基于STM8S的恒流驱动LED楼道灯控制器

徐迎辉　唐国龙

摘  要：本文以现有楼道灯控制方式给用户带来的不适体验为出发点，通过采用光强检测电路、HC-SR501人体红外感应模块、微处理器STM8S103F3、PT4115恒流驱动IC、拨码开关等器件及模块的有机组合，实现光照亮度强时控制器处于待機状态，当光照弱时进入工作状态。工作时人走灯延时熄灭，同时相邻楼层同步点亮的设计又能带来良好的视觉体验，也可以实现对楼道灯的有效节能控制。本文中楼道特指楼梯楼道。通过模拟实验验证了该控制器的可行性。

关键词：STM8S微处理器;PT4115;楼道灯;LED;无线通讯

中图分类号：TN76;TP29      文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2019）22-0048-03

Abstract：This paper starts from the uncomfortable experience brought to the users by the existing corridor lamp control mode. The controller organically uses the light intensity detection circuit，HC-SR501 human body infrared sensor module，microprocessor STM8S103F3，PT4115 constant-current drive IC，dial switch and other devices or modules. The effect is realized that the controller is in standby state when the light intensity is strong，and enters the working state when the light intensity is weak. At the working state，when the person leaves，the lamp will be put out，and the adjacent floors will be lit synchronously. Such design brings good visual experience and can effectively control the energy saving of the floor lamp. The corridor in this article refers to stair corridor especially. The feasibility of the controller is verified by simulation experiments.

Keywords：STM8S microprocessor;PT4115;corridor lights;LED;wireless communication

1  技术背景

当前楼道灯控制上主要采用声光敏控制，而这种控制方式很大程度上实现了智能控制，即当光线充足时不启动照明功能，当光线不够充足时启动照明功能，同时具备延时熄灭功能，且相对而言也更加节能。然而在用户使用时会出现必须制造声响才能激活照明的情况，这样会打扰到邻近的住户，同时用户也会感觉到十分费力。于是红外被动感应式的楼道灯面世了，这种楼道灯兼顾声控式的优点，同时做到了不用声音刺激即可亮灯，因此得到了广泛应用。但是前两者均存在这样的情况：当用户在一楼时二楼的楼道灯不亮，当用户走到楼梯拐弯处时会发现二楼一片漆黑，或者视线灰暗，给人不舒服、不安全的体验。本控制器提供了一种可以实现相邻的楼道灯同时点亮的控制方案，同时可以实现楼道灯缓慢点亮和缓慢熄灭，能够给用户带来良好体验。

2  系统组成

控制器的结构框图如图1所示，系统以STM8S微处理器为控制核心，外围由人体感应模块HC-SR501、地址编码模块、NRF24L01无线收发模块、LED恒流驱动电路等组成。

2.1  系统原理图

图2给出了系统的总原理图，①部分为微控制器及编码电路，②部分为NRF无线收发模组，③部分为红外感应模块，④部分为LED调光电路，⑤部分为光强检测电路。

2.2  微处理器及地址编码电路

图2中①部分给出了微处理器及其外围的编码电路。微处理器作为整个控制器的控制核心，拨码开关S1及上拉电阻组合为控制器提供了自身的ID，拨码开关不同的组合状态，相应的引脚出现不同的电平组合状态。PB5为定时器1 TIM1的比较输出端口3，通过该端口输出的PWM波来驱动PT4115恒流驱动模块，PA1/PA2/PD1/PD2/PD3/PD4/PD5七个引脚控制NRF24L01无线收发模块，通过PB4端口读取光强检测电路的信号。微处理器采用的是STM8S103F3，每一个控制器都拥有硬件地址，该地址设置上未采用软件设置地址，而是采用拨码开关现场设置。

拨码开关通过不同形式的组合，为控制器提供唯一地址，本控制器设计时采用6位拨码开关，2^6=64，即拨码开关可以提供64个地址，所以本控制器可以在同一栋楼中同侧楼道最多可以支持64个楼道灯的控制。如若楼梯楼道灯个数大于64，则只需更换7位拨码开关就可以扩展控制盏数到128，如还需增加，以此类推即可。

2.3  NRF24L01模组及红外感应模块电路

红外感应模块采用HC-SR501人体红外感应模块，其接口电路图如图2中③部分所示，用以探测红外特征信号，检测到人体红外特征后可以发出相应的有效信号，通过中断的形式触发微处理器进行相应操作。图2中②部分所示为无线收发模块，可发送/接收数据包，并为不同控制器节点之间提供通讯渠道。

2.4  LED调光电路

图2中④部分给出了LED调光电路，PT4115是一款可调光、可调输出电流的降压型LED恒流驱动IC。通过控制芯片的DIM输入端PWM波的占空比实现对LED亮度的调制。实验中PWM波频率为1khz，LED逐渐点亮的过程中占空比从10%升至100%，逐渐点亮过程为1秒，在熄灭的过程中占空比由100%降至0%，亮度衰减过程持续2秒。

2.5  光强检测电路

光强检测电路如图2中⑤部分所示，R3为光敏电阻，R6为可变电阻器，通过设置R6的阻值可以改变使能控制器其他外围设备工作的光照强度，以便适应不同的楼道环境，通常情况下会设定一个光照强度值，作为启动其他外围设备的条件。当光照强度变弱至一定程度，R6阻值上升，电压比较器正向输入端电位上升，从而使输出电位由低变高，进而使控制器脱离待机状态，进入智能控制状态。

3  工作原理

每一盏灯均需要挂接一个控制器，每一个楼道灯视为一个节点，每个节点既是主机又是从机，现分别分析节点作为主机和从机时的工作原理。

3.1  作为主机

作为主机时控制器每隔一分钟读取一次光强检测模块电路，当光线减弱至特定强度时，该模块会输出高电平，此时控制器的控制外围设备的程序被使能。使能之后当没有红外信号时，不断检测红外模块;当有红外信号被感应到时，红外感应模块会输出高电平，此时微处理器读取自身的ID，ID由拨码开关提供，拨码开关在控制器安装时会被设置成不同的组态，对应不同的地址，从一楼至N楼的控制器地址依次增加，差值为1。在读取自身ID之后，通过无线模块将自身的ID号发送出去，紧接着输出PWM信号驱动PT4115恒流模块LED逐渐点亮。如果点亮过程中有新的红外信号刺激，将以新的刺激时刻作为起点开始计时，在无新的红外信号刺激的情况下，30s后驱动PT4115逐渐熄灭大功率LED灯。

3.2  作为从机

作为从机时光线足够强时不会进行除光强检测以外的动作。从机只有在光照减弱到一定强度时才会允许接受其他节点发送过来的信号。

假设此时光照强度减弱到特定值，当有无线信号到达本机，微处理器读取自身ID，若收到的信息中ID号与自身ID号做差绝对值为1，视为有效无线信号，则表示相邻的节点即楼上或楼下的灯下有人经过，此时微处理器将点亮照明设备，同样设备点亮后延时30s。若延时过程中没有接收到新的有效无线信号或自身红外模块未被触发，则在30s后熄灭，若在此期间有接收到新的有效无线信号或自身红外模块被触发，将以触发时刻为新的计时起点开始30s的延时。即在延时过程中可以重复触发。

若接收到无线信号中的ID号与自身ID号做差绝对值不为1，则表示不是相邻楼层的控制器节点发送的，为无效无线信号，控制器将什么也不做。

4  实验结果

实验采用模拟高度为3层的住户楼，分三个楼层分别有人出现时控制器节点在不同情况下的动作。

图3中A/B/C三种情况分别表示1楼、2楼、3楼有人出入时，各节点的动作情况。当1楼有人触发时，1楼节点发送数据给2楼，2楼同时点亮。3楼节点与1楼节点不属于相邻节点，所以并未点亮;当2楼有人触发的情况，2楼节点发送数据给1楼和3楼，1、3楼同时点亮，因为不确定人的移动方向，是上楼还是下楼，所以上下楼均点亮。当3楼（顶楼）有人触发时，3楼节点发送数据给2楼，2楼同时点亮。因为此时确定住户是下楼，所以点亮下方楼层。

5  结  论

实验结果表明，本文设计的控制器可以很好地实现设计目的，用户视野始终处于明亮环境，给用户带来良好体验，同时也起到了节约电能的作用。

参考文献：

[1] 潘永雄.STM8S系列单片机原理与应用（第二版） [M].西安：西安电子科技大学出版社出版，2015.

[2] 谭浩强.C程序设计（第四版） [M].北京：清华大学出版社，2010.

[3] 潘煜东，肖宝森，骆嘉诚.LED智能楼道灯的设计 [J].厦门大学学报（自然科学版），2017，56（5）：750-754.

[4] 馬宏骞.电力电子技术及应用项目教程 [M].北京：电子工业出版社，2011.

[5] 马宏骞.楼道灯的设计与制作 [J].电子制作，2014（5）：15.

作者简介：徐迎辉（1989.10-），男，汉族，河南新乡人，硕

士，助教，研究方向：智能LED楼宇照明;唐国龙（1989.01-），男，汉族，山东青岛人，硕士，讲师，研究方向：智能交通系统。