基于STM32双控调节智能台灯设计

摘 要：本文设计了一种可用于手动和自动调节的智能台灯，其采用STM32作为主芯片，4路LED模拟台灯，通过按键来进行自动模式和手动模式的自由切换。手动模式可以通过按键来进行台灯亮度的调节，自动模式可以通过光照传感器采集光照强度，自动调节LED的亮度。另外还加入了无线控制功能，用手机等移动终端安装对应的应用后，就可以远程操控台灯开关和亮度。

关键词：双控调节；智能台灯；STM32

中图分类号：TM923.44 文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2018）10-0051-03

Abstract：This paper designs an intelligent desk lamp which can be used for manual and automatic adjustment. It uses STM32 as the main chip，the 4 way LED analog desk lamp，free switching between automatic mode and manual mode by buttons. The manual mode can adjust the brightness of the desk lamp by the button. The automatic mode can collect the light intensity by the light sensor and automatically adjust the brightness of the LED. In addition，the wireless control function is added. After installing corresponding applications with mobile phones and other mobile terminals，the lamp switch and brightness can be remotely controlled.

Keywords：double control regulation；intelligent desk lamp；STM32

0 引 言

在当前技术条件下，台灯的亮度往往根据使用者手动进行调节，并不能够根据环境自动调节。台灯作为常用的照明装置，其是否被正确使用、对人眼的保护和对近视的防治不无关系。例如，当人们没有伏案使用时，台灯更多的是提高整个环境的光照，此时应当提高亮度，当有人在台灯前伏案工作学习时，太高的光照强度将会导致人眼损伤。本设计采用双控模式：既可以由用户手控调节，也可自动调节，另外加入无线控制，用户还可以通过手机等移动终端WIFI进行灯光亮度的调节，或者开闭台灯。其采用STM32作为主芯片，4路LED模拟台灯，通过光照传感器采集光照强度，调节LED的亮度，无线控制采用型号为ESP8266的WIFI模块，使用手机连接WIFI时可通过网络调试助手发送消息给M3，M3根据接受到的消息控制台灯。

1 方案总体设计

本设计使用STM32为主控芯片，通过STM32自带的AD转换，把光照传感器的模拟量值输到STM的ADC通道，计算出台灯环境的光强度。使用4路LED模拟台灯，通过软件模拟PWM功能，实现LED亮度的调节。亮度的调节有手动和自动两种调节方法：手动是通过按键来调节灯的亮度，而自动是通过外部光强的变化来调节LED灯，即环境比较暗时，灯就比较亮，而环境比较亮时，灯就比较暗一些。另外为了实现用手机等移动终端设备来操控台灯，本设计加入了型号为ESP8266的WIFI模块，实现了与手机的无线通信。方案总体设计如图1所示。

2 硬件连接图说明

2.1 光照采集部分

光照强度传感器是现代工业和日常生活中经常出现的一种基于光照变化的检测器件，它可以检测出其接受到的光照的变化。本设计使用的光照采集电路如图2所示。光照传感器类似于一种NTC电阻，光线越强，其阻值越小；光线越弱，其阻值越大。其中STM_DAC连接STM32的PA4引脚，即连接在STM32自带ADC1、ADC2的通道4。

2.2 4路LED连接图

如图3所示，LED1连接到PF6，LED2连接到PF9，LED3连接到PF10，LED4连接到PC0。对应的GPIO引脚输出低电平，对应的LED灯亮。

3 程序设计

3.1 光照传感器配置

光照传感器输出的模拟量接到STM32的引脚PA4引脚，配置为模拟功能模式。在本设计中只有光敏电阻的转换，所以配置为：单次不连续不扫描模式，转换通道个数为1个，第一个转换通道为通道4。其中为提高精确度分辨率可以选择打开串口调试助手，将波特率设置为9600，停止位为1位，数据位为8位，奇偶校验为无。接受STM32通过串口往电脑发送过来的数据，并观察总结数据随外部光照强度的变化规律。通过对比可知，当外界光照较暗时，数据较小；反之，当外界光照较亮时，数据较大。

3.2 呼吸灯原理以及实现

呼吸灯在由亮到暗的逐渐变化，实则就是脉冲的变化过程，既PWM。PWM——脉宽调制信号（Pulse Width Modulation），它利用微处理器的数字传输来实现，是对模拟电路控制的一种非常有效的技术手段，广泛应用于测量、通信、功率控制与变化等许多领域。其采用PWM的方式，在固定的频率下，采用占空比的方式来实现LED亮度的变化。占空比为0，LED灯不亮，占空比为100%，则LED灯最亮。所以将占空比从0到100%，再从100%到0不断变化，就可以实现LED灯特效呼吸。本论文采用软件模拟PWM进而实现LED的呼吸灯效果。这就需采用延时的方式控制PWM的高电平与低电平的比例，其中周期采用1000us，变换速度由变量i决定。如i一次自增数量越大，则LED变化越快；相反则越慢。

由LED连接图可知，当STM32对应的引脚输出为低电平时，LED亮否则灭，则在逐渐变亮过程中，LED所占的占空比逐渐变高，反之在逐渐变暗的过程中LED所占的占空比既逐渐变低，实现了模拟PWM脉冲调节的功能。

3.3 根据按键调整LED亮度，实现手控调控

在本设计中采用4路按键。按键1用于调整LED的亮度加，按键2用于调整LED的亮度减，按键3用于控制LED是最亮或者关闭，按键4用于切换当前为手控模式还是自动模式。通过调整PWM的占空比调节灯光亮度，而PWM的占空比通过一个循环标量i来控制，i在循环中做自加或者自减动作。如果将这个变量i放在按键中，通过按键按下时使它增加某一个数值或者减少某一个数值，即可实现通过按键调整LED亮度的需求。

3.4 根据光照强度调整LED亮度，实现自动调控

按键4用于手控调节和自动调节的切换，定义一个用于手控调节和自动调节切换的标志位C_Status。当标志位为0时，表示为手控模式下；当标志位为1时，表示为自动调节模式下。按键4按下时，C_Status置为0，当按键4再次按下时C_Status置为1即实现了手控模式和自动模式的切换。

本设计将LED的亮度分为五档。既LED的PWM占空比设置为0%、25%、50%、75%、100%。其中PWM的周期设置为1000us。由此而知，当占空比为25%时，既低电平时间为250us，高电平为750us；当占空比为50%时，低电平与高电平时间都为500us；依次类推。将LED亮度划分为五个档次后即可根据光照强度调整LED亮度。当外界光照强度越暗时，STM32内部AD转换器对应转换的AD数值则越小；当外界光照强度越亮时，STM32内部AD转换器对应转换的AD数值则越大。根据这一特点，可测出外界光照强度与LED亮度的对应关系。光照强度与LED亮度对应的关系如表1所示。

找出LED与光照强度系数的对应关系，即可编写程序，实现LED根据外界光照强度自动调整亮度。测试时，需按下按键4切换为自动调节模式，通过遮挡等动作使光敏电阻所受外界光照强度发生变化，即可观察得出LED亮度变化情况。

4 WIFI通信以及实现无线控制

本设计采用型号为ESP8266 WIFI模块，可直接使用手机连接WIFI发送控制信号给台灯控制开关。ESP8266引脚一般都为8个，分别是：TXD，NC，NC，VCC，GND，NC，NC，RXD。ESP8266通过串口将数据发送给STM32，STM32再通过串口发送接收到的数据给终端；终端通过串口发送数据给STM32，STM32再将接受到的数据发送给ESP8266。在终端中将接收到的数据通过串口调试助手显示，即可方便通过AT指令对ESP8266进行初始化，例如：测试ESP8266启动，复位，设置帐号密码，建立连接方式，实现通信等。

测试功能：如图4所示。在手机当中安装网络调试助手，切换为tcp client模式。点击增加，填写ESP8266的IP地址及端口号。本论文采用的ESP8266型号WIFI中IP地址为：192.168.4.1，端口号配置为8080。填写完毕后点击增加，连接WIFI。发送“On”或者“Off”观察LED变化情况。

参考文献：

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作者简介：胡应坤（1984.04-），男，汉族，广东揭阳人，讲师，工程师，硕士研究生。研究方向：电子电气教学与科研。