基于STM8S的恒流驅(qū)動(dòng)LED樓道燈控制器

徐迎輝　唐國(guó)龍

摘? 要：本文以現(xiàn)有樓道燈控制方式給用戶帶來的不適體驗(yàn)為出發(fā)點(diǎn)，通過采用光強(qiáng)檢測(cè)電路、HC-SR501人體紅外感應(yīng)模塊、微處理器STM8S103F3、PT4115恒流驅(qū)動(dòng)IC、撥碼開關(guān)等器件及模塊的有機(jī)組合，實(shí)現(xiàn)光照亮度強(qiáng)時(shí)控制器處于待機(jī)狀態(tài)，當(dāng)光照弱時(shí)進(jìn)入工作狀態(tài)。工作時(shí)人走燈延時(shí)熄滅，同時(shí)相鄰樓層同步點(diǎn)亮的設(shè)計(jì)又能帶來良好的視覺體驗(yàn)，也可以實(shí)現(xiàn)對(duì)樓道燈的有效節(jié)能控制。本文中樓道特指樓梯樓道。通過模擬實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該控制器的可行性。

關(guān)鍵詞：STM8S微處理器;PT4115;樓道燈;LED;無線通訊

中圖分類號(hào)：TN76;TP29? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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? 技術(shù)背景

當(dāng)前樓道燈控制上主要采用聲光敏控制，而這種控制方式很大程度上實(shí)現(xiàn)了智能控制，即當(dāng)光線充足時(shí)不啟動(dòng)照明功能，當(dāng)光線不夠充足時(shí)啟動(dòng)照明功能，同時(shí)具備延時(shí)熄滅功能，且相對(duì)而言也更加節(jié)能。然而在用戶使用時(shí)會(huì)出現(xiàn)必須制造聲響才能激活照明的情況，這樣會(huì)打擾到鄰近的住戶，同時(shí)用戶也會(huì)感覺到十分費(fèi)力。于是紅外被動(dòng)感應(yīng)式的樓道燈面世了，這種樓道燈兼顧聲控式的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)做到了不用聲音刺激即可亮燈，因此得到了廣泛應(yīng)用。但是前兩者均存在這樣的情況：當(dāng)用戶在一樓時(shí)二樓的樓道燈不亮，當(dāng)用戶走到樓梯拐彎處時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)二樓一片漆黑，或者視線灰暗，給人不舒服、不安全的體驗(yàn)。本控制器提供了一種可以實(shí)現(xiàn)相鄰的樓道燈同時(shí)點(diǎn)亮的控制方案，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)樓道燈緩慢點(diǎn)亮和緩慢熄滅，能夠給用戶帶來良好體驗(yàn)。

2? 系統(tǒng)組成

控制器的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，系統(tǒng)以STM8S微處理器為控制核心，外圍由人體感應(yīng)模塊HC-SR501、地址編碼模塊、NRF24L01無線收發(fā)模塊、LED恒流驅(qū)動(dòng)電路等組成。

2.1? 系統(tǒng)原理圖

圖2給出了系統(tǒng)的總原理圖，①部分為微控制器及編碼電路，②部分為NRF無線收發(fā)模組，③部分為紅外感應(yīng)模塊，④部分為L(zhǎng)ED調(diào)光電路，⑤部分為光強(qiáng)檢測(cè)電路。

2.2? 微處理器及地址編碼電路

圖2中①部分給出了微處理器及其外圍的編碼電路。微處理器作為整個(gè)控制器的控制核心，撥碼開關(guān)S1及上拉電阻組合為控制器提供了自身的ID，撥碼開關(guān)不同的組合狀態(tài)，相應(yīng)的引腳出現(xiàn)不同的電平組合狀態(tài)。PB5為定時(shí)器1 TIM1的比較輸出端口3，通過該端口輸出的PWM波來驅(qū)動(dòng)PT4115恒流驅(qū)動(dòng)模塊，PA1/PA2/PD1/PD2/PD3/PD4/PD5七個(gè)引腳控制NRF24L01無線收發(fā)模塊，通過PB4端口讀取光強(qiáng)檢測(cè)電路的信號(hào)。微處理器采用的是STM8S103F3，每一個(gè)控制器都擁有硬件地址，該地址設(shè)置上未采用軟件設(shè)置地址，而是采用撥碼開關(guān)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置。

撥碼開關(guān)通過不同形式的組合，為控制器提供唯一地址，本控制器設(shè)計(jì)時(shí)采用6位撥碼開關(guān)，2^6=64，即撥碼開關(guān)可以提供64個(gè)地址，所以本控制器可以在同一棟樓中同側(cè)樓道最多可以支持64個(gè)樓道燈的控制。如若樓梯樓道燈個(gè)數(shù)大于64，則只需更換7位撥碼開關(guān)就可以擴(kuò)展控制盞數(shù)到128，如還需增加，以此類推即可。

2.3? NRF24L01模組及紅外感應(yīng)模塊電路

紅外感應(yīng)模塊采用HC-SR501人體紅外感應(yīng)模塊，其接口電路圖如圖2中③部分所示，用以探測(cè)紅外特征信號(hào)，檢測(cè)到人體紅外特征后可以發(fā)出相應(yīng)的有效信號(hào)，通過中斷的形式觸發(fā)微處理器進(jìn)行相應(yīng)操作。圖2中②部分所示為無線收發(fā)模塊，可發(fā)送/接收數(shù)據(jù)包，并為不同控制器節(jié)點(diǎn)之間提供通訊渠道。

2.4? LED調(diào)光電路

圖2中④部分給出了LED調(diào)光電路，PT4115是一款可調(diào)光、可調(diào)輸出電流的降壓型LED恒流驅(qū)動(dòng)IC。通過控制芯片的DIM輸入端PWM波的占空比實(shí)現(xiàn)對(duì)LED亮度的調(diào)制。實(shí)驗(yàn)中PWM波頻率為1khz，LED逐漸點(diǎn)亮的過程中占空比從10%升至100%，逐漸點(diǎn)亮過程為1秒，在熄滅的過程中占空比由100%降至0%，亮度衰減過程持續(xù)2秒。

2.5? 光強(qiáng)檢測(cè)電路

光強(qiáng)檢測(cè)電路如圖2中⑤部分所示，R3為光敏電阻，R6為可變電阻器，通過設(shè)置R6的阻值可以改變使能控制器其他外圍設(shè)備工作的光照強(qiáng)度，以便適應(yīng)不同的樓道環(huán)境，通常情況下會(huì)設(shè)定一個(gè)光照強(qiáng)度值，作為啟動(dòng)其他外圍設(shè)備的條件。當(dāng)光照強(qiáng)度變?nèi)踔烈欢ǔ潭?，R6阻值上升，電壓比較器正向輸入端電位上升，從而使輸出電位由低變高，進(jìn)而使控制器脫離待機(jī)狀態(tài)，進(jìn)入智能控制狀態(tài)。

3? 工作原理

每一盞燈均需要掛接一個(gè)控制器，每一個(gè)樓道燈視為一個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)既是主機(jī)又是從機(jī)，現(xiàn)分別分析節(jié)點(diǎn)作為主機(jī)和從機(jī)時(shí)的工作原理。

3.1? 作為主機(jī)

作為主機(jī)時(shí)控制器每隔一分鐘讀取一次光強(qiáng)檢測(cè)模塊電路，當(dāng)光線減弱至特定強(qiáng)度時(shí)，該模塊會(huì)輸出高電平，此時(shí)控制器的控制外圍設(shè)備的程序被使能。使能之后當(dāng)沒有紅外信號(hào)時(shí)，不斷檢測(cè)紅外模塊;當(dāng)有紅外信號(hào)被感應(yīng)到時(shí)，紅外感應(yīng)模塊會(huì)輸出高電平，此時(shí)微處理器讀取自身的ID，ID由撥碼開關(guān)提供，撥碼開關(guān)在控制器安裝時(shí)會(huì)被設(shè)置成不同的組態(tài)，對(duì)應(yīng)不同的地址，從一樓至N樓的控制器地址依次增加，差值為1。在讀取自身ID之后，通過無線模塊將自身的ID號(hào)發(fā)送出去，緊接著輸出PWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)PT4115恒流模塊LED逐漸點(diǎn)亮。如果點(diǎn)亮過程中有新的紅外信號(hào)刺激，將以新的刺激時(shí)刻作為起點(diǎn)開始計(jì)時(shí)，在無新的紅外信號(hào)刺激的情況下，30s后驅(qū)動(dòng)PT4115逐漸熄滅大功率LED燈。

3.2? 作為從機(jī)

作為從機(jī)時(shí)光線足夠強(qiáng)時(shí)不會(huì)進(jìn)行除光強(qiáng)檢測(cè)以外的動(dòng)作。從機(jī)只有在光照減弱到一定強(qiáng)度時(shí)才會(huì)允許接受其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送過來的信號(hào)。

假設(shè)此時(shí)光照強(qiáng)度減弱到特定值，當(dāng)有無線信號(hào)到達(dá)本機(jī)，微處理器讀取自身ID，若收到的信息中ID號(hào)與自身ID號(hào)做差絕對(duì)值為1，視為有效無線信號(hào)，則表示相鄰的節(jié)點(diǎn)即樓上或樓下的燈下有人經(jīng)過，此時(shí)微處理器將點(diǎn)亮照明設(shè)備，同樣設(shè)備點(diǎn)亮后延時(shí)30s。若延時(shí)過程中沒有接收到新的有效無線信號(hào)或自身紅外模塊未被觸發(fā)，則在30s后熄滅，若在此期間有接收到新的有效無線信號(hào)或自身紅外模塊被觸發(fā)，將以觸發(fā)時(shí)刻為新的計(jì)時(shí)起點(diǎn)開始30s的延時(shí)。即在延時(shí)過程中可以重復(fù)觸發(fā)。

若接收到無線信號(hào)中的ID號(hào)與自身ID號(hào)做差絕對(duì)值不為1，則表示不是相鄰樓層的控制器節(jié)點(diǎn)發(fā)送的，為無效無線信號(hào)，控制器將什么也不做。

4? 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)采用模擬高度為3層的住戶樓，分三個(gè)樓層分別有人出現(xiàn)時(shí)控制器節(jié)點(diǎn)在不同情況下的動(dòng)作。

圖3中A/B/C三種情況分別表示1樓、2樓、3樓有人出入時(shí)，各節(jié)點(diǎn)的動(dòng)作情況。當(dāng)1樓有人觸發(fā)時(shí)，1樓節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)給2樓，2樓同時(shí)點(diǎn)亮。3樓節(jié)點(diǎn)與1樓節(jié)點(diǎn)不屬于相鄰節(jié)點(diǎn)，所以并未點(diǎn)亮;當(dāng)2樓有人觸發(fā)的情況，2樓節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)給1樓和3樓，1、3樓同時(shí)點(diǎn)亮，因?yàn)椴淮_定人的移動(dòng)方向，是上樓還是下樓，所以上下樓均點(diǎn)亮。當(dāng)3樓（頂樓）有人觸發(fā)時(shí)，3樓節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)給2樓，2樓同時(shí)點(diǎn)亮。因?yàn)榇藭r(shí)確定住戶是下樓，所以點(diǎn)亮下方樓層。

5? 結(jié)? 論

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文設(shè)計(jì)的控制器可以很好地實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目的，用戶視野始終處于明亮環(huán)境，給用戶帶來良好體驗(yàn)，同時(shí)也起到了節(jié)約電能的作用。

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作者簡(jiǎn)介：徐迎輝（1989.10-），男，漢族，河南新鄉(xiāng)人，碩

士，助教，研究方向：智能LED樓宇照明;唐國(guó)龍（1989.01-），男，漢族，山東青島人，碩士，講師，研究方向：智能交通系統(tǒng)。