基于STM32单片机的智能照明系统设计11000字【论文】

基于STM32单片机的智能照明系统设计ADDINCNKISM.UserStyle摘要随着国民经济的快速发展，大量的新兴技术融入到人们的生活中，其中，照明系统占据一定比例。传统的照明系统为人们的生活带来了一定的便利，但仍存在有开关控制手动化、系统功能单一、大量消耗能源、灯光调节不够人性化、布线繁琐、隐藏风险等问题。传统的照明系统已经跟不上信息化时代发展的步伐，因此，智能照明系统的出现是必然的。综上所述，本设计以照明系统智能化控制为研究目的，在此基础上设计开发一款基于物联网的智能照明系统。本系统在硬件上使用STM32单片机作为主控，使用光敏电阻作为光照强度检测的传感器，使用人体红外传感器判断是否有人经过，使用声音传感器检测环境中的声音数据，使用WiFi模块作为通信模块，实现设备与云端或者设备与手机之间的通信。本系统在功能方面，可以实现自动模式与手动模式之间的相互切换。在手动模式下，用户可以通过按键或者手机APP手动地对LED进行开关控制，并实现不同档位的开关调节。在自动模式下，设备可以通过光敏电阻传感器、声音传感器以及人体红外传感器综合判断环境条件，当无人经过的时候，自动关闭灯光；当有人经过且光照强度较低的时候，自动开灯。本系统在保证日常照明需求的情况下，能够满足对当前环境照明的舒适性要求，并能按有效节约能源，提高生活品质。关键词：智能照明；STM32；MQTT协议；传感器；控制目录TOC\o"1-3"\h\u16407摘要 314057目录 692641绪论 811761.1选题背景与意义 885341.2国内外研究现状 8115621.2.1国外研究现状 9204051.2.2国内研究现状 944591.3研究的主要内容 1076661.4论文的结构安排 11231221.5本章小结 12149792系统需求与方案设计 13267342.1需求分析 1320212.1.1社会需求 13122342.1.2系统需求 13244322.2可行性分析 14276302.2.1云平台简介 14327272.2.2OneNET云平台的通信方式 14135392.2.3OneNET云平台的通信协议 14114142.3方案设计 1513852.4本章小结 16281223系统硬件设计 179563.1系统整体硬件设计 1873373.2STM32单片机硬件设计 18106483.2.1STM32单片机的复位电路设计 1813673.2.2STM32单片机的程序下载电路设计 1834293.2.3主控供电的电路设计 19313683.2.4主控电路时钟设计 19239803.3传感器硬件设计 19177363.3.1人体红外传感器的电路设计 19269483.3.2按键模块硬件电路设计 207853.3.3光敏电阻传感器硬件电路设计 2086653.3.4受控LED模块硬件电路设计 20186003.3.5声音传感器硬件的电路设计 21132403.4数据通信硬件设计 21228423.5本章小结 21258734系统软件设计 23315284.1受控LED灯的PWM程序设计 23163814.2红外传感器模块的程序设计 23934.3WiFi模块程序设计 24261304.4光敏电阻传感器的程序设计 2515724.5声音传感器的程序设计 2685284.6本章小结 26206925系统硬件与功能调试 2796345.1系统硬件与调试 2725175.2软件调试与分析 27203075.3云服务调试与分析 2868546总结与展望 31199936.1总结 31304086.2展望 3127058参考文献 321绪论1.1选题背景与意义在科学技术的飞速发展的信息化时代，人们对事物的认识开始发生显著变化。人们希望一个产品不仅能够提供更好的使用感受，还能提供更智能、更有趣的娱乐功能。智能照明系统是通过设计开发硬件和软件来满足人们对光的需求，并以此促进室内照明更趋向明人性化及个性化REF_Ref24845\r\h[1]。相比较于只具备有基本照明功能的传统灯具而言，智能照明灯具同时有一定的外观造型审美，并能够实现与用户的智能交流，为用户提供良好的交互体验REF_Ref24314\r\h[2]。随着智能家电和智能家居的发展，灯具作为最简单的电器也逐渐趋向智能化发展，实现与其他设备相连接，从而达到改变颜色、调节亮度，甚至发出声音的效果REF_Ref24314\r\h[2]。在现代社会发展中，智能照明控制将在新的高新技术征程上，朝着更加智能的方向前进REF_Ref27996\r\h[3]。1.2国内外研究现状20世纪90年代，智能照明的概念从国外引入中国，相对应的，国外智能灯的发展也早于国内。在长久以来的发展中，控制照明的方式从手动控制到自动控制，进而向现在的智能照明控制方式进发REF_Ref457\r\h[4]。与传统灯具不同，智能灯最大的优势在于与用户的互动和情感体验。在当前技术研发的背景下，如何通过设计提升智能家电的交互体验，如何通过设计与灯的互动来满足消费者的情感需求，是判断智能家居产品是否研发成功的关键和标准。1.2.1国外研究现状20世纪80年代，照明产业在美国首次出现并迅速发展。20世纪90年代后半期，世界进入了信息化时代，给各阶层的生活带来了巨大的影响。照明行业正在经历巨大的变化，对智能照明提出了更高的要求。智能照明利用物联网技术、信息应用技术等高新技术，进行全系创新设计，适应节能减排的世界趋势，在智慧城市建设中有着举足轻重的地位。智能照明采用“绿色智能照明”理念，追求高光效、节能环保的照明效果。2009年，洛杉矶市用LED智能路灯替代原先的高压钠灯REF_Ref18215\r\h[5]。2005-2015年，澳大利亚为提高国家照明效率，提出了绿色照明战略REF_Ref19067\r\h[5]。现如今，在国际市场上，绿色环保的理念深入人心，配合着当今迅猛发展的科学技术，绿色智能照明有着无限的发展潜力和广阔的前景。1.2.2国内研究现状在智能照明发展前期，我国不仅在技术上相对落后，在智能家居照明设计上也缺乏原创性、可玩性和多样性。直到进入21世纪，为促进信息化和智能城市的发展，中国政府鼓励智能终端产品的创新和发展，为智能照明的发展创造良好的推动力。然而，我国智能照明市场尚不成熟，有关智能照明控制的标准还不够完善，其发展及推广的空间也比较有限。除此之外，我国智能控制照明的普及和应用也很有限。不过，与上述相比，国内智能照明市场仍有不俗的发展实力。华为智选和欧普照明合作推出的智能吸顶灯便是一个很好的例子，不仅具备有人性化舒适光源、可调节色温亮度、智能调光、智能场景联动等特点，还能够与华为智能设备联动，轻松操控开关、调光调色、随意进行场景切换。如何在发展智能照明的同时达到节能的目的是当前我国面临的一个问题。在我国大部分地区，目前主流的发电方式仍然是通过火力去发电，如果能够大力促进智能照明行业的发展，就能够减少电能消耗，减少空气污染，改善空气质量，对我国现阶段的可持续发展道理有着很大的促进作用REF_Ref4565\r\h[6]。1.3研究的主要内容该系统针对当前的市场情况和节能要求，开发并设计了一款基于物联网的智能照明系统，该系统能够实现对LED的自动形式与手动形式的相互切换。在手动模式下，用户可以通过按键或者手机APP对LED进行手动控制，并实现不同挡位的开关调节。在自动模式下，本系统可以通过人体红外传感器，光敏电阻传感器以及声音传感器综合判断环境条件，当无人经过的时候，自动关闭灯光，当有人经过且光照强度较低的时候自动开灯。所以在本系统的设计中，主要涉及对智能照明技术的研究，硬件电路的选型，硬件电路的设计以及程序的设计与调试等内容。在系统开始设计之前，需要做好相关的准备工作，研究相关的的数据传输技术，主要包含串口数据传输技术，WiFi数据传输技术以及网络数据远程传输技术，在这些数据传输的技术研究中，需要了解相关技术的传输原理、相关数据传输的优劣和特点等，同时针对这些数据传输技术硬件上的选型。除此之外，主控单片机和传感器的选择也很重要，在选择单片机的时候，应当考虑到系统的功能和成本，选择最适合的单片机，以便实现单片机在该系统中所设计的各项功能，并达到所需的数据性能指标。在选择传感器的时候，应当选择具有典型代表的传感器，要针对本系统的特点选取能采集数据的传感器以及能够被控制的设备，并兼顾其与主控单片机能否兼容的问题，在选取WiFi模块的时候，要考虑到WiFi模块是否能够满足该系统的数据通信需求。硬件电路的设计也是本系统重点研究的内容，从电路设计方面上考虑，不仅需要考虑单片机与传感器的工作电压，又需要设计出来的电路是否能够正常的运作，还需要考虑到传感器与线路之间的连接等等因素。程序的设计是本系统设计的最后一个重点内容，在整个系统程序设计过程中，除了最基础的程序编写软件keil的下载之外，主程序如何设计、光敏传感器、声音传感器以及人体红外传感器程序之间该如何整合到一起以及单片机的工作频率等内容都是需要熟知的。1.4论文的结构安排基于物联网的智能照明系统设计一共有六个章节，主要围绕着硬件设计、软件设计、硬件实物连接与调试这三个方面的内容进行描述说明。1绪论。这一章是关于选题的初步研究，具体包括有选题的意义和背景分析，通过对选题背景的研究分析，能够更好的理解智能照明系统设计的意义和应用范围。通过分析国内外的研究状况，可以更清晰地了解当前该系统的技术发展趋势，了解智能照明系统的发展前景和相关技术的研究，并利用现有的技术基础，对本设计进行技术上的分析和调整，分析现有的研究成果的优劣，并对本系统的主要研究内容做出分析和总结。通过对本系统主要内容的研究分析，确定整个系统的研究重点和工作重心，为后续章节内容有针对性的提供技术分析。最后一部分是章节结构安排，在这部分内容中，重点介绍了对后续章节内容的具体安排，简单介绍后续章节的相关内容。2系统需求与方案设计。第二章的主要作用就是需求分析以及运用技术主要内容的阐述。这一章节主要是对系统需求和系统设计的分析，并确定该系统的设计方案。首先，对系统的需求进行分析，开始这一项课题前，了解社会对智能照明系统的需求，做好系统可行性分析是很重要的。这部分内容主要是确定系统开发方向和系统功能的确定。其次，在系统方案的设计中，主要是在电路和程序设计之前，根据系统的功能，对整个系统进行总体的设计，列出系统所要实现的功能。4系统软件设计。在介绍程序设计的这一章节中，重点放在了主程序的设计，主程序的主要功能是保证各个模块程序能够一起进行工作在本章节主要完成程序的设计，首先是最重要的主程序设计，主程序设计主要是实现传感器模块程序和WiFi模块程序的融合，并保证在兼容后，各个模块能够一起很好的进行工作。其次，如何使传感器正确采集数据、准确检测周围环境数据，如何控制LED灯的状态、PWM程序设计等内容，也是程序设计的重点部分。最后是WiFi通信程序设计，这一部分的程序主要目的是进行WiFi通信程序的设置，使得系统数据能够通过WiFi模块进行数据传输。5实物与调试。本章的重点内容是硬件实物的接线和调试，在硬件接线的时候，需要注意线路的衔接、WiFi模块、传感器和单片机之间的连接等。在进行硬件调试的过程中，需要考虑到各个模块是否能够单独、高效地进行工作。除此之外，还需要考虑到各个模块之间在程序融合后，是否可以正常进行工作。6总结与展望。本章主要是对所设计的物联网智能照明系统的技术和功能进行了综述，并对目前所做的工作和存在的问题进行了分析，并提出了今后的研究方向。1.5本章小结本章节主要是针对智能照明系统发展前景的研究分析，绪论部分主要从选题背景及意义、国内外研究现状、本课题的主要研究内容以及论文各章节的内容安排四方面进行研究分析。通过对选题的背景和意义分析，可以更好地阐述本课题的意义及适用范围。对国内外研究现状的分析，能够充分的了解智能照明系统的现有技术情况，深入的了解该系统的发展前景，客观分析现有研究成果所存在的优缺点，对本系统的研究内容进行总结。而通过对系统主要内容的研究分析，能够确定本设计的工作重点，明确本设计的主要研究内容，并作出技术设计研究。2系统需求与方案设计2.1需求分析2.1.1社会需求几千年来，照明的来源从用火到用电。在远古时代，最古早的人类利用自身的力量去获取大自然提供的火资源；伴随着社会不断的发展、科学技术的不断提高，人类不断发现新的社会能源，火渐渐演变成灯具，成为驱散寒冷和黑暗的工具REF_Ref6375\r\h[8]。而在现如今这个时代，人类使用电来为灯具提供能量，慢慢进入到信息化的时代。通过对灯具的演变过程的观察，发现社会发展也能从对灯具追求的程度不同来体现，追求灯具的结构，有条不紊地开发新功能，融合当时的社会文化，追求外观造型的美学程度，最后达到了一定的融合统一，形成现代社会的绿色智能照明系统。我国对于智能照明方面的研究，在日益成熟的科学技术和数字化发展下，取得了一定成绩。在现代信息化社会背景下，人民的生活需求日新月异，日常生活所需的照明也在不断迭代和升级。照明是很大程度上决定人的心理感觉和生理状态环境舒适度的重要因素REF_Ref9124\r\h[9]。智能、便携、环保成为照明系统的主旋律。而不同的照明需求提供给不同的用户，在节能减排的前提下，智能照明灯具去适应不同需求的用户，给用户最好的交互体验REF_Ref24314\r\h[2]。2.1.2系统需求社会在发展，科技在进步，“大力发展智能科技，坚持节能优先、绿色低碳”的理念，已经成为了我国未来的主要发展目标之一REF_Ref6887\r\h[10]。本设计以照明系统智能化控制为研究目的，在此基础上设计开发一款基于物联网的智能照明系统，包括光敏检测模块、声音检测模块以及检测模块三个部分。光敏监测模块主要通过光敏电阻传感器实时监测周围环境的光照强度。系统提前设置一个光强阈值，当光照强度小于光强阈值时，LED自动打开。声音检测模块是通过声音传感器接收外界声音，当声音大于固定阈值时，LED自动打开。人体检测模块主要通过红外传感器感应是否有人经过，当外界光照强度低于光强阈值，并且有人经过时，LED自动打开。除此之外，本系统设置有两种模式，分别为自动模式和手动模式。按下K1键，将系统转换为自动模式，当外界光照强度低于光强阈值时，一旦有人经过或者声音超过固定阈值，则LED自动打开。按下K2键，将系统切换到手动模式，在该模式中，用户可以通过手机或者按键去控制LED亮灭程度。2.2可行性分析2.2.1云平台简介近年来，随着物联网技术以及云服务计算的迅速发展，物联网云服务平台也随之诞生。云服务的出现与发展，有效解决个人开发者以及中小型企业运营难的问题，大大节约他们的技术开发难点。云平台的出现不仅是偶然，而且具有性能稳定、安全、资源利用率高、成本低、灵活性高、操作简单等优点。物联网平台逐渐被使用。考虑到本系统设计的难易程度以及开发的稳定性等因素，决定选取OneNET物联网平台作为设备的物联网开发平台。2.2.2OneNET云平台的通信方式为了方便广大的开发者用户们能够快速有效的借助OneNET物联网云平台进行开发工作，OneNET提供了多种多样的设备接入方式，这些方式能够将各种各样的开发设备快速的接入物联网然后实现数据的上传以及命令的下发。2.2.3OneNET云平台的通信协议OneNET物联网云平台目前支持多种物联网数据传输协议，其中在类型上分为公有数据传输协议以及私有数据传输协议，其中公有数据传输协议主要包含LwM2M、EDP、MODBUS、MQTT、HTTP和TCP透传，私有数据传输协议主要包含RTMP协议。目前市场上使用较多的数据通信协议主要是MQTT协议。2.2.4STM32单片机硬件选型1.单片机的选择单片机的种类繁多，功能齐全，不同的系统设计所采用的单片机有所不同，在开发设计的时候，总会面临着很多选择。目前市面上常见的单片机包括有51系列单片机、AVR系列单片机、STM32系列单片机等，而选择哪一款单片机，往往需要根据系统设计的实际情况和要求来选择合适的单片机。本系统采用STM32单片机进行设计开发。STM32系列单片机是由ST意法半导体集团推出的32位微控制器，与传统的8位单片机对比，其具备有性能高、成本低、耗能低的优点，广泛应用于各个不同的领域，包括有物联网、嵌入式系统等行业。相对于传统的8位单片机，采用Cortex-M内核处理器的STM32系列单片机在性能上有了大幅度的提高。根据以上分析，从资源利用、开发成本、开发难度和单片机对于通信协议的要求等方面综合考虑，本设计决定选择STM32单片机作为主控芯片。STM32单片机简介STM32有很多不同的型号，例如STM32L0/1/2/3、STM32F10/1/2/3/4/7等。根据本系统设计的应用场所，本设计选用STM32F103C8T6单片机，该单片机具有处理速度快、内部资源丰富的优点与特性，内部数据和程序存储器足够大，外部数据的寻址范围也足够大，接口充足，上述性能足以满足本系统开发的所有要求。。STM32F103C8T6单片机的封装图如下图2.1所示：图2.1STM32F103C8T6单片机封装图2.3方案设计本文设计的基于物联网的智能照明系统可实现自动模式和手动模式的功能转换，在手动模式下，用户可以通过按键或者手机APP手动的对LED等进行开关控制，并实现不同挡位的开关调节。在自动模式下，设备可以通过人体红外传感器，光敏电阻传感器以及声音传感器综合判断环境条件，当无人经过的时候，自动关闭灯光，当有人经过且光照强度较低的时候自动开灯，本设计在内容上主要分为五个部分：第一部分是主控STM32，该部分主要的功能就是数据处理与控制，接受传感器采集的数据并作出相对应的控制。第二部分按键模块，该模块主要进行模式切换，手动模式下灯光开关以及亮度的调节。第三部分是LED灯的控制部分，这一部分主要用于控制灯的开关与亮暗。第四部分WiFi通信部分，这一部分设备可以通过WiFi将数据传输到云平台以及用户的手机APP上。基于物联网的智能照明系统总框架图如下图2.2所示：图2.2基于物联网的智能照明系统总框架图2.4本章小结本章的主要内容就是前文所述的技术要点。本章主要分为需求分析和可行性设计两个部分。一是需求分析，通过对智能照明系统现状和科学技术快速发展需求的了解，对该项目进行一定程度的分析，判断其研究价值和必要性。二是可行性分析，主要目的是分析和解释选择云平台和STM32单片机的原因，并从理论上解释设计中应使用的主要技术。3系统硬件设计3.1系统整体硬件设计本系统的硬件设计方案根据模块进行，采用了STM32单片机作为主控制器，搭配有各种传感器采集数据，使用光敏电阻作为光照强度检测的传感器，使用人体红外传感器作为人体红外检测的传感器，使用声音传感器检测环境中的声音数据，使用WiFi模块作为通信模块，实现设备与云端或者设备与与手机之间的通信。因此，本文设计的基于物联网的智能照明系统在硬件上采用了WiFi模块、光敏传感器、LED、按键、红外传感器、声音传感器等多个模块。本设计的总体硬件设计电路图如下图3.1所示：图3.1基于物联网的智能照明系统总体硬件电路设计3.2STM32单片机硬件设计3.2.1STM32单片机的复位电路设计STM32微处理器的复位电路是其重要的硬件电路，它的主要作用是使程序正常工作，并对异常进行复位重置，所以在硬件的设计中，复位电路的考虑是很有必要的。STM32微处理器的复位硬件电路主要包括按键和电容器这两部分，按键的主要功能是使复位引脚接地，然后再复位单片机，电容的功能是对按键电路进行硬件消抖，避免按键在按下时出现电平抖动引起的频繁重置复位。3.2.2STM32单片机的程序下载电路设计系统设计采用了STM32F103C8T6单片机，它有两种不同的程序下载方法，方式一是通过串口下载，这种方法主要通过改变单片机的引脚连接方式，并改变STM32的启动地址，最后利用串口下载程序，不过这一步很复杂，不经常使用。方式二是通过单片机的SWD引脚和SCLK引脚，利用下载器下载程序。本系统使用的STM32单片机如下图3.3所示：图3.2STM32单片机3.2.3主控供电的电路设计在基于物联网的智能照明系统中，其系统设计的电路供电不仅要考虑到MCU的电源电压，还要考虑到相关传感器耐压的大小，根据对传感器数据和STM32的分析，可以看出，所有的功能模块都是采用3.3V的供电电压就可以了。3.2.4主控电路时钟设计时钟电路在单片机系统中占据有不可撼动的地位，相当于是整个单片机系统的心脏，控制整个系统的正常运作，时钟晶振是MCU正常运作的来源，STM32单片机最高工作频率是72MHz，在本系统的电路设计中，单片机的时钟使用8MHz的高速晶振，通过单片机的9倍频，达到72MHz的工作频率。除了高速时钟以外，STM32单片机还有一个低速时钟，低速时钟主要是提供时钟功能给看门狗和RTC的。3.3传感器硬件设计3.3.1人体红外传感器的电路设计在基于物联网的智能照明系统中，人体红外传感器主要用来检测周围是否有人经过的数据采集传感器，通过单片机的普通IO口完成与单片机的数据传输，当检测到LED灯附近有人经过时，红外传感器模块向单片机输出低电平，当传感器检测到LED附近没有人时，向单片机输出高电平。红外传感器模块如下图3.3所示：图3.3红外传感器模块3.3.2按键模块硬件电路设计由于本设计需要使用按键进行配网，使用按键进行模式切换，使用按键进行LED灯的手动开关，所以按键设计十分重要，且至少需要三个按键。这里按键仅仅需要将GND与单片机IO口进行连接即可。当单片机的GPIO检测到低电平的时候，可以判断按键是否按下。3.3.3光敏电阻传感器硬件电路设计本系统基于光敏电阻式传感器的工作原理，设计了其硬件电路，光敏传感器的原理是通过单片机ADC功能检测电压信号，所以在硬件电路设计中，将光敏传感器的输出引脚和单片机的ADC引脚连接起来。本设计使用的光敏电阻传感器如下图3.4所示：图3.4光敏电阻传感器的硬件图3.3.4受控LED模块硬件电路设计受控LED的控制主要是通过单片机输出PWM信号来进行驱动的，单片机输出不同占空比的PWM信号可以控制LED灯发出不同的亮度，所以需要将STM32单片机的定时器映射到相关的PWM信号输出引脚，然后将受控LED灯的控制引脚与单片机的该引脚进行连接。3.3.5声音传感器硬件的电路设计在基于物联网的智能照明系统中，将声音传感器作为本系统的数据采集传感器，采集周围是否有人发出声音的数据，并发送数据。声音传感器与光敏传感器的数据通信方式类似，都是通过与单片机进行ADC进行数据通信。本系统采用的声音传感器如下图3.5所示：图3.5声音传感器3.4数据通信硬件设计在本设计中，数据的远程传输，通过单片机的串行接口，将数据传输给ESP8266_WiFi模块，WiFi模块将数据上传到OneNET物联网平台上，然后物联网平台将数据传发到用户的手机端上，所以这里硬件设计的重点就是将WiFi模块的串口与单片机的串口进行连接，从而实现两者之间的数据通信，本设计的ESP8266如下图3.6所示：图3.6ESP8266硬件3.5本章小结本章主要包含单片机与传感器硬件两个部分，对现有的单片机和传感器进行分析，有针对性的选择最适合的单片机和传感器硬件，保证传感器和单片机之间的是否兼容性，并能够正常工作选择合适的WiFi模块，使数据能够通过WiFi模块进行有效的数据通信。4系统软件设计4.1受控LED灯的PWM程序设计PWM在本设计中的主要功能是对LED灯的亮度进行调节，在STM32单片机中，PWM的工作主要借助定时器，在PWM子程序设计过程中，首先要选取PWM的工作通道，然后选择PWM的时钟以及极性和对其方式，设置工作周期以及占空比，最后进行技术做PWM输出。PWM的程序流程图如下图4.1所示：图4.1PWM程序流程图4.2红外传感器模块的程序设计人体红外传感器模块通过数字信号与单片机进行通信，即当红外传感器模块检测到LED灯周围有人经过时，将这一数据转化为相关的信号数据，并发送给单片机。如果有人，则单片机读取低电平数据；反之，单片机读取到高电平数据。图4.2红外传感器模块流程图4.3WiFi模块程序设计WiFi模块和单片机之间选择串口通信方式，那么本系统WiFi模块的程序设计，重点在串口的程序设计。在开始工作之前，首先要对串口进行串口初始化，设置串口工作模式、串口的引脚、串口的波特率，然后判断系统是否进入串口中断，当串口接收到WiFi模块传送的数据时，则表示进入串口中断，那么此时，只需要对串口的数据进行相关分析就行了。WiFi模块的程序设计流程图如下图4.2所示：图4.3WiFi模块的程序设计4.4光敏电阻传感器的程序设计本系统使用光敏电阻传感器作为光照强度数据采集器，该部分的程序设计主要是用来检测系统在自动模式下，LED灯周围的环境光照强度，当检测到数据后，通过模/数转换器将模拟信号转换为数字信号，从而调节LED灯亮灭程度。图4.4系统光敏检测流程图4.5声音传感器的程序设计在本系统中，声控模块的程序设计主要是通过声音传感器能检测在光照强度较弱的情况下，周围是否有人发出声音。与光敏电阻传感器一样，通过ADC将收到的模拟信号转化为数字信号，达到控制LED亮灭的效果。4.6本章小结在这一章中，主要介绍了系统的程序设计，包括各个传感器的程序设计以及PWM程序设计，通过程序设计，使得传感器能够采集正确的环境数据，实时监测周围环境数据，并使用ADC实现数据转换，从而控制LED灯的状态。而主程序的作用主要是将各个模块的程序代码相融合，保证系统在程序进行兼容后，能够正常工作，且不影响各个模块独立、高效地工作。最后是WiFi通信程序设计，这一部分的程序主要目的是进行WiFi通信程序的设置，使得系统数据能够通过WiFi模块进行数据传输。

5系统硬件与功能调试5.1系统硬件与调试本系统设计的基于物联网的智能照明系统，使用STM32单片机作为主控制器，配备光敏电阻传感器、声音传感器、红外传感器来检测周围环境数据的变化，利用光敏电阻传感器检测周围环境的光照强度，利用人体红外传感器判断是否有人经过，将该传感器作为人体红外探测器件，利用声音传感器对周围环境进行对声音信号的检测，使用WiFi模块作为通信模块，实现设备与云端或者设备与与手机之间的通信。在硬件制作与实物制作的过程中，需要对这些模块进行设计与调试。本系统设计的硬件实物图如图5.1所示：图5.1系统硬件实物图5.2软件调试与分析STM32单片机的调试主要分为供电调试和程序下载的调试。首先，在供电方面，电源需要满足3.3V单片机电源的要求，上电前需要检查电源电压，否则电压过高可能会烧坏单片机;程序下载的调试主要是下载器与单片机串口之间需要进行反接的连线方式，即单片机的TX引脚连接下载器的RX引脚，下载器的TX引脚连接单片机的RX引脚。如果没有通过反接的方式，将会导致程序下载失败。在软件调试的过程中主要包含光敏电阻传感器的调试，人体红外传感器的调试以及WiFi通信模块等模块的调试，其中人体红外传感器的工作原理是通过输出高低电平来表达相关的信号，在调试的过程中，可以通过改变环境数据来进行单片机检测数据的查看，在调试这个传感器的的时候可以合理有效的利用万用表进行功能的调试，随着环境的改变，传感器输出的电压值也会发生改变，可以先使用万用表微观的测量改变数据。至于光敏电阻传感器的调试则需要借助示波器，由于光敏电阻传感器采用ADC数据通信的模式，所以在调试的过程中需要使用示波器随时的观察光敏电阻传感器的ADC电压数据。经过万用表与示波器简单调试以后，可以通过程序编辑器自带的调试功能进行代码的单步调试并在调试的过程中获取采集的数据，其中在调试的过程中获取数据的调试图如下图5.2所示：图5.2keil软件调试过程5.3云服务调试与分析本系统使用OneNET物联网云平台，在云平台的调试过程主要包含三个方面，首先，连接云服务器；其次，云平台网页端数据流建立与显示；最后，手机APP数据显示的调试。在连接云服务器的调试过程中主要是调试WiFi模块的联网功能，在这个过程中配置WiFi模块保证其能正常连接网络，并上传数据到OneNET物联网平台的同时获取手机APP以及物联网平台的数据。调试图如下图5.3所示：图5.3WiFi通信模块连接云服务器调试图在调试云平台网页端数据的过程中，首先进行数据点的建立，主要包含光照强度的数据点，人体红外数据的数据点以及模式控制的数据流，建立完数据流以后，在代码中将变量与数据流进行对应将相应的数据传输到物联网云平台，经过调试，数据传输到物联网云平台以后的数据图如下图5.4所示：图5.4云平台网页端数据流建立与显示图在调试手机APP的过程中主要是手机APP的下载，并将账户