第２１卷 第２４期 Ｖ０１．２１ Ｎｏ．２４ 电子设计工程 Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｄｅｓｉｇｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ２０１３年１２月 Ｄｅｃ．２０１３ 基于ＳＴＭ３２的校园照明智能控制系统 ．金余义，张庆，祝根 （青岛工学院机电工程学院山东青岛２６６３００） 摘要：该设计主要采用基于ＳＴＭ３２微控制器与ＣＡＮ总线结合的方法，由光线强度检测电路和热释电红外信号检测 电路组成检测电路，通过检测光线强度强弱和是否有人靠近，从而控制灯的开启与关闭。采用组态王软件做上位机进 行控制和监控．实现了与外界环境相结合的人为可控智能闭环系统，实际表明该系统具有低功耗。稳定性强，通信距 离远．传输速度快，误码率低等特点。 关键词：智能化；ＳＴＭ３２微控制器：ＣＡＮ总线：低功耗；稳定性 中图分类号：ＴＭ９２３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７４—６２３６（２０１３）２４—０１５７—０３ Ｃａｍｐｕｓ ｌｉｇｈｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｂａｓｅｄ Ｏｉｌ ｔｈｅ ＳＴＭ３２ ｍｉｃｒｏ－ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＪＩＮ Ｙｕ—ｙｉ，ＺＨＡＮＧ Ｑｉｎｇ，ＺＨＵ Ｇｅｎ （Ｑｉｎｇｄａｏ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌ ｎｄ ａＥｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｑｉｎｇｄａｏ ２６６３００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｄｅｓｉｇｎ ｍａｉｎｌｙ ａｄｏｐｔｓ ｔｈｅ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ＳＴＭ３２ ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ａｎｄ ＣＡＮ ｂｕｓ．Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｃｉｒｃｕｉｔ ｉｓ ｃｏｍｐｏｓｅｄ ｂｙ ｌｉｇｈｔ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｃｉｒｃｕｉｔ ａｎｄ ｐｙｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｓｉｇｎａｌ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｃｉｒｃｕｉｔ．Ｂｙ ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ ｔｈｅ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｏｆ ｌｉｇｈｔ，ｉｔ ｃａｎ ｊｕｄｇｅ ｉｆ ｓｏｍｅｏｎｅ ａｃｃｅｓｓｅｓ ａｎｄ ｔｈｅｒｅｂｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｈｅ ＯＮ／ＯＦＦ ｏｆ ｌｉｇｈｔ．Ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｏｆ ｕｐｐｅｒ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｉｓ ｄｏｎｅ ｂｙ ｋｉｎｇｖｉｅｗ ｓｏｆｔｗａｌ￣ｔｏ ｅｍｂｏｄｙ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌｌａｂｌｅ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｃｌｏｓｅｄ—ｌｏｏｐ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｎｇ ｅｘｔｅｒｎａｌ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ．Ｔｈｅ ｆａｃｔｓ ｐｒｏｖｅ ｔｈａｔ ｔｈｉｓ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｆｅａｔｕｒｅｄ ｂｙ ｌｏｗ ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ，ｓｔｒｏｎｇ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ，ｌｏｎｇ ｄｉｓｔａｎｃｅ，ｑｕｉｃｋ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ａｎｄ ｌｏｗ ｅｒｒｏｒ ｒａｔｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ；ｔｈｅ ＳＴＭ３２ ｍｉｃｒｏ－ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ；ＣＡＮ ｂｕｓ；ｌｏｗ ｐｏｗｅｒ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ；ｓｔａｂｉｌｉｔｙ 近年来，低碳生活，节能减排越来越受到国家的大力支 持，在校园生活中照明用电量约占校园总体用电量的４０％左 右，因此．节约校园照明用电消耗成为响应国家对于节能号 １＇ 一 ●● ＣＡＮ Ｕ 召的重要措施之一。一般的校园照明系统只是运用普通的声 总线 接口 模块 一 －．４ ● 控及光控传感器组成开环的控制系统。其灵活性差．功耗大， 不可人为干预。而市场上闭环控制的照明系统投入资金大， 稳定性差，无法在校园中得到推广『１］。 ＿一 图１系统结构框图 Ｆｉｇ．１ Ｓｙｓｔｅｍ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｄｉａｇｒａｍ １总体方案设计 系统的设计主要有以下五部分组成：上位ＰＣ机、 ＣＡＮ适配卡、微控制器ＳＴＭ３２、ＣＡＮ总线接口模块、光线 ２硬件设计 ２．１控制器选型 普通设计中大多采用５１单片机、ＰＩＣ单片机或者是 ＡＶＲ单片机，这些单片机的缺点是高功耗、性能低并且硬件 资源匮乏。相比之下。ＳＴＭ３２系列是基于专为要求高性能、低 成本、低功耗的嵌入式应用而专门设计的ＡＲＭ Ｃｏｄｅｘ—Ｍ３内 核的微控制器。本设计采用的是ＳＴＭ３２Ｆ１０３型号，属于中等 容量增强型．３２位基于ＡＲＭ核心的带１２８Ｋ字节闪存的微 检测照明模块。上位ＰＣ机提供操作界面，并且利用组态 王软件通过ＣＡＮ总线向微控制器ＳＴＭ３２发送指令和接 收微控制器ＳＴＭ３２发送的信息．微控制器ＳＴＭ３２通过与 ＣＡＮ总线接口电路向ＣＡＮ总线发送指令和接收ＣＡＮ总 线各个节点的信息［２１，检测照明模块通过检测电路将检 测到的信息发送给ＳＴＭ３２微控制器，ＳＴＭ３２微控制器处 控制器，拥有强大的硬件资源：ＵＳＢ，ＣＡＮ，７个定时器，２个 理检测电路发来的信息控制照明设备。系统结构框图如 图１所示 ＡＤＣ，９个通信接口。最高７２ＭＨＺ的工作频率口】。 ２．２ ＣＡＮ接口电路 收稿日期：２０１３—０４—２４ 稿件编号：２０１３０４２９４ ＣＡＮ是控制器局域网络（Ｃｏｎｔｏｌｒｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ，ＣＡＮ） 作者简介：金余叉（１９８３一），男，浙江苍南人，硕士，讲师，工程师。 研究方向：嵌入式技术。 －１５７－ 《电子设计工程｝２０１３年第２４期 的简称．是由研发和生产汽车电子产品著称的德国ＢＯＳＣＨ 体红外信号，并经ＢＩＳＳ０００１芯片及外围电路进行放大、滤波 与延时等处理后，发送给ＳＴＭ３２ｒｏ。检测电路正常工作时，当 人体接近时，向ＳＴＭ３２微控制器发送高电平。当人体离开时。 延时ｌＯ～３０ ｓ后．向ｓＴＭ３２微控制器发送低电平。ｓＴＭ３２微 控制器根据接受到的高低电平控制照明设备的开启和关闭。 公司开发的，具有对通信数据帧处理，使网络内的节点个数 在理论上不受，可在各节点之间实现自由通信，结构简 单。传输距离远和速率快的特点，成为应用最广的现场总线 之一 。 ＴＪＡ１０５０是控制器区域网络（ＣＡＮ）协议控制器和物理总 线之间的接口，可以为总线提供差动发送性能，为ＣＡＮ控制 ３软件设计 ３．１软件流程图 主流程图如图４所示．系统初始化完成后，检测ＣＡＮ总 线发来的指令，如果ＣＡＮ总线发来指令，ＳＴＭ３２微控制器执 器提供差动接收性能嘲。与普通设计中运用的ＰＣＡ８２Ｃ２５０和 ＰＣＡＢ２Ｃ２５１等ＣＡＮ控制器相比，具有输出信号ＣＡＮＨ和 ＣＡＮＬ的最佳匹配，使电磁辐射更低，节点未供电时，性能有 所改进，无待机模式等特点。这使得ＴＪＡ１０５０特别适合于在 部分供电网络中节点掉电的情况下使用。其与ＳＴＭ３２接口电 路如图３所示。 图２ ＳＴＭ３２与ＴＪＡ１０５０接口电路 Ｆｉｇ．２ ＳＴＭ３２ ａｎｄ ｔｈｅ ＴＪＡ１０５０ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｃｉｒｃｕｉｔ ２．３ ＰＣ机与ＴＪＡ１０５０接口电路 由于ＰＣ的串口为ＲＳ一２３２电平，无法直接与ＴＪＡ１０５０ 相连，所以要想让ＰＣ机与ＣＡＮ总线通信必须在ＴＪＡ１０５０和 ＰＣ机之间加上电平转换模块。本设计加入的是ＭＡＸ一２３２电 平转换芯片如图２所示。 。婿 Ｔ２１Ｎ Ｒ２０ＵＴ Ｒｌ Ｎ ￣（１０ＵＴ Ｒ２ＩＮ Ｔ１０ＵＴ Ｔ１ＩＮ Ｔ２０ＵＴ Ｃ１—— Ｃ２—— ＣＩ＋ Ｃ２＋ Ｐｃ机串０ ０。． ｕ Ｆ 叫 ＭＡＸ２ 鹱 网３ ＰＣ机与ＴＪＡ１０５０接口电路 Ｆｉｇ．３ ＰＣ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｃｉｒｃｕｉｔ ｗｉｔｈ ＴＪＡ１０５０ ２．４检测照明模块 本设计检测电路由光线强度检测电路和热释电红外信 号检测电路组成。光线强度检测电路是利用光敏电阻的电阻 值随照射光强度增加而下降的特性而搭建的电路［６１。白天时 光照较大，光敏电阻值较小因此向ＳＴＭ３２微控制器发送高电 平，ＳＴＭ３２微控制器接受到光照强度检测电路发送的高电平 后，向照明设备发送高电平，从而控制灯的关闭。反之，晚上 光线较暗时，ＳＴＭ３２微控制器向照明设备发送低电平，从而 控制灯的开启。 热释电红外信号检测电路由热释电红外传感器接收人 —．１５８－ 行发来的指令。反之，执行下一步。检测电路中的光线强度检 测电路先检测。如果光线强度较强，ＳＴＭ３２微控制器控制灯 的关闭，且热释红外检测电路停止工作。如果光线强度较弱， 热释红外检测电路开始工作．当热释红外检测电路检测到有 人经过时，ＳＴＭ３２微控制器控制灯的开启。反之，灯关闭。 图４软件流程图 Ｆｉｇ．４ Ｓｏｆｔｗａｒｅ ｌｆｏｗ ｃｈａｒｔ ３．２上位机 组态王开发监控系统软件，是新型的工业自动控制系 统．它以标准的工业计算机软、硬件平台构成的集成系统取 代传统的封闭式系统。它具有适应性强、开放性好、易于扩 展、经济、开发周期短等优点。通常可以把这样的系统划分为 控制层、监控层、管理层３个层次结构目。 本设计通过ＣＡＮ—ＲＳ一２３２的转接口实现ＣＡＮ总线与装 有ＯＰＣ—Ｓｅｒｖｅｒ的ＰＣ机串口进行数据交换。从而实现通过组 态王对整个校园照明系统进行实时的监控。其组态王监控界 面如图５所示。 ４结束语 本设计以ＳＴＭ３２微控制器为核心及ＲＳ一２３２／ＣＡＮ通信 转换器、节点以及上位机组成，实现了ＣＡＮ通信，达到了对 照明设备的可控性和闭环自身调节的目的。基于ＳＴＭ３２微控
