摘 要
近年来随着校园生活变得丰富，学校人数密集集中，而教室又是集教学、科研以及生活于一体的多工功能区域，所以，学校的电力消费以电力为主。根据校园用电资源的调查资料，目前学校用电所占的比例逐年增加，但由
于传统的教室照明系统设计陈旧，能源浪费和舒适性差，致使“长明灯”“人走灯留”等现象十分普遍。手动关灯
无意识与不便，使得校园内明灯空教室越来越多。为缓解校园用电状况紧张，提高教室照明用电效率以及最大限度
地降低节约照明电能资源浪费，智能照明节约系统的设计在用电节能上起到至关重要的作用，因此研究一种校园智
能照明节约系统来避免不必要的资源浪费具有重要的意义。
系统在硬件选型中采用了STM32F103C8T6型单片机，以单片机为基础设计主电路，采集多种传感信号来实现完成
智能照明控制。软件设计则是用Keil软件编程配置环境，用ST-LINK下载器实现对单片机系统的微控与调制通信。其
采集系统设计有可根据光照，温度强弱调剂灯光开关的光敏电阻调节系统；根据红外设计，对人体是否存在的信息
采集实现智能灯光的开关；根据上课与下课时间定时照明开关的节能系统。智能照明节约系统的设计可经过经过采
集教室环境与人体存在等多种传感信号来控制灯光开关，从而达到了远程控制方便、用电资源节约，为了有效地提
高资源使用效率，避免不必要的资源浪费。
关键词：STM32单片机；校园照明；智能控制；资源节约 ；多传感器
第1章 绪论
1.1 研究背景
近年来随着我国教育事业的快速发展与人口不断地急剧增长，随着工业化的发展，人类对资源的疯狂掠夺和使
用，已经让这个星球承受了巨大的压力。我国拥有全球最大的人口，资源上的需求相比他国更加紧张，所以，节省
资源的问题就变得更加迫切了。高教院校是人口密集的集中地区，教室则是集教学、生活、科研于一体的多功能区
域，是学生最密集、最频繁的地方，也是高校用电的“大户”。高校的节能工作，既可以为学校节约大量的经费，
也可以培养大学生节约用电的观念和观念，在很长一段时间内，高校的节能意识越来越强，在进入社会之后，就会
产生很好的节能效果，而这一切，都为建设“资源节约”的社会和可持续发展的道路奠定了坚实的基础。
最近几年随着我国综合实力的快速发展，目前，我国的发电量已超过900亿千瓦，仅次于美国，连续14年位居
世界第二。然而，我国目前仍存在着能源和能源不足的问题，同时也是制约我国经济发展的“瓶颈”。根据相关报
道，尽管我国经济持续快速发展，但人均 GDP的能耗比发达国家高出3-10倍。当前，我国的能源状况尤为严重，不
必要的电能浪费也是导致其状况主要原因之一。相关数据表明，我国的电能消耗有1/6左右用在照明上，其中用于照
明中的电能又有70%以上用在公共楼宇教室照明，同时我国的照明用电消耗量的增加速度还在不断增加。
回顾这几年来，全国各地都在报道限时用电，特别是长三角和珠三角等地区，电力短缺已经成为了家常便饭。
2005年，我国的用电量增长了12%，全国的用电量达到了24220亿千瓦时。在广东部分主要工业地区，因地方供电公
司多次发出“红色警报”，导致很多企业不得不采取“轮班”的方式来缓解能源紧张。数据表明，广东电网在2007
年可以达到950千瓦的自然负载，同时存在着500,000千瓦的电力缺口。根据电力行业专家的分析，上海、江苏和珠
三角电力短缺情况按“一般短缺”“严重短缺”和“电力危机”三种情况进行了分类。
节电不仅是我国长远发展的一项重大战略政策，而且是造福于人民，造福于国家。节能，即一次能源的节电，
可以减少整个国家的能源消耗，减少交通和能源的短缺，同时也可以减少国家对电力系统的投资，提高能源利用
率，降低环境污染，符合绿色和可持续发展的趋势。有利于降低电力系统的负载能力，缓解电力紧缺的状况；对降
低电网负荷容量、缓解供电紧张局面具有重要意义；节省电能，可以减少不必要的电能损耗，从而降低企业的电费
开支，降低成本，增加经济效益，使得有限的电力发挥最大的社会经济效益，提高能源利用率，更好的利用电力。
因此节约用电在资源紧缺的今天体现的尤为重要。2004年，国务院办公厅印发了一份关于“节约型”、“环保”和
“高经济效益”的新型工业发展之路，将节约资源和减少能耗放在第一位，紧紧抓住“不浪费、不合理”的原则，
以提高资源的综合利用效率。
电能资源节约一直都是人类面临的一个重要话题，传统的照明控制大都是将开关加在靠近回路处，用来控制照
明，这种方式难以达到由管理室成批监视和控制全体照明的目的，难以实现在现场灵活控制照明要求，传统照明系
统存在低效光源的广泛使用、过度照明情况普遍、照明系统管理难度大等多个方面的能源浪费现象，无论是在灯具
寿命还是在开关控制上都有待提高。
1.2 国外情况以及国内高校现状
20世纪末，智能照明的概念在国外已有。例如，美国在20世纪90年代就发展了一种协议，它为舞台灯光系统提供了
控制器、电气特性和通讯模式等。随着社会的进步，先进国家的照明技术也在飞速发展，目前的应用范围已不再局
限于单纯的舞台灯光，而是广泛地应用于建筑照明、教室照明等各个方面。在国际上，以德国 EIB、美国X-10、日
本 HBS、澳大利亚C-Bus等为代表。
我国在照明技术的发展相较国外发展较晚，但是国内照明市场体量大，发展空间大，目前在国内仍然存在大量
的低能效光源在使用，日光灯、白炽灯等由于价格低廉的优势，深受人们的喜爱，目前，我国各高校的教室管理较为粗放，管理人员、学生缺乏节电意识，造成了电力资源的浪费。在白天，自然光线充足，照明范围广，即使是没
有人的教室，也会打开所有的灯光；晚上，教室里灯火通明，人走不关的现象随处可见，“长明灯”无处不在。这
一切的一切，都是造成电力不必要的浪费，也给学校造成了巨大的经济压力。
根据不完全的数据，80%的大学教室在照明充足的条件下，全部打开的浪费。每一间教室的电力消耗看似不值一
提，但如果是一所学校，乃至一所大学，那就是一个惊人的数字了。
根据一所大学的实际调研，学校教学楼内安装了1000盏40 W的双管式荧光灯，每一寸的总耗电为80度，按照0.5
元/千瓦时的标准，学校每小时的耗电成本为40元。一所学校一天的电费就高达640元，一所学校的学生一般都有8栋
这样的教学楼，也就是说只是教学楼的一天电费就要高达5120元。从另一个角度来看，如果在教室里每天节省2个小
时的无用电量，则每天可以节省640元；按照九月份的标准，学生一年可以节省172800元的电费。这是一种简单的电
力消耗，目前全国各大学总共有1684所学校（中国大学网），因此，每年的电费支出就高达290995200元，也就是
说，全国高校在教师照明用电上至少浪费接近3亿元这样一个恐怖的数字。
电力费用已成为各高校费用中的一个重要组成部分，各高校各大高校都要制订相关法规，以实现节能目标。高
校教室的照明管理要求尽量节省电力，但前提是要保证教室内的光照。“无人管理”、“使用定时开关”、“专人
负责”，都有一定的缺陷和能源的浪费。
目前，智能节能照明的方法有两种：一是采用高效的电光源，二是采用更加高效的智能照明，而要保证照明的
品质和降低能耗，最基本的方法就是提高照明设备的效率，也就是增加灯源和灯泡的亮度；二是在现有的照明灯具
基础上，改进和优化照明控制，以达到节能节能的目标。
1.3 选题设计的意义
原教育部建议各学校建立节约型校园，为回应教育部的号召，不少大学都采取了节能措施。然而，一些学校对
能源的充分利用还没有进行深入的研究，还没有制定出一套行之有效的节能措施，因此，其结果并不显著。根据调
查，学生们发现，如果只是使用电灯的话，并不会造成很大的损失，但是由于教室里的照明设备数量太多，再加上
灯光的持续时间比较长，所以教室里的照明设备所需要的电能，占据了40%以上的电力，并且还在持续的使用之中。
为了节省用电，降低校园用电，每个人都要从小处着手，从今天开始，为解决这个国家的能源危机尽一份绵薄之
力。为了实现节约能源，我们还应从其他方面着手，对大学校园内的智能照明控制系统进行了研究和开发。本系统
的开发和设计，是为了适应现代电子技术的快速发展，采用了多种新技术，既解决了校园供电不足，又实现了远程
控制，而且，它的研究和设计也符合了现代电子技术的发展趋势，为以后的研究打下了坚实的基础，并在未来的工
作中得到了进一步的发展。本文的研究具有以下几点意义：
1．建立起教室照明更加智能化控制策略
针对当前高校教室中存在的能源浪费问题，提出了对教室中的照明设备进行节能改造，并在教室中设置了感
光、照度传感器和控制器，并由控制器将各传感器所收集到的数据进行数据处理，并将数据传输到远程计算机监测
系统中，最终由管理员进行远程控制。
2．提高教室智能化管理水平
采用智能照明系统，可以使管理人员在主控制室内通过 PC对各教室灯光的使用情况进行实时监控，极大地改善
了目前学校的照明智能化管理，使学校的管理更加现代化。
3．体现了以人为本的照明控制思想
良好的照明是降低学生视力下降的主要原因，同时也不能以学生的能力为代价。一个好的灯光可以让你的心情
变得轻松，也可以让你的工作更加高效。因此，以人为本是节约能源的先决条件，在室外光线不充足、教室里有人
的时候，通过控制器调整灯光的亮度来补偿自然光的不足，从而使自然光得到最大程度的利用，从而降低电能的损
耗，并在一定程度上保证了学生的学习和学习的质量。
4．构成智能化教学楼的一部分
智能化教学大楼的智能化灯光系统是一个非常关键的环节。它可以和其他的控制子系统相连，形成一个更大的
智能网络。
1.4 研究内容与研究目标
教室智能照明节约设计采用STM32F103C8T6单片机为模板，其硬件设计包含多种传感器采集系统，分为感光模
式、红外模式、定时模式三个模式控制调节教室灯光，系统仿真设计模板设置6个LED灯模拟教室灯光。在感光模式
下，系统会根据光敏电阻检测光照的强度从而自动控制LED灯点亮的数量来模拟教室灯光情况；红外模式下，使用一
组红外对管检测教室人员进出情况，计算教室人员数量自动调节点亮的LED灯数量；定时模式下，系统设置有定时时间段，在该时间段根据教室内光照情况自动调节点亮LED灯数量，其他时间段未关闭状态。
系统能够从教室内人数、光照强度以及定制时间等来智能调节教室灯光，在一定程度上避免了人走灯留后的
“长明灯”以及明灯空教室的现象，在极大程度上可以帮助教室内照明资源浪费得到缓解，帮助高校在教室照明电
能浪费的问题上得到解决
1.5 章节安排
第一章、绪论。详细阐述了系统设计的背景，对高校数据的采集以及分析，对国内高校教室照明情况了解并提
出解决方案。分析了研究内容的方向以及实际目标
第二章、智能照明节约系统硬件设计。解释了STM32单片机的优势并对单片机详细分析，对光敏电阻系统、红外
系统、定时系统等传感器的系统分析以及详细解说，对总体智能照明系统硬件电路设计的解说及阐述。
第三章、描述了KEIL开发软件的搭建与配置，描述了整体的系统实现流程以及干光模式、红外模式以及定时模
式下程序的实现过程。
第四章、实际操作单片机系统，将系统中的每个模式分开测试并对其进行分析讲解。
1.6 本章小结
本章对论文所做工作以及数据分析进行了总结，对国内外局势影像进行分析并对所设计智能照明节约系统内容
表述，明确了对资源节约发展的目标
第2章 智能照明节约系统硬件设计
2.1 系统零件清单
序号 元件名称 型号 1
1 STM32F103C8T6核心板 STM32F103C8T6 1
2 光敏电阻 4针 1
3 OLED显示屏 0.96寸4针 1
4 纽扣电池 CR2302 若干
5 独立按键 若干
6 LED发光二极管 若干
7 电阻 330欧 2
8 红外对管 1
2.2 系统组成
本系统由STM32F103c8t6芯片、照明采集装置、红外线感应器、显示器、灯、键等组成。利用最小的计算机进行
数据采集、处理、显示；照明采集设备是根据教室内的光线强度来确定光照的条件；红外线传感器通过红外线来检
测教室内的人数，从而形成开、关、关的条件；该显示模块可以完成工作方式、灯光亮度、教室人数等功能；按键
式电路，可进行手动控制。在图2-中显示了系统框架的方框图：
图2-1 系统构架
2.3 STM32单片机设计及核心电路板说明
STM32系列是 ST公司自主研发的高性能、低成本、低功耗的微处理器。其外围设备也是一等一的：1微s的12位
ADC,4 M/s的 UART,18Mbit/s的 SPI，以及其他的性能，虽然比起MSP430要差了一些，但这并不妨碍工程师们对其的
喜爱，因为其结构简单，使用方便，功能强大，在业内都是出了名的。其主要功能体现在：
1、内核：ARM32位的Cortex-M3CPU，最高工作频率72兆赫，1.25 DMIPS/MHz。
2、存储器：芯片内集成32-512 KB Flash内存.SRAM内存6-64 KB。
3、时钟、复位和电源管理：提供2.0-3.6 V的驱动电压，可编程电压检测器（PVD).该晶体的振动频率在4-16兆赫之
间。内置8兆赫兹 RC振荡电路，在出厂前就已经调整好。内置40 kHz的 RC振荡电路.CPU时钟锁相环.用32 KHz的晶
体振荡校准 RTC。
调试模式：WD/JTAG接口，具有最大112个输入/输出、11个定时、13个通信接口，STM32F103、STM32L1、
STM32W。
图2-2 STM32单片机
STM32的优势是除了增加了一个增强的外部设备接口之外，它还提供了和其他STM32一样的标准接口，这种外部
设备的共通性为整个产品系列提供了更大的灵活性，允许开发人员在多种设计中使用相同的软件。新STM32的标准外
部装置包括10个定时器，2个12位1- M/s的模拟转换器，2个12位数字-模STM32的优点在于，除了一个加强的外部设
备界面，它还具有与其它STM32相同的标准接口，这使得整个产品系列具有更大的灵活性，使得开发者可以将同一软
件用于不同的设计。新STM32的标准外设有10个计时器、2个12比特1- M/s、2个12比特 DAC、2个I2C、5个 USART、3
个 SPI。新产品的外设包括12个 DMA信道及 CRC运算单元，与其它STM32一样，拥有96位特有的识别码。转换器，2
个I2C接口，5个 USART接口，3个 SPI接口。该新产品的外部装置包含12条 DMA通道和 CRC操作单元，与其他STM32
处理器相同，具有96比特的独特识别代码。
新的 MCU也继承了STM32的两大优点：低压，节能。2.0-3.6 V的工作电压与当前主流的锂，镍电池技术是一致
的。在7兆赫的频率下，从快闪记忆体中进行编码，只需要27毫安的电流。低功耗模式共有四种，可将电流消耗降至
两微安。从低功耗模式快速启动也同样节
单片机系列
项目 NEGA128 PICI8F6680 STM32F103C8T6
位数 8 8 8
是否单指令周期 是 是 是
线技术 3级流水线 3级流水线
是否位RISC架构 是 是 是
最高频率 16M 40M 72M
硬件乘法器 有（88双周期） 有（88双周期） 有（32*32双周期）
硬件除法器 无 无 有
内部Flash 128K 64K 128K
内部RAM 4K 3K 20K
内部EEPROM 4K 1K 无
AD转换器个数 1 1 2
AD转换器通道数 8 16 16
AD转换器位数 10 10 12
SPI接口 1 1 2
I2C接口 1 1 2
USART接口 2 1 3
省电能; 启动电路利用STM32中产生的8兆赫兹信号，在6微秒之内从停止状态中叫醒微控制器。STM32具有多种
外部设备，易于操作，能够同时进行模拟和数字信号的处理，适合于控制电路的设计。
单片机芯片采用STM32F103c8t6 芯片，它有48根针，40根针在核心板上。而晶片管脚48个，晶片管脚40个，则
是因为，晶体管的主要功能是输出管脚 VCC、 GND、控制管脚 PAX、 PBX、 PCX等，另外，在按键电池的正电极
上，还设有一个 VBAT引脚，用以在系统 RTC断电的条件下，使其能够继续工作。还有其他引脚需要连接相关运行电
路，非可编程引脚，因此也不会从核心板上引出来。
STM32F103C8T6的总体结构由 ARM的Cortex-M3、 ST公司的总线矩阵、 DMA （DMA）、 AHB （AHB）、APB1、
APB2 （APB2）。
Tortex-M3抛弃了普林斯顿（普林斯顿）冯.诺依曼结构，它使用了哈佛体系结构，将指令存储器与数据存储器
分离，从而使Cortex-M3具有32比特的独立的32比特和32比特，在读指令和数据后， MCU的运算速度大大提高。
设计系统硬件时所用工具为Altium Designer 20，它的优点是：功能齐全、功能齐全、功能齐全、专业的统一
设计体系、高效的无压力环境、原生3D PCB编辑器。
Atium Designer最大的优势在于，它可以为 PCB组装提供精确的3D模型，并且可以根据工业标准输出文档，这
样我们就能一眼看到印刷电路板和机器的外壳是否匹配。同时，其易于使用的 PCB设计和采集原理图的集成方式也
使其工作起来更加方便。
核心电路板说明：
1、USB接口电路
该电路目前只用于对核心板设备供电，尚未使用USB通信功能，也不支持USB串口调试下载，因为核心板上没有
设计USB转TTL电路。
2、BOOT 选择电路
该电路用于选择STM32单片机芯片的启动模式，核心板上的BOOT0和BOOT1均为接地，及低电平0。
3、下载器接口
核心板上带有一个SWD下载器接口，下载器接口可以连接stlink下载器或者jlink下载器来下载调试程序。
4、5V转3.3V电路
核心板自带5V转3.3V电路，电路采用ME6211芯片进行转换，转换后的3.3 V电压供给STM32，由3.3 V电源，不支
持5 V。另外，3.3 V的电压也被导入到核心板的插针中，以供给外部设备，要求3.3 V的电压。
5、晶振电路
核心板电路共分为8MHZ的高速晶振和32.768KHZ的低速晶振。
高速晶振为HSI高速内部时钟，RC振荡器，频率为8MHz，通过单片机时钟倍频器可以实现最高72MHZ的晶振速
度。用于提供给单片机运行的时钟频率。
32.768KHZ的低速晶振用于提供单片机LSE低速外部时钟频率，这个主要是RTC的时钟源。在没有使用RTC功能的
情况下是可以不需要这个晶振的。此外这个晶振连 接的引脚是PC14和PC15，用于频率输入。在不使用RTC功能的情
况下可以由用户编程使用PC14和PC15引脚，如果使用RTC功能，则PC14和PC15不支持用户编程使用，即PC14和PC15不
可用。
2.4 传感器系统设计
传感器系统设计包括光照采集的单元和红外感应单元。
2.4.1 光照采集单元
环境光采集装置以感光电阻器为检测器件，用于检测室内的光强。在照明强度超过设置时，不管有没有人，都
不能点亮；在一定的光照下，根据光照强度数值开启一定数量的灯光。
光敏电阻传感器工作原理：
光敏电阻器的工作原理是利用内部的光电效应，将一条线固定在一种半导体感光材料的两端，并将其置于带有
透明窗的容器内，使其具有更高的感光敏感度。这样可以防止受潮，在暗处，光敏电阻具有较高的电阻值，当光线
照射时，若其能量大于半导体材料的禁带，则其价带将会有电流穿过。
该系统利用感光电阻进行自然光的采集。采用硫化镉材料制作光敏电阻器。硫化镉在光照下会受到光的刺激而
形成新的载体。这些新型的载流子是传导的：通过外加电场使电子一个向正极电极流动，一个向负极电极流动，使
感光电阻器的阻值下降。这样，感光电阻器就可以根据自然光的强度调整其阻值。
图2-10 光敏电阻
根据感光电阻器的工作特点，选择工作于可见光频段的感光电阻器，可以很容易地检测到光强度。在在感光模
式下，系统可根据光敏电阻检测光照强度从而调节灯光。
图2-11 光敏电阻特性曲线 图2-12 光敏电阻与光强关系曲线
使用一组红外对管检测教室的人员进出情况，计算教室内人数，根据教室内人数控制灯光。
2.4.2 红外感应单元
系统中的红外感应单元是由一组红外对管组成。根据感光电阻器的工作特点，选择工作于可见光频段的感光电阻器，可以很容易地检测到光强度。一种具有高辐射效率的 GaAs PN结。在 PN结为正偏压的情况下，向 PN结注入
电流，从而激发出红外线。当电流超过最大额定功率时，其功率将下降。它的特点是发射功率大，绝缘性能好，耐
湿性好，使用寿命长，可靠性高，焊接性能好。
红外传感器受到外部环境的影响，必须对其进行抗干扰。为避免外界因素造成的红外感应器输出信号较弱，必
须将人体外感应器置于室内，且高度应为2.0~2.2 m；同时，它还具有抗电磁干扰、抗灯光干扰的功能。
当红外对管工作时，当红外线二极管在门的一端发出时，红外线会以锥形的方式放射出去；把感光三极管装在
门的另外一头，用来吸收红外线，二极管与三极管的两个点之间有一条线，这条线就是构成的检测线。
图2-13 检测线原理图
如果有人通过门，那么红外线接收三极管就会失去红外线，而关掉，反之，三极管就会打开，从而判断有没有人通
过。
红外传感器工作原理：
人体红外传感器由两大核心部件组成，第一种是热释电红外感应器，可以将8~12微米的红外信号转换成电子信
号，可以在一定程度上抑制自然界中的白光，在探测区内，如果没有人类活动，则只能感应到环境的温度，而一旦
进入探测区，菲涅尔透镜就会发现人体与外界的差别。
2.5 显示单元
该显示器采用0.94英寸4针 OLED显示屏，无需背光板，且具有较大的视角、较好的图像质量、较高的响应速
度、较容易的色彩，且通过简单的驱动电路就能发出荧光，且工艺简便，可以加工成弯板，符合轻薄、体积小的特
点，适合于中小尺寸的面板。相比于LCD显示屏便于安装。
2.5.1 OLED发光原理
LED是一种具有半导体特性的薄型透明铟锡（ITO)，与电源的正电极连接，另外还有一个金属阴极，就像三明治
一样。OLED的基本原理是：在正电压的作用下，正极和负电荷从正极和负电荷进入有机物质，在发光层中发生复
合，释放出能量，并将其发射到有机发光分子上。其发光原理图如图2-13所示。
图2-14 OLED 的发光原理示意图
有机电致发光的基本原理是通过材料的能级差异，把所发射的能量转化为光子，所以要选用合适的发光层，然
后在发光层中加入染料，从而获得理想的发光色。有机发光二极管中的电荷主要是由分子之间的载流子转变而进行
的。另外，通常的电子和空穴的结合都是几十纳米，所以 OLED的响应非常迅速。
OLED的发光过程可以分为以下5个阶段：
1.载流子注入：向器件施加一定的电压，把电子从阴极中射出，再从阳极中射出一个孔洞。
2.载流子迁移：电子和空穴转移到发光层中。
3.载流子复合：在发光层，电子和孔洞结合，形成了一个激子。
4.激子迁移：激子向有机放光分子传输能量，使其从基态向激发态转变。
5.电致发光：在被激励的状态下，分子会返回到基态，并发出光子，并发出光能量。
2.5.2 OLED器件结构
OLED为单层结构，随着技术的发展，不断引入新的功能层，使其性能得到了极大的改善，出现了双层、三层、
多层的 OLED。器件的设计和设计将直接影响到器件的效率和寿命。
单层结构（ITO/EML/Cathode）
器件的正、负两个电极之间仅有一种或几种材料均匀地混合的发光材料。除有机发光层外，其他功能层均不包
含，因此发光效率较低。
2.双层结构
该双层结构可以分为 ITO/EML/ETL/Cathode型，也就是将位于中部的发光层作为 ETL （HTL）或者 HTL
（HTL）或者 HTL （空穴传输层），由此提高了发光效率和使用寿命。DL-E双层装置中，含有 ETL和具有空穴转移
性质的发光层.DL-H型双模装置包括 HTL和发光层，具有电子传送性质。
由于载流子传输层 ETL 的引入，降低了载流子注入势垒，有利于载流子平衡注入，从而提高了器件的发光效率
3.三层器件结构(ITO/HTL/EML/ETL/Cathode)
光子与孔洞之间的均衡注入对器件的发光效果有很大的影响。本文介绍了三层体系结构，其中加入 HTL、
ETL，以确保电子与空穴的均衡注入，并以其高的发光效率成为目前应用最广泛的一种结构。
4.多层结构(ITO/HIL/HTUEML/ETL/EIL/Cathode)
在三层结构中，采用了空穴注入层（HIL）和电子注入（EIL)，使得有机 EL与 ITO玻璃的结合更加紧密，从而
提高了光电转换效率。
2.6 定时照明系统
定时照明系统有两个晶振电路组成，分别是8MHz晶振电路和32.768KHz晶振电路。
两个电路分别与OSCOUT，OSCIN引脚直接连接，还有PC15，PC14引脚直接连接。
8MHz晶振连接时钟系统的HSE（外部高速时钟），32.768Hz晶振连接时钟系统的LSE（外部低速）为微控制器提
供高低两种精度的时钟系统。
2.7 本章小结
本章介绍了STM32单片机选择原因以及其优点，对系统设计主要板块惊醒详细的说明，包括STM32F103c8t6 芯片
核心电路板各个接口以及电路的作用介绍，还有光敏电阻传感器和红外传感器工作原理的介绍，最后对定时系统的
晶振电路进行简单的介绍和说明。
第3章 系统环境搭建与软件设计
3.1 Keil5软件开发环境的配置
系统环境搭建方面，我们采用Keil5软件。KeiluVision5是一个专门的、实用的 C语言开发系统，它提供编译、
编译、安装和调试的服务，主要增加了包管理器的功能，支持 LWIP。同时用户还可以完全控制窗口中所能看到的任
何地方，也就是说“只要你眼睛能看到的地方，那个地方就完全听命于你”当然啦，做为一个开发工具，那么最重
要的当然就是用户能用到的舒心啦，用的舒心了自然而然在开发上也就能更加的随心应手啦，而这款软件就能完全
的做到这一点，本款软件采用了全新的用户界面，在软件的新的用户界面上，用户能在最大的限度上去使用屏幕上
的空间以及可以更加有计划的去组织及使用多个窗口进行设计上的工作，最重要的是这款软件一个全新的、整洁且
高效的环境可以让用户去开发与使用。
Keil相比于IAR与ADS最大的不同，也可以说是最大的特点，就是内置了丰富的样例程序，不需要了解系统是如
何启动的，只需要在原来的基础上改一下，加入自己的的代码就可以实现想要的功能。
图3-1 三大开发工具优点
环境搭建流程：
图3-2 环境搭建流程
首先安装ST-Link驱动程序
图3-3 驱动程序安装成功
驱动安装成功之后，把ST-Link通过usb连接到电脑，然后打开设备管理器，可以看到会多出一个设备：
芯片选择，在Keil5软件程序中打开目标选项，在Device一栏中选择STM32F103C8xu选项然后OK确认，点击构建选项
进行编译后出现工程结果错误
图3-5 工程结果错误
2、下载器型号选择，在目标选项一栏中，选择Debug一项，然后在Use一栏中选择ST-Link Debugger选项。
3、下载器识别，下载器型号选择完毕后，点击Settings1，我们能够看到在SWDIO一栏中出现序列号，则下载器识别
成功。
4、芯片容量选择，下载器识别成功后，选择Flash Download一栏。
图3-6
芯片容量选择
确定Programming Algorithm一栏中芯片容量为128k即可。
最后点击下载将Keil5软件中代码程序通过ST-LINK下载器下载到系统单片机中。环境配置搭建完成
。
图3-7 Keil下载选项
3.2 软件程序整体实现过程
教室智能照明节约系统程序开始后通过按键识别进行模式的更改调试以及系统时间、定时时间的设定。
感光模式下，程序通过光敏电阻识别环境下下光照强度，分别在01000、10002000、2000~3000光照强度下进行LED
灯数量的增减表示教室内灯光变化的过程。
图3-8 系统总体流程图
红外模式下，程序通过红外对管对进出教室人数的测定，分别在教室内有人、教室内人数增加2人、教室内人数超过
5人三种情况进行LED灯光数量的增减表示教室内灯光照度的调节。
定时模式下，程序首先通过按键识别对系统时间和定时时间进行调节，然后程序会根据系统时间与光照强度来调节
LED灯光亮起的数量。
3.3 系统感光模式的实现
光照度的定义
照度，即通过单位面积的光通量，反映了一个对象的表面在多大程度上被照明。每隔一段时间，通过一个区域
的可见光就会被称为光通量，而光通量的大小就是 lm，一个发光体的光通量越大，所发出的光就会越强烈。光度是
指一个平面上的光通量与这个平面单元的比率，光照度的符号E，单位是勒克斯(lx)，它的数学表达式为：
亮度调节的实现
一般光照大体可分为两部分：自然光照和人工光照。在平时的生活中光照状况并非是一直不变的，光照伴随着
吋间的不断变化而改变。为了最大限度的达到人们的学习和工
作的需求，当自然光照不满足人眼的需求的情况下，可通过开启根据需要不同的辅助照明设，最终实现满足室
内要求的光照度。
智能的照明控制系统通过使用光敏电阻传感器来实时测量室内环境的光照度的变化值，然判断室内的光照度是
不是满足人的需求，最终能达到自动调节照度以满足要求的目的。系统模拟教室灯光，当光敏电阻接收到的光照强
度达到3000以上时，LED灯不会亮起；当光照强度达到2000~3000时灯组中的LED小灯会亮起两个；当光照强度达到
10002000时LED灯会亮起4个；当光照强度为01000时LED全部亮起从而模仿教室灯光根据自然
环境光照强度引起的灯光亮度变化。
3.4 系统红外模式的实现
系统通过按键识别切换到红外模式，当红外对管自下而上的方向一次出发时，系统程序判断教师内人数加1，
LED小灯亮起；当教师人数达到3~4人时，灯组中的LED灯亮起数量增加为4个；当教室人数为5个以上时，灯组中的
LED小灯全部亮起。
当以自上而下的方向出发红外对管时，程序判定教室内人数减一，当教室内人数分别较少到34人，12人和无
人的时候灯光一次会根据人数发生变化。
3.5 系统定时模式的实现
在定时模式下，系统通过晶振时间电路实现系统时间的控制和定时。
首先通过按键，对时间系统进行调制再根据系统时间调制合适的定时区间，当系统时间未达到定时开始时间
时，无论系统环境光照强度为多少，都不会出发LED灯亮起；当系统时间达到定时开始时间并且在定时区间内，系统
会根据光敏电阻测出的光照强度亮起LED灯。
图3-11 定时系统流程图
3.6 本章小结
本章描述了KEIL开发软件的配置过程以及利用ST-LINK烧录的过程。对系统每一模式程序进行了具体分析并以流
程图的方式讲解了程序的实现过程。
附录
//根据模式和标志位控制灯光
感光模式
if(sys_mode==0)//感光
{
if(Adc_Value<=1000)//亮度小于1000强度
{
LED_Control(0,0,0,0,0,0);//led灯不亮
}
else if(Adc_Value<=2000&&Adc_Value>1000)//大于等1000强度亮度时小于2000亮度强度
{
LED_Control(1,0,0,0,0,1);//灯亮，亮灯一档（1个灯亮）
}
else if(Adc_Value<=3000&&Adc_Value>2000)
{
LED_Control(1,1,0,0,1,1);、、//亮灯二挡（2个灯亮）
}else{
LED_Control(1,1,1,1,1,1);//亮灯三挡全部亮了
红外模式
33
else if(sys_mode==1)//红外
{
if(people_num ==0)
{
LED_Control(1,1,1,1,1,1); //全亮
}
else if(people_num > 0 && people_num <= 2)//出教室人数大于0小于等于2
{
LED_Control(1,1,0,0,1,1); //亮一个灯
}
else if(people_num > 2 && people_num <= 4)//出教室人数2到4直接
{
LED_Control(1,0,0,0,0,1);//亮两个灯
}else{
LED_Control(0,0,0,0,0,0);//灯全灭
}
定时模式
if(sys_mode==2)//定时
{
if(NOW_timestamp>=DS_timestamp&&NOW_timestamp<=DE_timestamp)
{
if(Adc_Value<=1000)
{
LED_Control(0,0,0,0,0,0);
}
else if(Adc_Value<=2000&&Adc_Value>1000)
{
LED_Control(1,0,0,0,0,1);
}
else if(Adc_Value<=3000&&Adc_Value>2000)
{
LED_Control(1,1,0,0,1,1);
}else{
LED_Control(1,1,1,1,1,1);
}
}else{
LED_Control(1,1,1,1,1,1);
}
第4章 系统设计测试
系统主要是以STM32F103C8T6单片机为核心，以光敏电阻传感器模块、红外传感器模块、定时系统模块、按键模
块、显示模块为主要模块组成。首先测试显示模块中OLED显示屏能否正常显示系统各项功能数据以及按键是否可以
正常操控系统切换模式以及调试定时；然后对三大功能模块分别进行测试。
4.1 显示模块测试以及按键模块测试
4.1.1 显示模块测试
显示模块是由0.94寸4针OLED显示屏组成，其显示屏的分辨率是12864，即显示是128行64列。显示模块中能够
完成工作模式、光照强度、室内人数、系统时间等数据的显示。
用USB接口将单片机系统与电源连接，使系统启动，查看显示屏是否正常运行并显示系统数据。
图4-1 OLED显示屏正常工作
4.1.2按键模块测试
系统按键模块包括四个正常标准的按键组成如图4-2所示，其四个按键从左到右功能分别为系统定时功能调出以
及模式选择按键；确认选择按键；时间调试按键以及系统模式更换按键。
图4-2 按键模块的四个按键
1.定时时间设置三个按键的调试
时间调试按键在定时时间界面进行调试时间如图4-5所示
图4-5 调试后的定时时间界面
2.模式选择按键的调试
按下模式选择案件进行模式更改进入到红外模式下如图4-6所示
图4-6 红外模式界面
4.2 光敏电阻传感器模块测试
将系统模式调整到感光模式下进行光敏电阻传感器模块测试。
图4-7 感光模式显示
结论
基于STM32单片机教室智能照明节约设计是解决教室灯光资源严重浪费的重要发展反向。相比于传统老旧的灯光
设计，智能照明节约行灯光设计既能够节省大量用电资源更能方便学生老师在日常生活中人性化的使用。随着技术
的进步，智能已经渗透到了人们的生活中，现在越来越多地被用在了照明和控制上，智能化的照明系统将会在更大
的范围内得到更好的利用。本文中所描述的智能照明系统在总结前人研究队的基础行，将光敏电阻定时系统与红外
感应检测人数等功能相互结合，利用案件控制模式，OLED电路模块显示数据来呈现出更清楚的教室灯光是否开启与
调节强弱的情况。
采用Altium Designer对系统核心电路板中的各个重要模块进行设计，采用模块化编程设计，用Keil开发软件中
STM32F1xx支持包对感光模式模块、红外模式模块、定时模式模块进行代码编程，再利用ST-LINK烧录下载器将代码
下载到系统设计单片机中进行教室灯光在三大模式下的模拟测试。
在设计本系统的过程当中使用以前所用到的设计开发软件以及编程语言，巩固了学习知识，并有了更新的理
解。在代码编程时学习了新的开发软件，锻炼了自学能力与创新意识。在硬件安装与实际操作时锻炼了动手能力、
科研开发能力，在单片机学习的理解和认知得到提高，综合学习能力得到一定的完善，调动了创新实操的主动性和
积极性。
扫一扫
4529
被折叠的 条评论
为什么被折叠?
到【灌水乐园】发言
