn)程控制，圖形化顯示功能則提高了生活信息監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的可讀性和系統(tǒng)美觀性。

1 系統(tǒng)整體架構(gòu)設(shè)計(jì)

多功能智慧照明系統(tǒng)包括前端系統(tǒng)和后端手機(jī)軟件。前端系統(tǒng)以STM32單片機(jī)為核心，主要涉及前端硬件裝置設(shè)計(jì)，以及與硬件匹配的軟件功能開發(fā)，實(shí)現(xiàn)對(duì)生活信息數(shù)據(jù)的采集、顯示與發(fā)送，照明燈控制命令的接收以及照明燈的智能控制。后端手機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)生活信息數(shù)據(jù)的接收、圖形化顯示，以及照明燈控制命令的獲取和發(fā)送。系統(tǒng)總體框架如圖1所示。

2 前端系統(tǒng)設(shè)計(jì)

前端系統(tǒng)選STM32F103C8T6單片機(jī)作為主控，其他硬件模塊包括溫濕度傳感器DHT11、GY-906-BCC紅外測(cè)溫模塊、LD3320語音識(shí)別模塊、光敏電阻模塊、繼電器模塊、HC-SR501人體紅外感應(yīng)模塊、可控硅模塊、HC-05藍(lán)牙模塊以及SSD1306-I2C OLED顯示屏、兩腳按鍵。系統(tǒng)的硬件電路關(guān)系如圖2所示。

STM32F103C8T6單片機(jī)最小系統(tǒng)主要包括系統(tǒng)電源電路、啟動(dòng)電路、晶振電路、復(fù)位電路以及程序下載電路，其規(guī)格參數(shù)如表1所示。前端系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)在Keil5環(huán)境下采用C語言開發(fā)。

2.1 功能電路設(shè)計(jì)

2.1.1 供電電源模塊設(shè)計(jì)

由于STM32單片機(jī)最小系統(tǒng)自帶接口難以實(shí)現(xiàn)為其他各傳感器供電。因此，在硬件設(shè)計(jì)時(shí)，單獨(dú)焊接制作了一個(gè)包含雙排排針的電源板。

供電電源為18650鋰電池組，該電池組由六塊18650 3.7 V 666 mA時(shí)充電鋰電池組成，每?jī)蓧K鋰電池并聯(lián)為一個(gè)小單元，3個(gè)小單元通過保護(hù)板串聯(lián)組成額定電壓11.1 V（最高電壓12.6 V）的電池組[9]。電池組正負(fù)極兩根導(dǎo)線經(jīng)KCD11船型兩腳開關(guān)與DC-DC降壓模塊相連。降壓模塊可實(shí)現(xiàn)直流6～14 V到直流4.9～5.1 V的降壓轉(zhuǎn)換，輸出電流最高達(dá)3 A，滿足前端系統(tǒng)供電需求。DC-DC降壓模塊輸出端正負(fù)極兩根導(dǎo)線分別接電源板的5 V排針和GND排針，電源板排針再通過導(dǎo)線連接到傳感器和STM32單片機(jī)最小系統(tǒng)，為傳感器以及STM32單片機(jī)最小系統(tǒng)供電。

2.1.2 光敏電阻模塊電路設(shè)計(jì)

光敏電阻模塊對(duì)環(huán)境光線非常敏感，用來檢測(cè)周圍環(huán)境的光線強(qiáng)度，其在環(huán)境亮度低于設(shè)定閾值時(shí)，DO引腳（數(shù)字開關(guān)量輸出端）輸出高電平，當(dāng)環(huán)境亮度超過設(shè)定閾值時(shí)，DO引腳輸出低電平，其閾值可以通過模塊上的旋鈕進(jìn)行調(diào)節(jié)，模塊電路原理如圖3所示。光敏電阻模塊的工作電壓為3.3～5 V，其VCC和GND引腳分別連接電源板的5 V和GND排針，DO引腳連接STM32單片機(jī)PA5引腳。

2.1.3 OLED顯示屏模塊電路設(shè)計(jì)

OLED（Organic Light-Emitting diode）有機(jī)發(fā)光二極管顯示屏參數(shù)如下：尺寸為0.96英寸、分辨率為128×64，驅(qū)動(dòng)芯片為單芯片CMOS OLED/PLED驅(qū)動(dòng)器SSD1306 [9]，通過I2C協(xié)議與STM32通信。其VCC、GND引腳接電源板相應(yīng)排針，SCL和SDA分別接STM32單片機(jī)的PA11、PA12。OLED在本設(shè)計(jì)中用于簡(jiǎn)要顯示溫濕度以及人體體溫。

2.1.4 燈光控制電路設(shè)計(jì)

燈光控制電路由可控硅模塊和繼電器模塊構(gòu)成?？煽毓枘K選用高性價(jià)比的AC-3S模塊，支持3.3 V或5 V供電，本設(shè)計(jì)采用5 V供電。AC-3S可控硅模塊的輸入端口L和N分別接220 V輸入的火線和零線，輸出端口L和N分別接繼電器的公共端（COM）和燈泡（220 V 100 W）的零線，PWM端口接STM32單片機(jī)的PA0引腳。STM32單片機(jī)通過調(diào)節(jié)PA0引腳輸出PWM波的占空比去改變可控硅模塊輸出交流電壓的大小，從而達(dá)到調(diào)光的目的。繼電器模塊采用5 V直流供電，其5 V和GND端分別接電源板相應(yīng)排針，信號(hào)觸發(fā)端（IN）接STM32單片機(jī)PA6引腳，常開端（NO）接照明燈的火線。PA6引腳為高電平時(shí)常開端和公共端處于連接狀態(tài)，反之常開端和公共端斷開連接。燈光控制電路接線如圖4所示。

2.1.5 HC-05藍(lán)牙模塊電路設(shè)計(jì)

HC-05是主從一體的藍(lán)牙模塊，支持藍(lán)牙2.0版本，可實(shí)現(xiàn)10米距離通信[10]。其有AT指令設(shè)置模式以及透?jìng)髂Ｊ絻煞N模式，在透?jìng)髂Ｊ较驴蛇x擇主（Master）、從（Slave）、回環(huán)（Loop back）三種工作角色。HC-05與STM32之間采用串口通信方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。HC-05模塊的原理圖以及與STM32的接線關(guān)系分別如圖5、圖6所示。本設(shè)計(jì)使用HC-05模塊的默認(rèn)配置，HC-05工作在從機(jī)狀態(tài)（Slave），可被手機(jī)搜索，實(shí)現(xiàn)與手機(jī)的無線通信。

2.1.6 LD3320語音識(shí)別模塊電路設(shè)計(jì)

LD3320語音識(shí)別模塊（SPI通信版本）具有自動(dòng)語音識(shí)別（ASR）的功能。其基于非特定人語音識(shí)別技術(shù)，不需要使用者進(jìn)行特殊的錄音訓(xùn)練，可識(shí)別用戶提前編輯好的關(guān)鍵詞[11]。另外，最多可識(shí)別50個(gè)關(guān)鍵詞，在1米以內(nèi)識(shí)別率可達(dá)85%，支持5 V或3.3 V供電。LD3320語音識(shí)別模塊通過SPI協(xié)議和單片機(jī)通信，其5 V、GND、RST、CS、IRQ、WR、SCK、MI、MO引腳分別接到電源板的5 V排針、GND排針、STM32單片機(jī)的PB11引腳、PB12引腳、PB9引腳、PA8引腳、PB13引腳、PB14引腳、PB15引腳。

2.1.7 GY-906-BCC紅外測(cè)溫模塊電路設(shè)計(jì)

GY-906-BCC紅外測(cè)溫模塊是MLX90614系列模塊之一，利用紅外測(cè)溫的原理測(cè)量被測(cè)物體的溫度，在本設(shè)計(jì)中用于測(cè)量人體體溫。其部分使用參數(shù)如下：溫度測(cè)量范圍為-70～382.2 ℃，使用環(huán)境溫度范圍為-40～125 ℃，在室溫下溫度分辨度為0.01 ℃，測(cè)溫距離為10 cm，供電電壓范圍是3～5 V。GY-906-BCC模塊采用單獨(dú)焊接電源板供電，可通過SMBus協(xié)議與STM32單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，SMBus協(xié)議與I2C相同，其中的SCL（串行時(shí)鐘線）和SDA（串行數(shù)據(jù)線）分別連接到STM32單片機(jī)的PB6和PB7引腳。

2.1.8 HC-SR501人體紅外感應(yīng)模塊電路設(shè)計(jì)

HC-SR501示意圖如圖7所示，HC-SR501是一款基于紅外線技術(shù)的自動(dòng)控制模塊，可實(shí)現(xiàn)人體感應(yīng)，感應(yīng)范圍為7米以內(nèi)、小于120度錐角。模塊有兩種觸發(fā)方式（可通過跳線方式進(jìn)行選擇）：1）不可重復(fù)觸發(fā)方式，感應(yīng)到人體活動(dòng)時(shí)，其2號(hào)引腳會(huì)輸出高電平，延時(shí)一段時(shí)間后，2號(hào)引腳輸出將自動(dòng)從高電平變?yōu)榈碗娖剑?）可重復(fù)觸發(fā)方式，即在感應(yīng)到人體活動(dòng)時(shí)，2號(hào)引腳輸出高電平，在其延時(shí)時(shí)間范圍內(nèi)，如果有人體仍在其感應(yīng)范圍內(nèi)活動(dòng)，其2號(hào)引腳將持續(xù)輸出高電平，直至檢測(cè)到人體最后一次活動(dòng)（人體離開或人體不再活動(dòng)），延時(shí)一定時(shí)間后，2號(hào)引腳將輸出低電平。本設(shè)計(jì)延時(shí)時(shí)間通過旋鈕1設(shè)置為0.5 s，觸發(fā)方式選擇可重復(fù)觸發(fā)方式。HC-SR501的1號(hào)和3號(hào)引腳分別接電源板的5 V和GND排針，2號(hào)引腳接STM32單片機(jī)PB5引腳。

2.1.9 DHT11溫濕度傳感器電路設(shè)計(jì)

DHT11傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出的溫濕度復(fù)合傳感器，包含一個(gè)NTC測(cè)溫元件和一個(gè)電容式感濕元件，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)溫度和濕度測(cè)量[12]。溫度測(cè)量范圍：-20～60 ℃，測(cè)量誤差：±2 ℃；相對(duì)濕度測(cè)量范圍：5%～95%，測(cè)量誤差：±5%，滿足用戶的正常需求。DHT11模塊有3個(gè)引腳，供電電壓引腳（VCC）和GND引腳接電源板相應(yīng)排針，其數(shù)字信號(hào)（DATA）引腳接STM32單片機(jī)的PA15引腳。

2.1.10 按鍵電路設(shè)計(jì)

按鍵在本設(shè)計(jì)中主要用于觸發(fā)外部中斷，進(jìn)而使STM32單片機(jī)執(zhí)行相關(guān)程序，其電路如圖8所示。

2.2 前端系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

前端系統(tǒng)的軟件編程平臺(tái)為Keil μVision5，編程語言為C語言，利用STM32F103官方固件庫(kù)進(jìn)行開發(fā)，主程序流程圖如圖9所示。前端系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)分為兩大部分：一是照明燈控制單元的程序，二是生活信息采集單元的程序。

2.2.1 照明燈控制單元的程序設(shè)計(jì)

STM32單片機(jī)通過PA6引腳控制繼電器模塊實(shí)現(xiàn)照明燈的開關(guān)，STM32單片機(jī)的PA6輸出高電平時(shí)，照明燈點(diǎn)亮，反之輸出低電平時(shí)，照明燈熄滅。

LD3320語音識(shí)別模塊檢測(cè)函數(shù)流程圖如圖10所示，其識(shí)別口令如表2所示。識(shí)別到開燈及關(guān)燈的口令后，控制繼電器打開或關(guān)閉照明燈，識(shí)別到切換模式的語音口令后，改變?nèi)肿兞縈從而執(zhí)行不同的程序?qū)崿F(xiàn)模式選擇，識(shí)別到定時(shí)照明的相關(guān)口令后通過啟動(dòng)定時(shí)器4實(shí)現(xiàn)定時(shí)照明。

STM32單片機(jī)通過檢測(cè)HC-SR501和光敏電阻模塊輸出引腳的高低電平實(shí)現(xiàn)根據(jù)環(huán)境光線和人體活動(dòng)短暫開啟照明燈，在照明燈關(guān)閉時(shí)（PA6引腳輸出低電平），當(dāng)周圍環(huán)境較暗低于光敏電阻模塊設(shè)定的閾值并且有人體在HC-SR501識(shí)別范圍內(nèi)活動(dòng)，STM32單片機(jī)會(huì)檢測(cè)到PA5和PB5引腳都為高電平，進(jìn)而短暫的打開照明燈30秒。

當(dāng)按下PB1引腳的開關(guān)按鍵，會(huì)觸發(fā)PB1的IO口中斷，在中斷程序中改變照明燈的狀態(tài)，并且強(qiáng)制停止定時(shí)照明。

手機(jī)端控制命令通過手機(jī)藍(lán)牙發(fā)送給HC-05藍(lán)牙模塊，手機(jī)發(fā)送控制命令時(shí)，燈光亮度數(shù)據(jù)以字符'T'開頭，字符'＼0'結(jié)尾，開關(guān)燈的命令發(fā)送字符'D'。藍(lán)牙模塊再通過串口1發(fā)送給STM32單片機(jī)，STM32單片機(jī)接收到數(shù)據(jù)后，會(huì)觸發(fā)串口1的接收中斷，在接收中斷服務(wù)程序中對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，接收到'D'后，改變照明燈的狀態(tài)，強(qiáng)制停止定時(shí)照明。接收到'T'開頭的數(shù)據(jù)后，根據(jù)燈光亮度數(shù)據(jù)改變PA0引腳輸出PWM波的占空比，從而改變燈光的亮度。

2.2.2 生活信息采集單元程序設(shè)計(jì)

生活信息的采集由PB0引腳的按鍵控制，在正常工作時(shí)，系統(tǒng)只測(cè)量溫濕度，在需要時(shí)可以按下按鍵，系統(tǒng)會(huì)切換到測(cè)量人體體溫的狀態(tài)，當(dāng)PB0引腳的按鍵按下后會(huì)觸發(fā)IO中斷，在其中斷服務(wù)程序中對(duì)全局變量K取反。K等于0時(shí)STM32單片機(jī)通過DHT11模塊對(duì)周圍環(huán)境的溫濕度進(jìn)行測(cè)量，K不等于0時(shí)其通過GY-906-BCC模塊對(duì)人體體溫進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量的數(shù)據(jù)會(huì)通過OLED屏幕顯示，并通過藍(lán)牙模塊發(fā)送給手機(jī)。STM32單片機(jī)發(fā)送生活信息數(shù)據(jù)時(shí)，溫度數(shù)據(jù)、濕度數(shù)據(jù)、人體體溫?cái)?shù)據(jù)分別以字符'w'、's'、't'開頭，后面緊跟測(cè)量到的數(shù)據(jù)，并以字符'＼0'作為測(cè)量數(shù)據(jù)的結(jié)束符，當(dāng)手機(jī)接收到不同字符開頭的數(shù)據(jù)后，會(huì)加以區(qū)分，做出不同的處理。

3 手機(jī)端軟件設(shè)計(jì)

手機(jī)軟件主要實(shí)現(xiàn)以下功能：一是接收單片機(jī)發(fā)送來的生活信息數(shù)據(jù)并進(jìn)行圖形化顯示，二是獲取和發(fā)送照明燈控制命令。手機(jī)軟件的開發(fā)是基于MIT APP Inventor設(shè)計(jì)的，使用了多個(gè)APP Inventor組件，包括藍(lán)牙客戶端組件、計(jì)時(shí)器組件、標(biāo)簽組件、畫布組件以及圖像精靈組件等。

3.1 生活信息接收及顯示的實(shí)現(xiàn)

環(huán)境溫濕度信息有文字顯示和儀表顯示兩種方式。文字顯示通過不斷更新相應(yīng)標(biāo)簽組件的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)。儀表顯示通過畫布組件和圖像精靈組件實(shí)現(xiàn)，在畫布組件和圖像精靈組件中分別上傳準(zhǔn)備好的表盤和表針圖片，通過圖像精靈組件旋轉(zhuǎn)表針圖片到相應(yīng)的角度，從而達(dá)到指示溫濕度的作用。人體體溫只通過標(biāo)簽組件進(jìn)行文字顯示。

計(jì)時(shí)器組件不斷的計(jì)時(shí)，每30毫秒調(diào)用藍(lán)牙客戶端接收一次數(shù)據(jù)，接收到的數(shù)據(jù)后，對(duì)不同字符開頭的數(shù)據(jù)做以下處理：接收到'w'開頭的數(shù)據(jù)后，更新顯示溫度數(shù)值的標(biāo)簽以及溫度儀表表針的角度，接收到's'開頭數(shù)據(jù)后，更新顯示濕度數(shù)值的標(biāo)簽以及濕度儀表表針的角度，接收到't'開頭的數(shù)據(jù)后，更新顯示人體體溫?cái)?shù)值的標(biāo)簽。

3.2 照明燈控制命令的獲取及發(fā)送的實(shí)現(xiàn)

燈光亮度數(shù)據(jù)的獲取是通過滑動(dòng)條組件實(shí)現(xiàn)，當(dāng)用戶滑動(dòng)滑塊時(shí)，通過獲取滑塊的位置，可獲得用戶需要的燈光亮度數(shù)據(jù)。手機(jī)把獲取到的數(shù)據(jù)通過藍(lán)牙組件按照前文所述格式發(fā)送出去從而實(shí)現(xiàn)燈光亮度數(shù)據(jù)的發(fā)送。當(dāng)用戶每點(diǎn)擊一下“開關(guān)”按鈕，手機(jī)就會(huì)發(fā)送一個(gè)字符'D'，從而實(shí)現(xiàn)開關(guān)燈命令的獲取及發(fā)送。

4 系統(tǒng)性能測(cè)試

4.1 前端軟硬件的運(yùn)行測(cè)試

開啟前端系統(tǒng)電源并把照明燈供電插頭插入220 V交流插座，約1 s后前端系統(tǒng)正常運(yùn)行，照明燈處于關(guān)閉狀態(tài)，OLED屏幕上實(shí)時(shí)顯示溫濕度的數(shù)據(jù)，藍(lán)牙模塊的指示燈處于快速閃爍狀態(tài)，在和手機(jī)藍(lán)牙連接后進(jìn)入雙閃狀態(tài)，當(dāng)按下STM32單片機(jī)PB0引腳的按鍵后OLED屏幕顯示內(nèi)容變?yōu)槿梭w體溫，再次按下后，顯示內(nèi)容變?yōu)榄h(huán)境溫濕度數(shù)據(jù)。

為驗(yàn)證其可靠性，前端系統(tǒng)處于人體體溫測(cè)量狀態(tài)時(shí)，測(cè)試了20個(gè)人的體溫，其最大誤差不超過0.3 ℃，在容許誤差范圍內(nèi)，前端系統(tǒng)處于測(cè)量環(huán)境溫濕度狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)實(shí)測(cè)溫濕度與天氣預(yù)報(bào)網(wǎng)公布的氣象數(shù)據(jù)相近，誤差可忽略不計(jì)，表明其可靠性較好。OLED顯示效果如圖11所示。

因?yàn)闇y(cè)試是在夜晚進(jìn)行，有人經(jīng)過時(shí)，照明燈會(huì)短暫開啟，經(jīng)計(jì)時(shí)發(fā)現(xiàn)，開啟時(shí)間與理論值30 s最大相差±2 s，發(fā)出語音口令“模式二”后，即使有人經(jīng)過，照明燈仍處于熄滅狀態(tài)，當(dāng)發(fā)出“開燈”和“關(guān)燈”的語音口令后，照明燈會(huì)立刻開啟和關(guān)閉，按下PB1引腳的按鍵后照明燈的狀態(tài)會(huì)立刻翻轉(zhuǎn)。發(fā)出定時(shí)照明的相關(guān)口令后會(huì)進(jìn)入定時(shí)照明狀態(tài)，其實(shí)際定時(shí)時(shí)間如表3所示。經(jīng)實(shí)際測(cè)試，前端系統(tǒng)工作良好，運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定。

4.2 手機(jī)軟件的運(yùn)行測(cè)試

打開手機(jī)軟件后，點(diǎn)擊藍(lán)牙選擇按鈕，進(jìn)入藍(lán)牙選擇界面，選擇"HC-05"并等待3 s后，連接成功并自動(dòng)返回到主界面，此時(shí)藍(lán)牙選擇按鈕下的藍(lán)牙狀態(tài)標(biāo)簽已經(jīng)從"Not connected"變?yōu)?the connected is successful"。手機(jī)軟件實(shí)際運(yùn)行界面如圖12所示。

滑動(dòng)燈光亮度滑塊，滑動(dòng)條上方的燈光亮度數(shù)值標(biāo)簽和照明燈的亮度都會(huì)發(fā)2EXZm/fSseUCR0ZVrKkabZP+TMtS6ahRRBWFjx3l3Vw=生相應(yīng)的變化，點(diǎn)擊“開關(guān)”按鈕后會(huì)立刻改變照明燈的狀態(tài)。前端系統(tǒng)處于人體體溫測(cè)量狀態(tài)時(shí)，大約在1 s左右手機(jī)軟件的人體體溫?cái)?shù)值標(biāo)簽更新一次，前端系統(tǒng)處于測(cè)量溫濕度狀態(tài)時(shí)，通過人為的改變周圍環(huán)境溫濕度，同樣在大約1 s手機(jī)軟件的溫濕度數(shù)值標(biāo)簽和儀表表針角度會(huì)發(fā)生一次相應(yīng)的變化，并把手機(jī)軟件顯示的測(cè)量數(shù)據(jù)與OLED顯示的測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)完全一致，經(jīng)實(shí)際測(cè)試，手機(jī)軟件運(yùn)良好。

5 結(jié) 論

本文設(shè)計(jì)了一款多功能智慧照明系統(tǒng)。前端系統(tǒng)由STM32單片機(jī)和各類傳感器組成，后端手機(jī)軟件是一款基于APP Inventor開發(fā)的藍(lán)牙軟件。該多功能智慧照明系統(tǒng)前端系統(tǒng)工作穩(wěn)定，照明燈亮度調(diào)節(jié)迅速平穩(wěn)，語音口令、環(huán)境光線和人體活動(dòng)的識(shí)別準(zhǔn)確，溫濕度以及人體體溫測(cè)量可靠；后端手機(jī)軟件可以獲取和發(fā)送用戶需要的燈光亮度數(shù)據(jù)以及照明燈開關(guān)命令，并且實(shí)現(xiàn)了對(duì)溫濕度、人體體溫測(cè)量數(shù)據(jù)的接收和可視化顯示。該系統(tǒng)彌補(bǔ)了市面上的照明燈功能單一，難以適應(yīng)不同群體及場(chǎng)合的不足，為智慧照明系統(tǒng)開發(fā)提供了一種新的借鑒思路。后續(xù)開發(fā)中，將基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研究多個(gè)智慧照明系統(tǒng)的綜合管理方案，開發(fā)智能終端控制軟件，實(shí)現(xiàn)整區(qū)域照明系統(tǒng)的精準(zhǔn)控制。

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作者簡(jiǎn)介：房峰昌（2002—），男，漢族，山東濟(jì)寧人，本科在讀，研究方向：電子線路設(shè)計(jì)、智能信息處理；通訊作者：鄒國(guó)鋒（1984—），男，漢族，山東泰安人，副教授，博士，研究方向：智能控制技術(shù)、信息處理與智能系統(tǒng)。