基于ARM的智能灯光调节系统

李文秀 刘文一

摘要：在现今科技发展的道路上，可持续发展、节能环保等词语逐渐成为了重要组成部分，各大生产商制作出大量的环保电器。电灯作为我们日常生活中最必不可少的一部分，在消耗的总电量中占有巨大的比重，因此，智能灯光调节系统变成了一项用于节能环保的重要设计。智能灯光调节系统是用于日常家居中的重要组成部分，通过自动调节灯光亮度而达到节能环保的的效果。通过感应周围环境的光线亮度来调节灯光亮度来达到节能环保的目的。

关键词：嵌入式单片机；自动灯光调节；无线控制

引言

随着时代的发展，物联网技术已一步步走入我们的生活，智能、环保成为了电器的关键词。在很多学校，依赖人工管理的方式，很容易造成电能的浪费以及经济的损失。通过智能灯光调节系统自动控制，不但免去了人工管理的繁琐，还可以达到节能降耗的目标。

智能灯光调节系统作为环保智能家居的一种，摆脱了长久以来人们对电灯繁琐的手动控制的形式。控制方式为无线遥控、远距离控制、自动控制，实现控制的一体化。这些改变使其更加贴近我们的生活，紧跟时代的进步，同时也具有非常光明的发展前景。

1 系统总体设计

1.1系统硬件设计

本设计以ARM系列的STM32芯片为控制核心，将DS18B20传感器、DHT11传感器、光敏电阻传感器以及蓝牙模块集于一体。以光敏电阻传感器作为主要信息采集模块，通过对外界亮度的感知，与室内灯光亮度进行互补，达到对室内灯光进行自动调节的效果。通过DS18B20传感器与DHT11传感器进行室内的温湿度采集，通过蓝牙模块发送至移动端APP。移动端APP要負责接收蓝牙模块发出的数据，显示室内的温湿度信息、灯光的亮度信息，以及在手动模式下控制灯源的亮度。

1.2系统控制原理

该作品以绿色环保为设计主题，选用了低功耗的STM32单片机作为控制核心，以光敏电阻为自动控制的主要传感器，通过STM32单片机的ADC功能对外界亮度进行采集，进行数据处理，计算亮度比率，向灯源输出对应的占空比，从而达到对应实现灯光自动调节的效果。为保证节能效果，本设计添加了高亮度关闭功能，当外界亮度达到50%及以上时，电灯自动关闭。使用DS18B20传感器、DHT11传感器进行室内温湿度采集，通过液晶显示屏显示出来。通过蓝牙模块将室内的温度、湿度以及外界亮度发送至移动端APP。移动端APP可改变系统的控制模式，可将自动调节模式改为是手动调节模式，通过蓝牙将信号发送至系统中，达到无线控制的效果。

2 硬件的设计与实现

2.1硬件电路的设计

本设计以绿色环保为主题，所以选用了STM32系列嵌入式单片机作为智能灯光调节系统的主控制器，它具有高性能、低成本、低功耗的特点，完全满足该设计的要求。环境亮度数据由光敏电阻传感器采集，室内温湿度分别有DS18B20传感器、DHT11传感器采集，显示于液晶显示屏，通过蓝牙模块向移动端APP发送数据，将室内温湿度显示于移动端APP。

2.2 蓝牙模块以及移动便携APP

该设计作为智能家居的一种，通常应用于家庭、图书馆等室内场所，所以选用蓝牙模块作为无线控制的方式，价格便宜，体积小巧、功耗较低，便于一体化设计。通过嵌入式系统与蓝牙模块的结合，达到短距离信息高速传输的效果。使用智能手机作为移动端信息接收设备，控制该系统的运行模式，大大提高了智能灯光调节系统的稳定性。在智能手机与智能灯光调节系统的蓝牙模块进行配对之后，可通过移动端APP对室内环境进行监控。

3 软件设计

3.1 智能灯光调节系统控制程序

智能灯光调节系统的控制程序主要由C语言编写，通过采集外部光源亮度进行数据处理。使用光敏电阻传感器通过STM32单片机的模数转换通道对外部光源亮度进行带数据采集，对数据进行处理，得到外部光源亮度。当外部亮度在可视范围内时，关闭灯源，达到环保的效果。带有DS18B20传感器、DHT11传感器，检测室内温湿度，与光线亮度一起显示于液晶显示屏上，通过蓝牙发送至移动端APP。APP带有模式切换功能，可将自动控制模式切换为手动控制模式，调节灯源亮度，提高了系统的稳定性。

3.2 移动端APP设计

移动端APP是基于Android平台使用Java编程语言设计的，通过蓝牙与智能灯光调节系统进行无线信息交互，显示室内信息、切换控制模式以及手动模式下控制亮度，改变了过去近距离手动开关的繁琐，管理更加便捷。

4 总结

智能灯光调节系统作为智能家居的一种，以环保为主题，具有成本较低、体积较小的特点。以STM32单片机作为主控制器，功耗较低，性能较高。本设计共拥有两种调节模式，一种为通过光敏传感器对灯光进行自动调节，达到自动控制的效果，另一种为的手动控制的模式，使用移动端APP通过蓝牙进行对灯光亮度进行远距离控制。两种模式结合，大大提高了智能灯光调节系统的稳定性。

该系统上带有DS18B20传感器以及DHT11传感器，可将室内温湿度显示于液晶显示屏中，并可以通过蓝牙模块将室内环境发送至移动端APP，达到远程监控的效果。通过APP可切换至手动控制模式，操作简单，具有较强的实用性。

本设计具有绿色环保的特点，免去了以往人工管理、近距离手动开关的繁琐，拥有无线遥控、自动控制、远距离控制的特点。作为主控制器的STM32单片机性能强大，使得本设计具有较强的扩展性，具有广阔的发展前景。

参考文献

[1]王怡，张鹤，卢薇，陈艳锋.教室灯光智能控制系统设计[J].电子世界，2017.

[2]刘睿琼，张文丽.灯光自动控制系统的设计及实现[J].电子设计工程，2018.

[3]闫姝.基于物联网的高校教师灯光智能控制[J].数字通信世界，2018.

[4]阳秋光，成建宏.基于树莓派的智能灯光控制系统设计[J].电脑知识与技术，2018.

作者简介：李文秀（1996-9），女，壮族，广西南宁人，现就读于西北民族大学电气工程学院通信工程专业。

刘文一（1997_12），女，汉族，四川南充人，现就读于西北民族大学电气工程学院通信工程专业。

基金项目：西北民族大学本科生科研创新项目资助（项目编号：Y18001）

（作者单位：西北民族大学电气工程学院）