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一种基于ZigBee和STM32的室内智能照明系统的设计

作者:小编 日期:2024-03-05 03:27:06 点击数:

  在人们的传统意识中,照明系统仅以照明为目的。传统的照明系统中主要的控制方式有手动控制方式和自动控制方式。其中手动控制方式简单、有效,但是过于依赖人工操作,并且控制相对分散,不能有效管理;自动控制方式主要是由时钟元件、光电元件或两者组合的方式来实现对照明设备的控制,这种控制方式减少了对人员的依赖性,管理相对集中,实现了照明控制的自动化,但却不能对照明系统进行调光控制。

  此外,随着生活水平的不断提高,人们对日常生活的无线化、网络化、智能化、节能化的需求越来越强烈,以上两种传统的照明控制系统已经无法满足人们对日常生活品质的需求。基于上述原因提出了一种基于ZigBee和STM32的室内智能照明系统的设计。

  本系统主要由终端节点、路由器节点和协调器节点组成。三个节点各司其职,终端节点主要负责消息的传输和允许共它节点通过它接入到网络中;协调器节点则主要负责网络的建立、维持和管理,以及整个网络数据信息的收集、处理和显示等。在这三个节点当中协调器节点是整个网络的核心。系统总体设计框图如图1所示。

  (1)采用带调光模块的LED灯具,通过程序控制可以实现灯光亮度的自动调节,利用室内灯光与自然光的相互补偿使室内照度保持在一个合适状态;

  (4)加入部分情景模式,在不同的室内环境需求时可以很方便地对灯光环境进行选择(如家人一起看电视时的影院模式,看书写字时的学习模式等)。

  除上述主要的功能外,本设计还预留了部分外围接口电路,可以加入一些相应的传感器实现更多的功能(如加入燃气传感器来预防厨房燃气泄漏,加入烟雾传感器防火灾等)

  系统硬件电路部分主要由协调器节点电路、系统照度采集节点电路、系统LED调光节点电路以及系统路由器节点电路四部分组成。

  照度采集节点由CC2530和光照度传感器(BH1750FVI)组成。本节点主要是对室内的照度进行实时的采集并通过ZigBee模块发送给协调器,协调器再对接收到的照度信息进行整合处理,然后在LCD上实时显示出室内的照度信息,并根据照度信息给LED照明节点发送相应的指令,对LED灯进行相应的亮度调节。

  BH1750FVI传感器是一个光电集成传感器,其主要有如下几个特点:1)可以输出对应亮度的数字值;2)广泛的输入光范围(相当于1-65535lx);3)通过降低功率功能,实现低电流化;4)无需外围部件;5)光源依赖性弱(白炽灯、荧光灯、卤素灯、白光LED、日光灯)。

  LED调光节点由CC2530和调光模块组成。调光模块可以根据ZigBee模块接收到的指令实时地对LED灯进行亮度的调节。调光的目的是为了使室内自然光跟LED灯光进行相互的补偿,使室内照度达到一个合适状态。

  路由器节点是在CC2530模块上扩展了一个CC2591模块,该模块是一个真正意义上精心设计的带PA+LNA无线收发模块。该节点主要负责接收终端节点信息并转发给协调器,或转发协调器的反馈信息给终端节点。

  在开阔的场地上,CC2530的传输距离可达100m,但在室内环境下由于有墙体的遮挡,存在路径损耗问题,实际传输距离大大缩短。在室内中间位置若仅放置一个由CC2530构成的路由节点,很可能造成数据传输错误甚至数据丢失。所以在实际设计电路时,路由器节点采用的是CC2591+CC2530组合的形式。CC2591是一个2.4GHz的射频前端芯片,它可以通过PA提高发射功率,从而延长通信距离。该芯片还可以通过LNA来改善接收机的灵敏度。通过以上两点可以很好地保证该系统数据传输的完整性。CC2591+CC2530硬件电路如图4所示。

  协调器节点由STM32F107、CC2530、12864LCD、矩阵键盘、DS18B20和DS1302模块组成。该节点是整个系统的核心,主要负责网络的组建、维护、控制终端节点的加入和删除,以及整个系统信息的处理和显示等。其中STM32F107是意法半导体推出的全新STM32互联型微,此芯片集成了各种高性能工业标准接口,且STM32不同型号产品在引脚和软件上具有完美的兼容性,可以适应多种应用。此外该芯片还可以嵌入μC/GUI系统,拥有独立的32位指令总线位Thumb指令等。

  矩阵键盘电路采用2×4的矩阵键盘,用于时钟的时间调整及不同情景模式的选择;显示电路采用12864 LCD,可以显示4行信息,每行显示16个字符,完全满足显示照度、时间和温度等要求。

  软件部分主要是完成对整个系统硬件电路的编程设计。其中终端节点程序主要完成信息的采集、上传和控制等。协调器节点程序用于实现整个网络的组建、维护和管理以及相应数据的收集、处理和显示等。3.1 协调器节点软件设计

  协调器节点首先判断是否有数据传送,若有,则选定信道建立网络,进行数据扫描和读取,并打包发送数据。由于电源损耗主要集中在无线数据的收发阶段,在没有接收到时钟信号的唤醒命令前,使其处于睡眠状态,以达到延长电池的使用寿命、减少功耗的效果。程序流程图如图6所示。

  终端节点数据采集的软件设计包括两部分,分别为单片机CC2530驱动程序设计和传感器收发数据程序设计。首先进行模块初始化,然后启动定时器,每隔一段时间进行信道扫描,查看是否有入网申请指令,若有,则首先判断启动哪一个传感器端口,然后向端口发送数据采集请求,采集完毕后使单片机处于休眠模式,将采集到的数据发送给CC2530作进一步处理。程序流程图如图7所示。

  程序中将设备类型设置为网络路由节点,在ZigBee协议栈中只需要更改应用层事件处理函数使其在接收到信息后调用程序把接收到的信息发送出去即可。

  为对系统进行功能的测试,特选择宿舍为实验场所,分别在宿舍的三个卧室各放置3个照明节点和一个照度采集节点,然后对系统的功能进行测试。通过测试,系统能够准确地实现无线控制功能。照度节点能够准确地采集环境的光照度信息,ZigBee模块能够正常地进行数据的相互传输,PWM调光器模块能够准确无误地对LED灯进行相应亮度的调节。此外各种情景模式,如室内温度和时钟信息都可以按照预定指标正常工作。

  此无线智能照明系统不仅可以用于室内照明的全自动控制,也可根据不同的需求进行手动的调节,这样既可以节约能源又可以使室内光照度达到适合人类活动的最佳状态。本系统具有体积小、功耗低、功能强和可灵活扩展等特点。此外本系统不仅可以用于家庭室内也可应用于学校教室、公司办公区、会议室和KTV等各种不同的场合,只需在运用时对相应模块和程序进行相应的调整即可。本系统在智能照明控制领域具有广阔的应用前景。

  要想查看复位情况可以使用: //****************************************************************************** // 函数名称: RCC_GetFlagStatus // 功能描述: 检查指定的RCC标志设置与否. // 输入参数: RCC_FLAG:要检查的标志. // 这个参数可以是下面的值之一: // - RCC_FLAG_HSIRDY: HIS振荡时钟就绪 // - RCC_FLAG_HSERDY: HSE振荡时钟就绪 // - RCC_FLAG_PLLRDY:

  stm32可选的时钟源 在STM32中,可以用内部时钟,也可以用外部时钟,在要求进度高的应用场合最好用外部晶体震荡器,内部时钟存在一定的精度误差。 准确的来说有4个时钟源可以选分别是HSI、LSI、HSE、LSE(即内部高速,内部低速,外部高速,外部低速)PG电子官网,高速时钟主要用于系统内核和总线上的外设时钟。低速时钟主要用于独立看门狗IWDG、实时时钟RTC。 ①、HSI是高速内部时钟,RC振荡器,频率为8MHz,上电后默认的系统时时钟 SYSCLK = 8MHz,Flash编程时钟。 ①、HSE是高速外部时钟,可接石英/陶瓷谐振器,或者接外部时钟源,频率范围为4MHz~16MHz。 ③、LSI是低速内部时钟,RC振荡器,频率为40kHz

  时钟配置 /

  STM32系列芯片拥有最少3个、最多8个16位的定时器,这是定时器通过可编程预分频器驱动的16位自动装载计数器构成。 定时器的主要功能有如下几个大点: 1.16位向上、向下、向上/向下自动装载计数器。 2.16位可编程预分频器。 3.4个独立通道(输入捕获,输出比较,PWM生成,单脉冲模式输出)。 4.使用外部信号控制定时器和定时器互连的同步电路。 5.如下事件发生时产生中断/DMA(更新,触发事件,输入捕获,输出比较等)。 tips:高级定时器1和8还具有死区时间可编程的互补输出。 在学习定时器的时候,许多的底层问题,我们可以参考相应的参考手册,这里主要介绍定时器固件库函数的使用。 1.TIM_DeInit函数的功能是将外设TI

  近日,一篇据传发自ZigBee联盟主席Tobin的邮件在网上疯传,邮件内容主要是谴责中国南京物联公司,指责这家公司给ZigBee联盟旗下的成员公司造成了非常大的不公平,一时间网络争论迭起。 就此,记者查阅了相关资料并采访了一名不愿透露姓名的业内人士,据该人士介绍,zigbee联盟作为一个没有约束力的松散组织,虽然号称是国际组织,其实只是在美国有一间非常简陋的办公室,据相关行业人士爆料,这个联盟只要交钱就可以入会,对入会企业没有任何要求,甚至很多不想干的企业都在联盟会员列表中,在会员列表中的企业不代表这家企业从事zigbee技术的开发,更不能说明这家公司的产品经过认证,该人士开玩笑说,在中国这样的组织一定会被定性为圈钱皮包组织。

  这一周调试STM32的CAN,从网上搜集了一些资料,感谢原作的无私奉献。 重点说明几个问题: 1、CAN的过滤器 对于过滤器,看中文手册上写的不是太清楚,STM32共有14组过滤器,用以对接收到的帧进行过滤。每组过滤器包括了2个可配置的32位寄存器:CAN_FxR0和CAN_FxR1。对于过滤器组,可以将其配置成屏蔽位模式,这样CAN_FxR0中保存的就是标识符匹配值,CAN_FxR1中保存的是屏蔽码,即CAN_FxR1中如果某一位为1,则CAN_FxR0中相应的位必须与收到的帧的标志符中的相应位吻合才能通过过滤器;CAN_FxR1中为0的位表示CAN_FxR0中的相应位可不必与收到的帧进行匹配。过滤器组还可以被配置成标识符列表

  0引言 工业生产中的循环水系统在运行中对淡水消耗非常大,同时,为防止工业设备结垢等现象,需要对循环水不断添加各种化学药剂,且需要不断地排放污水、补充新鲜水,这样既对水资源造成了很大的浪费又污染环境。鉴此,笔者设计了一种基于ARM的工业循环水极化控制系统。该系统通过极化场对水的极化作用[1],实现对工业循环水的处理功能,达到减少水资源消耗、避免使用化学药剂、有效防止水资源污染的目的。 1系统总体设计方案 基于ARM 的工业循环水极化控制系统采用ST公司的STM32F103微作为主控制核心,由极化能量检测电路实时检测循环水水质参数,经STM32F103运算处理后,由极化能量输出电路调整极化能量的输出,由LCD显示电路实时显

  工业循环水极化控制系统设计 /

  跑马灯+蜂鸣器的位操作实现 代码部分 Led.c部分 #include buzzer.h #include stm32f10x.h #include sys.h void BUZZER_Init(void) { // 使能时钟 RCC- APB2ENR = RCC_APB2ENR_IOPBEN; // 配置相应引脚的状态 GPIOB- CRH &= ~(GPIO_CRH_MODE8GPIO_CRH_CNF8); GPIOB- CRH = GPIO_CRH_MODE8; // 配置相应引脚的初始电平(寄存器操作) //GPIOB- BSRR =

  位操作? /

  STM32芯片主要由内核和片上外设组成,STM32F103采用的是Cortex-M3内核,内核由ARM公司设计。STM32的芯片生产厂商ST,负责在内核之外设计部件并生产整个芯片。这些内核之外的部件被称为核外外设或片上外设,如 GPIO、USART(串口)、I2C、SPI 等。 芯片内部架构示意图 芯片内核与外设之间通过各种总线连接,其中驱动单元有 4 个,被动单元也有 4 个,具体如上图所示。可以把驱动单元理解成是内核部分,被动单元都理解成外设。 ICode 总线 ICode总线是专门用来取指令的,其中的I表示Instruction(指令),指令的意思。写好的程序编译之后都是一条条指令,存放在 FLASH中,内核通过ICod

  内部架构如何 /

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