王富強(qiáng)，王麗娟，楊 越，李 宇，黃會(huì)娜，孔 麗

(佳木斯大學(xué)信息電子技術(shù)學(xué)院，黑龍江 佳木斯 154007)

傳統(tǒng)床頭小夜燈的燈光顏色單一，基本只分為冷色和暖色兩種色調(diào)，電源直接供電，燈體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)雜等等。因此，為了解決除上述問題外，本設(shè)計(jì)需要對傳統(tǒng)的小夜燈進(jìn)行改進(jìn)。為解決燈色單調(diào)單一，采用STM32F103單片機(jī)對高亮全彩LED燈進(jìn)行控制以符合用戶心情所用燈色的任意選擇，采用USB和太陽能充電兩種充充電方式。

1 系統(tǒng)構(gòu)架

系統(tǒng)框圖如圖1所示。WIFI模塊配置成無線AP,供網(wǎng)絡(luò)模塊和手機(jī)APP接入；溫度傳感器自動(dòng)檢測環(huán)境當(dāng)前溫度值，將溫度值反饋給單片機(jī)調(diào)光系統(tǒng)，在認(rèn)為不干預(yù)情況下，單片機(jī)自主調(diào)節(jié)色溫與當(dāng)前環(huán)境相適應(yīng)；人為干預(yù)情況下，使用者可以根據(jù)自己喜歡的顏色采用多種方式調(diào)節(jié)燈的顏色和亮度。本系統(tǒng)采用電源和蓄電池智能選擇對燈供電的設(shè)計(jì)，蓄電池有太陽能蓄電和電源蓄電兩種方式，以此來實(shí)現(xiàn)環(huán)保、低耗的理念，同時(shí)還能解決停電等特殊情況不影響小亱燈的正常使用。

圖1 系統(tǒng)框圖

2 硬件設(shè)計(jì)

硬件系統(tǒng)由STM32F103單片機(jī)、觸摸模塊、WIFI模塊、紅外遙控器及接收器、溫度傳感器模塊、電源模塊、高亮全彩LED燈、高亮全彩LED驅(qū)動(dòng)模塊、太陽能板組成。

2.1 STM32F103

STM32F103是意法半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的多時(shí)鐘/機(jī)器周期單片機(jī)，具有32位的RISC內(nèi)核，工作頻率為36MHz,內(nèi)置高速存儲(chǔ)器，豐富的增強(qiáng)I/O端口和聯(lián)接到兩條APB總線的外設(shè)。多達(dá)2個(gè)IIC接口、3個(gè)SPI接口、5個(gè)USART接口和多路PWM輸出I/O。運(yùn)算速度快，芯片內(nèi)資源豐富，使用三路脈沖寬度調(diào)制功能同時(shí)對LED燈的顏色和亮度調(diào)節(jié)。每個(gè)引腳輸出的脈沖信號(hào)的占空比大小決定了該燈的亮度，占空比越大，燈越亮。

2.2 傳感器模塊[2]

溫度傳感器模塊采用DS1820可編程數(shù)字溫度計(jì)，它的測量范圍為-55 ℃～125 ℃。觸摸模塊采用TTP223B的電容式點(diǎn)動(dòng)型觸摸開關(guān)模塊，常態(tài)下，模塊輸出低電平，模式為低功耗模式；當(dāng)手指觸摸相應(yīng)位置時(shí)，觸摸會(huì)輸出高電平，模式切換為快速模式；當(dāng)持續(xù)12秒沒有觸摸時(shí)，模式又切換為低功耗模式。

2.3 電源模塊

系統(tǒng)工作時(shí)需要5 V,3.3 V兩種工作電源。系統(tǒng)主電源為7.4 V，兩節(jié)18650可充電鋰電池提供，通過LM2576S-5.0和LM1117-3.3穩(wěn)壓芯片提供5 V和3.3 V的電壓。5 V電源電路如圖2所示，D1為起續(xù)流保護(hù)的肖特基二極管。3.3 V電源電路如圖3所示。

圖2 5 V電源電路

圖3 3.3 V電源電路

2.4 高亮全彩LED燈

高亮全彩LED[3]燈采用三基色合成的原理，廣德顏色由配置方程F=x[R]+y[G]+z[B]決定，其中x[R]、y[G]、z[B]分別代表紅、綠、藍(lán)三基色LED燈的發(fā)光強(qiáng)度；品紅是100%紅+100%藍(lán)+0%綠；黃色是100%紅+0%藍(lán)+100%綠；白色是100%紅+100%藍(lán)+100%綠；若配置三基色的亮度比例就能合成千差萬別的顏色。驅(qū)動(dòng)電路采用3組耗盡型NMOS場效應(yīng)管對單片機(jī)提供的PWM信號(hào)進(jìn)行放大，放大后的信號(hào)直接驅(qū)動(dòng)LED電路。

2.5 WIFI模塊

WIFI模塊[4]采用ESP8266基于樂鑫智能互聯(lián)平臺(tái)擁有高性能無線SOC,基于通用串行接口的符合網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)接口的嵌入式模塊，內(nèi)置TCP/IP協(xié)議，能實(shí)現(xiàn)串口、以太網(wǎng)和WIFI無線網(wǎng)之間的任意透明轉(zhuǎn)換，單片機(jī)通過串口與WIFI模塊連接即能接入WIFI網(wǎng)絡(luò)。

3 軟件設(shè)計(jì)

軟件系統(tǒng)重點(diǎn)在于單片機(jī)軟件部分的設(shè)計(jì)，程序在集成環(huán)境Keil uVision 5下使用C語言開發(fā)。

3.1 總流程圖

單片機(jī)軟件部分負(fù)責(zé)接收外部環(huán)境值和外部觸發(fā)器的命令，控制全彩高亮LED發(fā)出滿足當(dāng)前要求的燈光，總流程圖如圖4所示。

3.2 高亮全彩LED控制

STM32F103單片機(jī)集成了多路可編程計(jì)數(shù)器陣列，系統(tǒng)中采用該模塊的3路PWM功能來控制全彩高亮LED的顏色，通過設(shè)置捕獲/比較寄存器的值來調(diào)整脈沖輸出的占空比，進(jìn)而調(diào)節(jié)燈的顏色。

4 結(jié)束語

采用STM32F103單片機(jī)為控制核心，采用了USB和太陽能兩種充電方式，搭載了溫度傳感器和多種控制方式，使小燈能在人為干預(yù)和不干預(yù)情況下實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的調(diào)節(jié)色溫。該系統(tǒng)靈活，易操作，可靠性強(qiáng)、實(shí)現(xiàn)成本低，結(jié)合外圍傳感器還可以進(jìn)一步提高其智能化程度，具有較大的使用價(jià)值和市場前景。

[1] 劉火良，楊森.STM32庫開發(fā)實(shí)戰(zhàn)指南[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2017.

[2] 胡向東.傳感器與檢測技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2013.

[3] 詹俊.基于紅綠藍(lán)三基色的全彩LED控制研究與設(shè)計(jì)[D].南京：南京工業(yè)大學(xué)，2008.

[4] 穆罕默德S.奧巴達(dá)特，蘇迪普·米斯拉.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)原理[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2017.