刘凯捷 智能桌面异性植物设计终稿

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北京理工大学珠海学院2020届本科生毕业设计智能桌面异性植物设计学院：专业：姓名：指导老师：工业自动化学院机械电子工程刘凯捷学号：职称：160404102583李琳教师中国·珠海二○二零年五月

1北京理工大学珠海学院2020届本科生毕业设计诚信承诺书本人郑重承诺：本人承诺呈交的毕业设计《智能桌面异性植物设计》是在指导教师的指导下，独立开展研究取得的成果，文中引用他人的观点和材料，均在文后按顺序列出其参考文献，设计使用的数据真实可靠。本人签名：日期：年月日

2北京理工大学珠海学院2020届本科生毕业设计智能桌面植物设计摘要本文从外形结构、功能设计以及实现功能的程序代码等方面，介绍了一种全新的智能产品——智能桌面植物。智能桌面植物具有自动照明、自动调节温湿度、无线通讯等功能。利用STM32单片机的功能齐全、占用面积小、速度快等特点，实现智能桌面植物各种功能。为了顺利完成本次设计，必须对STM32单片机基础的组成硬件进行了解并且熟悉其最主要的功能如：串口通讯，中断等功能。本文中，介绍了如何使用STM32单片机进行红外传感器控制灯的照明以及SK6812LED灯的不同表达形式的控制。关键词：智能桌面植物；STM32；红外传感

3北京理工大学珠海学院2020届本科生毕业设计THEDESIGNOFINTELLIGENTDESKTOPPLANTAbstractInthispaper,theoutlinestructure,functiondesignandtheprogramcodetorealizethefunctionarediscussed.Anewintelligentproductisintroduced.IntelligentDesktopplants.IntelligentDesktopplantshavethefunctionsofautomaticlighting,automaticadjustmentoftemperatureandhumidity,wirelesscommunication,etc.UsingthefeaturesofSTM32singlechipmicrocomputer,suchascompletefunctions,smalloccupationarea,fastspeedwhichcanrealizevariousfunctionsofIntelligentDesktopplants.Inordertosuccessfullycompletethedesign,itisnecessarytounderstandthebasiccompositionhardwareofSTM32singlechipmicrocomputerandbefamiliarwithitsmainfunctions.Forexample,serialcommunication,interruptandotherfunctions.ThispaperintroduceshowtouseSTM32singlechipmicrocomputertocontroltheilluminationofinfraredsensorcontrollampandthecontrolofdifferentexpressionsofSK6812LEDlamp.Keywords:IntelligentDesktopplants;STM32;infraredsensor

4北京理工大学珠海学院2020届本科生毕业设计目录1绪论11.1研究目的与意义21.2智能桌面产品的发展与研究状况（国内外研究现状）31.3本设计需要解决问题52智能桌面植物设计62.1功能概述62.2设计思路62.2.1编程控制器选择62.2.2应用软件82.2.3硬件选择102.3软件编程设计123结论194引用20参考文献23致谢25附录26

5北京理工大学珠海学院2020届本科生毕业设计1绪论从上世纪末风靡全球人手一个的BB机到如今实现了视频通话、电子支付现金的智能手机，科技的发展以指数形式般发展。从几年前的互联网发展到如今的物联网，智能化产物不仅仅出现在军事、生产等方面，而且它们也不知不觉的渗透到每一个家庭和每一个人的身边。比如近期兴起的无人超市，用智能操作设备构造了一个无劳动力的买卖市场，给企业家节省了更多的运营成本，经济效益得到了极大的提高；又比如现在每家每户一个的扫地机器人，节省了上班族的时间，为他们带来了更多的自由时间；现在有些城市甚至已经有了无人自助食堂。但是万物都是一把双刃剑，当我们在享受科技带来的便捷生活的时候，它们也在慢慢“侵蚀”着我们，无论是身体还是心理上。之前有一个视频内容讲述的是一个人离开了手机以后，浑身都觉得不自在，不管是做什么事情好像都无精打采的，但拿起手机后立刻恢复正常。虽然这看起来有点滑稽搞笑，但我们不可否认，视频里的人不正像是现实中大部分人的一个缩影吗。人们无时无刻的都需要使用手机，无论是工作会议，又或是社交娱乐，还是外卖点餐，都需要依借手机这个媒介进行，因此人们对手机的依赖便越来越大，甚至发展到现在，成为了一种“城市病”。根据研究调查发现，越是身处于发展城市的的人，受到手机的影响就越大。因此，为了能够改善这样的情况，让人们能够逐渐的从手机的“魔爪”中脱离，不断有一些转移人们注意力的智能机器人、智能玩具走进人们的视野，并且随着企业技术的进步和生产业不断的升级，智能产品的市场将会越来越大。为了应对这种情况，笔者也有一些关于解决这个现象的构想。生活水平的提高让人们对生活品质的要求也呈正向增长，很多上班族或是学生党为了改善办公会或学习的绿化环境，减少自身的用眼疲劳，会在办公桌或者是在家里的书桌上放上绿色的小盆栽。但因为工作繁忙等原因缺少时间，不能够给予它们悉心的照料，但桌面智能植物的出现，便解决了这个问题。桌面智能植物作为一种电子植物，打破了普通植物的生长规律，可以人为的去掌控植物的生长，使它们的寿命得到延长，同时也能够让居家盆栽变得更加便捷、高效、有益。20

6北京理工大学珠海学院2020届本科生毕业设计1.1研究目的与意义随着电子科学的飞速发展，近几年来嵌入式系统技术成为了各行各业的关注点。很多人在这方面投入了时间精力去研究。从国家大力推动发展的“中国芯”到现在提出的物联网概念，我国嵌入式系统的研究在不断的突破、创新。什么是嵌入式系统，为了针对特殊的应用，软件完全镶嵌入受控部件的内部而创造出来的微机系统。嵌入式系统的核心是通过预先编辑好、执行特定任务的微处理器组成。在生产过程中就可以利用嵌入式系统核心的特点，就能够在生产的时候优化其功能、降低其成本。与普通的电脑不同，嵌入式系统里面的东西通常是固定不变的，而普通的计算机却可以让用户选择、运用不同的软件；而相对于普通电脑来说它的内存、硬盘较小，处理速度慢。人们通常仅仅是简单的对它定义为：嵌入式系统是为控制、辅助、监视机器，一般用于工厂运作的设备。在过去，早期的嵌入式系统多运用于生产业中。随着嵌入式系统技术不断成熟，它在智能化产品的应用越来越加深入和广泛，智能家居等相关产业技术产品的创新应用不断涌现。一些小型的智能化产品开始融入人们的日常生活，如：扫地机器人、桌面级机器人等不断的应用到普通的家庭中。为了满足人们日益增长的美好生活需要，提高人们的生活品质，让人们能够更高效的对自己进行管理，智能产品扮演着很重要的角色。智能产品便捷、多功能的特点，能够让它们更容易被人们接受、更快速的融入进人们的生活中，它们不仅能够提高我们的生活品质，同时也能够让人们进行更高效的管理。智能产品应用的领域虽然很广，但是在智能桌面产品这一方面，所展现的产品却如凤毛麟角，也因此具有很大的发展研究空间。提出智能桌面产品这个概念，是源于现代的人办公、学习的场所多是在办公室、图书馆或是书房，而无论是对于上班族又或是学生党，每一处都离不开对桌子的使用。我们就以正常的“朝九晚五”的工作制进行计算，一位上班族每天需要坐在办公桌面前办公的时间就达到了七个小时，而我们知道，现实职场中的工作时间远不止于此。学生党更是踏着朝阳、踩着月亮归家，一天的学习时间达到了十小时以上，由此我们可以得出“坐在桌子旁”已经成为了大多数人的常态。那么问题来了，在这一整天的时间里，有的人可能因为“忘情”于工作而忘记了及时的补充水分，有的人经常错过饭点而导致自身的身体健康受到了影响，更有一些人因为长时间的久坐导致了各种各样的颈椎病。因此，解决这些问题刻不容缓。20

7北京理工大学珠海学院2020届本科生毕业设计前文所说，很多人会选择在自己的办公室种些花草来缓解工作压力，改善用眼疲劳的状况，但是作为传统的植物，必须要遵从它们的生长规律，按时浇水，按时施肥等是基础工作。但考虑到现在的人们连喝水的时间都难以安排，更谈不上抽出专门的时间去养护这些绿植。智能桌面植物这个概念就被提出来了，它是一种不需要注重其生长规律的植物，智能桌面植物打破了普通植物的生长规律，可以人为的去掌控植物的生长，使它们的寿命得到延长，而且它还采用仿生态的形式展现出传统植物应有的特性，并以此为前提增加了各种应对前文所述状况的功能。不仅如此，它还可以跟人产生互动，让植物变得智能，智能桌面植物不在是一种单一的种养植物，而是变成了一种具有反馈机制、并能与种植人产生互动的一种新型智能植物。1.2智能桌面产品的发展与研究状况（国内外研究现状）在科技行业，每隔一段时间都会有一些新的概念成为热点。五年前“互联网＋”的概念的提出，也曾一度的成为了科技时代发展的热潮。而在五年后的今天，物联网这个概念的“出世”，又将互联网创新推倒了一个更新、更高的的地方。这个物联网究是什么，作用在我们生活中又会是体现在哪些方面，这些都是新的概念被提出后人们所会产生的问题。虽然目前来说，物联网这个名字听起来很大，它仿佛在互联网时代后，可不得不说它确实又开启了一个新纪元。如果说五年前的“互联网＋”指得是“互联网＋各个传统行业”，那么今天的物联网就是IOT，即InternetofThings。“互联网＋”是通过把互联网与快速发展的通讯技术相结合在一起，以此能够与传统行业更加紧密、有利的发展，由此可以更快提高发展速度。而物联网则是将物体通过互联网连接在一起，它本质上就是互联网的一个延伸，只不过终端被安排在Things，万物之上。20

8北京理工大学珠海学院2020届本科生毕业设计为了对这个概念有更准确的把握，可以分为两个层面去理解：一是物联网以互联网作为核心建立在互联网的基础上。举个例子，我们日常中所使用的空调，通过空调遥控器，我们便可以实现无线控制空调的开关，温度，工作模式等，不需要专门爬到房顶上去调试空调的温度，这极大的方便了人们的生活。但是其中运用的控制仅仅是通过红外辐射等传感器感应的方式并没有通过互联网的形式进行控制。而在物联网下的空调，除了可以进行基本的开关调整操作外，不仅仅利用了传感器，而且运用网络让数据进行交换，从而更便捷、安全的工作。如：当室内的窗打开时，空调自动关闭；当室内的温湿度达到一定值时，空调自动开启进行调节。出现内部故障，自动进行远程诊断等等，以上这些更加智能和人性化的功能在依托物联网的基础上被实现。和前者对比起来，后者让用户在拥有智能的使用体验的同时，还大大地缩小了设备厂商的维护以及人员成本的支出。以上所说的是物联网在实际生活中的具体应用，它也是我们现在所提出的智能家居。但物联网并不止于此，这就是接下来要提到的第二个层面的内容：物联网的终端由以往的特定设备延伸和扩展到了任何物体上。其实，物联网这个概念早在1999年就被提出来了，当时任保洁公司品牌经理的凯文.阿什顿，他为了解决唇膏在仓库中库存充裕，可货架上却长期缺货的问题，于是他运用通讯技术，在产品中安装了芯片。通过利用无线通信来掌控产品的销售数量。物联网第一次的展示并没有什么特别高大上的载体，它就只是在一个小小的唇膏上。但是这也正侧面表明，根据实际情况是否合理、是否有需求，任何物体都能通过嵌入芯片等方式与直接互联网挂钩。而这些物体可以不仅仅是唇膏，可以是购物手推车、桌子甚至是井盖等等。只要是人们有需求的，任何物品都可以通过物联网来实现它的智能化，这也正是我们所说的万物皆可互联。时代发展至今天，凯文.阿什顿也凭借他的敏锐触觉，不断地对物联网技术进行实际应用，被称为“物联网之父”。也许很多人会觉得物联网这个概念离我们的生活很远，但它就像互联网＋时代一样，就在我们的身边，并与我们的生活息息相关。就像前面说到的智能家居，其实它已经应用到很多家庭中了，但要达到万物互联的这个水平还为时尚早。凭“用小爱同学（人工智能音响）点个灯”、“开个风扇”就说物联网时代全面到来的定论还言之甚早。即使是互联网，也需要最基本的软硬件支持，物联网也是一样的。5G、AI的发展成熟，在一定程度上来讲是物联网能够加速落地的关键，但也并不是说没有5G网络，物联网就无法存在。其实不然，物联网早已应用于许多专业领域。例如，实施能源管理，产品生产管理，智能零售；但大带宽、低功耗、低延迟的5G能够在更多场景中让海量的设备，有价值地接入互联网，让物联网真正地渗透进更多的应用场景。而想要进入物联网时代，首先就要解决关于海量数据如何处理的问题。当物与物之间进行相连的同时会产生大量的数据，而当物联网深入人们生活的时，数据的量将会变得非常庞大，这个时候就需要人工智能（简称“AI”20

9北京理工大学珠海学院2020届本科生毕业设计）对数据进行分析、归类。AI为数据提供有价值的反馈，物联网为AI收集学习所学要的信息和数据，良性循环，这样才能使物联网变得有意义。根据报告显示，至2020年，全球将会有500亿台设备接入互联网，而随着物联网的发展，这数字还将继续快速上升。万物互联或许还意味着万物充电，如何做好终端的电源管理，大概也是物联网发展中必须克服的一个难题。随着科技迅猛的发展，智能控制水平俨然成为衡量一个国家高科技水平高低的重要标志，用物联网去引领新的时代发展也是必然趋势。智能家居是目前在物联网领域研究最广泛也是成果比较显然的一大领域，因此智能家居也成为了整个物联网时代发展中重要的一个部分，要想实现物联网的时代，可以先从实现智能家居时代开始。现今，智能手表、智能牙刷、智能冰箱已经融入到每家每户的生活之中，这些智能产品实现了科技与普通家庭的密切链接。伴随着市场上智能家居产品不断的增多，人们对智能产品性能的要求越来越高，但由于绝大多数家居产品受到科技水平的限制，当下一些已经面向市场的产品还是难以满足人们不断提升的智能化生活要求。所以，加大智能家居科技的研究力度增加通讯、网络等技术，才能让智能家居这一模块更进一步，也能够让物联网得到更进一步的的完善。经研究发现，智能家居并不是必须要依靠尖端技术堆积而成，更多时候它是通过自动化控制、网络等技术相结合应用到实际中。智能家居是应该向着让人们有个更舒适，更便捷，更节能的目标去发展的。在过去，虽然桌面级智能产品并没有具体的概念，但是在这个即将迎来物联网的时代，特别是近几年来我国智能家居入驻普通家庭的趋势越来越显著，人们对自己生活环境更加注重。，智能桌面植物也将拥有个更广阔的发展空间。首先作为新概念，它更具有吸引力。在我国上班族，学生党众多的情况下，它的必要性就体现出来了。拥有仿生态功能，在培养“植物”的同时又能够得到“植物”的反馈，这样的互动让培养“植物”不在单调。1.3本设计需要解决问题在本次设计中，需要采用LED灯来表达整个设计的状态，灯数量可能比较多，但是STM32引脚有限，如何能做到保证灯数量的前提下，完成各种不同的组合；由于使用普通的LED灯将会带来大量的工作，如接线，设置引脚等，所以最后决定采用SK6812LED灯来实现幻灯过程。红外传感器的灵敏度不够高，需要多配置几个传感器，防止发生意外。由于照明灯需要比较大的功率STM32引脚电压不够驱动照明灯，需要另接220V电压通过22V转24V变压器降压，并且要用继电器提供控制。20

10北京理工大学珠海学院2020届本科生毕业设计2智能桌面植物设计2.1功能概述本次设计以仿生态的角度出发，模仿大自然界植物的生长。通过成长来逐步的呈现各种功能。①通过LED灯光变化的形式作为语言来表达出智能植物目前的状态。②通过超声波雾化器、温湿度传感器控制环境的温湿度。③其次通过红外感应作为触发来控制灯的照明。④配合应用程序，通过物联网技术进行通信，用手机连接来获取植物成长情况。2.2设计思路2.2.1编程控制器选择单片微型计算机被简称为单片机，就是同时集成了中央处理器、随机存储器、只读存储器、各式各样的I/O口和中断系统、定时器与计时器等功能（其中目前市场上的大多单片机都包含显示驱动、脉宽调制、模拟多路转换器、A/D转换器等）的计算机系统。树莓派是一款基于ARM的迷你型电脑被称为卡片式计算机，被称为卡片式计算机。也同样是以SD卡为内存有2至4个USB接口和键盘鼠标的USB接口，以太网接口等装置。并且运行像Linux的操作系统、部署服务器等。20

11北京理工大学珠海学院2020届本科生毕业设计树莓派更偏向计算机系统的操作，而单片机更适合驱动的操作。本次设计更多的是运用驱动来完成。而在单片机众多型号中，STM32价格便宜，以低位机的价格却能得到高位机。它集成了丰富的接口。而且型号种多选择很多，基本上都不需要外部的硬件扩展，在功耗方面控制得很好，作为当下最为流行的单片机之一，拥有成熟的体系，对各种流行的操作系统都支持。所以在本次设计中，我们选择用STM32作为对整个设计的系统和管理。STM32系统：（1）ARMCortexM3内核集成了Flash、SRAM存储器。ARMCortexM332位处理器处理效率比其他低位处理器要高很多。（2）Flash存储器、RAM存储器：程序和数据主要存储在Flash，RAM的作用为完成对CPU的读写任务。（3）FSMC：可变静态存储器拥有4个片选信号，有Flash，RAM，PSRAM，NOR和NAND四种模式。（4）NVIC（嵌套矢量中断控制器）：在CortexM3中，有240个外部中断，16个内核中断。STM32中共84个中断，但型号不同，中断的数量也会不同。不同型号中断又不尽相同，F103系列上有60个中断，F107系列上却比F103多了8个中断。STM32有两种中断优先级分是：响应和抢占；通过利用中断控制器来分配两种中断优先级的位数。高级抢占优先级可以打断执行中的低级抢占优先级中断。（先看抢占优先级，抢占优先级高，就先执行）如果中断的抢占优先级相同，低级的响应优先级不能被高级的响应优先级打断。如果中断的抢占优先级相同，当两个中断同时发生的情况下，优先执行高级的响应优先级。其次在执行低级响应优先级。如果两个中断拥有同样的抢占优先级和响应优先级，则优先执行先发生的中断。（5）EXTI（外部中断）：以ZET6为例，有16个中断线，一共112个I/O，每一组也为个16I/O。通过每组标号为0的I/O映射至ETI0（标号为0的中断），以此类推。所以STM32每个I/O口都可以作为外部中断使用。20

12北京理工大学珠海学院2020届本科生毕业设计（6）BOOT：该引脚有三种导入模式：①Flash②系统存储器③SRAM。（7）时钟：时钟系统就如脉搏一般是重中之重。当使用不同的I/O口的时候都要调用对应的时钟。在STM32中，有五个时钟源。HIS，HSE，PLL是高速时钟，另外两个LSI和LSE是低速时钟。高速时钟源通过系统时钟传递给外设。从另外一个来源角度可分为外部时钟和内部时钟，HIS，PLL，LSI三个为内部时钟。剩下的两个则为外部时钟。（8）低功耗模式：①停止：顾名思义在该模式下全部外设和时钟都被停止运行，但寄存器、静态随机存取存储器状态不删除②睡眠：内核停止工作，中断控制器、大部分外设、时钟照常运行。③待机：待机模式是最低功耗模式，调压器、区域时钟、振荡器处于断电状态，静态随机存取存储器和寄存器的内容将被删除。仅备份寄存器、待机电路保持通电状态2.2.2应用软件MDK、FlyMcu、XCOM、QTSTM32有专门的编译器-RealView20

13北京理工大学珠海学院2020届本科生毕业设计MDK，目前我们所用的是MDK5，是MDK系列的最新版。拥有MDK的同时配合Jlink可以直接将程序烧入开发板，方便快捷。另外如果没有Jlink可以使用FlyMcu软件通过USB线也可以跟开发板连接进行程序的烧录。通过在MDK里面输入代码，在代码完成后进行程序的编译，确认程序在没有错误的情况下就可以把程序通过FlyMcu烧录进STM32开发板进行实验。XCOM是串口调试器，在与串口连接后，可以向串口发送内容同时也可以显示出串口的状态。使用时必须注意，波特率，数据位等初始化的选择。在实验中通过XCOM软件，就可以模拟串口通讯，如遇问题可以及时调整，改善。使用流程如下，首先创建新建工程文件，在新建工程文件保存完后会出现一个CPU的选择界面（选择STM32的型号），本次设计使用的是STM32F103系列中的ZET6的芯片。之后我们需要把core.c、system_stm32f10x.c、stm32f10_it.c、startup_stm32f10x_hd.s（尤其重要）等函数库文件拷贝进我们新建工程里面的文件。完成了新建工程文件的创建后就可以进行程序编写了。（下图左边一栏都为函数库，STM32涉及的函数比较多所以在新建工程这一块比较复杂。）下图为ESP8266Test20

14北京理工大学珠海学院2020届本科生毕业设计2.2.3硬件选择（1）雾化模块超声波雾化器利用电气高频震荡，通过陶瓷雾化片的高频谐振，将液态水分子结构打散而产生的水雾，在过程中水不停的向周围蒸发使空气中保持一定的湿度。超声波雾化器在雾化过程中不用任何外因诱导。大功率的雾化器用的是实孔雾化片，其本身是采用玻璃釉面制成的陶瓷片。通常运用于盆栽、加湿器等产品；另外一种为微孔雾化器片由金属膜与具有压电功能的陶瓷片组合而来。微孔雾化片有一片微孔区域，是通过激光凿孔形成，微孔雾化片的成本比实孔雾化片的高。一般运用于美容护理、医疗设备等小型产品中。温湿度传感器温湿度传感器是能够将湿度、温度进行量化转换成可以测量的电信号的一种设备。对于湿度、温度有不同的定义。湿度虽然比较困难用数字来表达，但湿度受温度影响较大并且温度是可以度量的物理量。关于湿度的定义。①绝对湿度：指单位容积的气体里实际所含水汽量，以克为单位。温度决定了空气中水蒸气的量，而水蒸气决定了绝对湿度。当水蒸气越少时，绝对湿度就越小。反之，越大。②饱和湿度：在一定温度下，单位容积，空气中所能容纳的水汽量的最大限度。当水汽量超过最大限度的时候，水蒸气就会凝结成水滴。饱和湿度是随着温度的变化而变化的。③露点：当温度下降到一定程度时，空气水蒸气变化变成水，这种变化叫“凝露”，而当水蒸气成为水的那一刻的温度就是被称为“露点”20

15北京理工大学珠海学院2020届本科生毕业设计。由以上三种情况可见，湿度和温度有着很大的关系，温度直接决定了湿度。并且温度和湿度跟人们的生活有着不可分割的关系。对于温湿度的测量早在18世纪就有了干湿球法（通过干湿球方程算出湿度，但是由于科技技术的限制，这个方法需要的条件很苛刻，不仅的湿球附近的环境，对风速的要求也很高。）到近代的测量技术。湿度测量有了飞速发展。利用对上面所阐述的三种情况为原理的测试方法有十几多种。不管哪种方法都必须精确的对测试环境温度进行控制，只有在温度准确的情况的下才能测出更准确的湿度值。在现在的温湿度传感器的测量结果是否精准，温度传感器的选择是一个很大的因素。频率响应特性、线性范围、灵敏度、精度都是在选择温湿度传感器时非常重要的性质。频率响应决定了测量范围；线性范围越宽量程越大，如此才能保证测量的准确；灵敏度，大多数传感器的感应，都是由灵敏度决定；精度也是温湿度传感器的重要指标。精度越高测量值就越高。若对各项指标都需严格，则成本也随之变高。另外温湿度传感器的稳定性也是非常重要的一点，传感器的稳定性决定了它的寿命，并且使用环境也会对稳定性产生影响，不同的环境应该选用适合其环境下工作的传感器。如今温湿度传感器各式各样，在测量湿度时，必须根据具体测量对象、环境、目的等选择使用，如此才能保证结果的准确。本产品通过对温湿度传感器的输入信号进行辨别，当环境湿度低于一定值时，STM32就会控制雾化器使其调节附近环境的湿度。（2）红外感应模块红外传感器。任何高于绝对零度物体都会产生红外辐射。而红外辐射的本质跟光一样，能够折射和反射。因其特殊的性质，相关的红外技术便诞生了。在民用领域上，工业设备、监控设备、遥感、医学方面等等。因红外感应器的独特性、优越性，在各个领域不断的得到广泛的重视。如今科技不断进步，“自动”二字不断被人们提起，在日常生活和工业控制中更是越来越偏向自动化。自动化，让人们的生活变得便捷，让工业效率变得更高。而要完成自动化的过程，传感器是最为重要的组成部分。它犹如人的眼睛一般，通过感应响应被测量转换成电信号，传达给相应设备进行信号的处理从而达到控制的目的。当前的工业中利用传感器的响应时间较短这有利条件对生产进行实时的监控。而红外传感器由于其高于绝对零度都将对外辐射红外能量这一性质，使它成为了工业上乃至生活中最为实用的传感器。红外测温仪，红外人体探测警报器等等，都是利用红外传感器设计出来的模块。因为红外线拥有光的所有特性所以它又叫红外光。其光谱在可见光的红色光以外，所以是一种不可见光，被称为红外线。目前应用较多的红外传感器有两类：热传感器和光子传感器。热传感器是利用经红外辐射而引起的感应器内部温度变化，进一步使相关参数发生相对应的变化。但因为温度变化速率的原因，热传感器响应时间长，导致其灵敏度不高。所以要选择适合的应用场合使用。热传感器类型主要有以下四种：①热敏传感器，由特殊烧制的电阻组成，通过红外线照射使其电阻值产生变化，正是红外辐射的强弱决定了电阻值的变化，所以可由此得出结果。②热电偶型传感器：其内部由闭合回路组成，回路中有两个热电功率相差较大的材料组成。当红外线照射至其中一个金属使它的温度升高，由此回路中将产生电势差。根据电势差的大小由此得出相关测量结果。③热释电型传感器：利用温度与铁电体的极化强度的关系，将负载电阻与铁电体相连接，当温度变化时，电阻便会产生可输出的信号，以此反映入射的红外辐射强弱。光电子传感器是利用一些半导体在入射光的照射下，产生光子效应，使材料电学性质发生变化。通过测量电学性质的变化，得到红外辐射的强弱，这类传感器被称为光子传感器。灵敏度高、响应极快是它最显著的特点。光子传感器根据工作原理可分为：外光电和内光电传感器。①外光电传感器：当入射光照射材料表面，当光照量足够大时，20

16北京理工大学珠海学院2020届本科生毕业设计材料表面的电子将溢出产生光电效应。这个过程非常短暂，所以其响应非常快，但需要较大的光子能量。②光电导传感器：对于有些特殊的半导材料，通过红外辐射可以使其变成能导电的状态，这叫光电导现象。而光电导传感器就是利用光电导现象制作而成，但在使用测量时，必须制冷来提高响应率。③光生伏特传感器：利用红外线照射在材料的PN结上，使其电子产生移动带来电势，这种电势称为光生电动势。④光磁电传感器：组成材料经过红外线的照射后，材料中电子会扩散至内部，在这过程中施加磁场，便会产生电压。利用这种光磁电效应制成的传感器，就为光磁电传感器。本产品所使用的是热释电型类传感器，其低功耗、体积小、抗干扰、安装方便等特点非常符合本次产品的要求。10W照明灯、24V继电器、220V转24V变压器。10W的照明灯更加适用于一般大小的办工桌。如用12V变压器则不够电压，24V以上则多余，所以24V变压器刚好适合。在设计用红外传感器与STM32连接，通过STM32的串口功能，当附近有人的时候，红外传感器感应并且向STM32串口发出信号。同时在屏幕上会显示出“你好”等字。照明灯部分由变压器将交流220V电变为直流24V电，并且运用继电器使STM32单片机通过程序直接控制照明灯。当红外传感器感应附近有人时，连接继电器的串口将输出高电平触发照明灯。而当人离开的时候，照明灯将会在5秒之后自动关闭。2.3软件编程设计2.2.4.1LED灯程序（1）这是点亮灯的函数。每当编译了LED灯时都必须调用此函数。20

17北京理工大学珠海学院2020届本科生毕业设计（1）当不需要LED彩灯的时候可以通过以下函数把灯全灭（3）改变灯带数组包括颜色、从第几个灯开始，亮多少个灯三个元素（4）让幻灯带通过每四个四个的颜色为黄、红、绿、蓝的形式亮出来。20

18北京理工大学珠海学院2020届本科生毕业设计（5）下面的的让所有灯亮一种颜色的函数，下图为红色。20

19北京理工大学珠海学院2020届本科生毕业设计在调试的过程运用ESP8266test软件，来查阅不同的颜色、不同的起始位置、不同的数量代表的不同的16进制代码。由下图可见灯带显示的为淡黄色，从第一个开始，亮60个灯。其次通过串口调试软件XCOM将转换的16进制数通过串口发送给STM322.2.4.2红外传感照明程序这部分为红外传感器的感应。用小型红外传感器跟STM32的引脚连接，利用其串口功能实现对周围环境的感应，当附近有人的时候红外传感器输入低电平，当附近没有人的时候红外传感器输入高电平，当输入为高电平时就点亮照明灯。20

20北京理工大学珠海学院2020届本科生毕业设计通过红外传感器作为触发机制，让智能植物拥有红外感应照明效果。每当传感器感应到附近的环境的时候，就会传达信息到STM32单片机里面，图2则是由XCOM软件展现出串口的表达（为了方便调试，输出改成“附近环境”、“有人有人有人！”、“没人没人没人！”）。下图为硬件组合图：（1）在编写程序的时候首先要设定引脚以及串口。用PC0和PC1引脚为上拉输入，PA9、PA10分别为输出端和接收端。通过USART串口通讯实现红外传感器控制照明的过程。20

21北京理工大学珠海学院2020届本科生毕业设计（2）主函数，通过while循环来控制红外感应器，通过死循环while（1）就可以每时每刻检测附近的情况，当有人的时候通过串口输出“你好”在屏幕上展现出来，同时开启照明灯。当附近的人离开的时候，5秒后灯会自动关闭。20

22北京理工大学珠海学院2020届本科生毕业设计（2）通过调用子函数来输出字符串。通过if、switch判断语句等来实现当要输出“在吗”的时候进入第一个if里面的switch循环，当要输出其他语句的时候进入elseif实现。20

23北京理工大学珠海学院2020届本科生毕业设计图1图23结论20

24北京理工大学珠海学院2020届本科生毕业设计本文所讨论设计的智能桌面植物，采用STM32为核心控制板，凭借其功能强大、面积小等特点，以此完成仿生态。通过不同的引脚有不同的功能，红外功能虽然用的引脚不多，但必须要先了解每一个引脚的功能，如有用作仿真口的引脚PA13、PA14等，如需要做普通I\O口必须先禁止JTAG&SWD；PC13、PC14作为RTC晶振口，不可做I\O口用。在编程控制的时，就必须知道使用STM32单片机引脚时要先定义其中较为重要就是得选择输出/输入模式。需要用到串口通讯时也同样得先定义。特别是PA9和PA10是跟USB-232电路连接。如要使用进行串口通讯或下载，必须确保PA9和PA10的跳线帽是否连接上。不然无法使用。与此同时，还必须掌握串口通讯，定时计数功能，PWM功能等等。只有在慢慢的熟悉STM32的各种功能以后，才能够熟练的掌握并且使用。在每个模块程序完成后，整合的时候必须注意调整，有时候会因为程序内容多，调用函数比较多的情况下，会出现信号弱，错误信号等问题。如，本次设计中在做LED灯调试的时候就出现了，灯时而亮时而不亮的、亮错灯的情况。所以必要时可以把不需要的程序挪开以免出现错误（STM32在主程序运行前，串口、中断等都需要初始化的，程序繁杂，必须认真检查。）智能桌面类产品在目前的科技智能市场上对人们来说是一个较新的领域，随着科学技术的不断提高和发展，相信在不久的未来智能桌面类产品也能像智能手机一样普及到每个家庭中。4引用20北京理工大学珠海学院2020届本科生毕业设计SK6812产品概述：SK6812是一个集控制电路与发光电路于一体的智能外控LED光源。其外型与一个5050LED灯珠相同，每一个元件即为一个像素点。像素点内部包含了智能数字接口数据锁存信号整形放大驱动电路，电源稳压电路，内置恒流电路，高精度RC振荡器，输出驱动采用专利PWM技术，有效保证了像素点内光的颜色高一致性。[22]数据协议采用单极性归零码的通讯方式，像素点在上电复位以后，DIN端接受从控制器传输过来的数据，首先送过来24bit数据被第一个像素点提取后，送到像素点内部的数据锁存器，剩余的数据经过内部整形处理电路整形放大后通过D0端口开始转发输出给一下级联的像素点，每经过一个像素点的传输，信号减少24bit。像素点采用自动整形转发技术，使得该像素点的级联个数不受信号传送的限制，仅仅受限信号传输速度要求。[22]LED具有低电压驱动，环保节能，亮度高，散射角度大，一致性好，超低功耗，超长寿命等优点。将控制电路集成于LED上面，电路变得更加简单，体积小，安装更简便。[22]主要应用领域：[22]（1）LED全彩发光字灯串，LED全彩模组，LED幻彩软硬灯条，LED护栏管，LED外观/情景照明[22]（2）LED点光源，LED像素屏，LED异性屏，各种电子产品，电器设备跑马灯[22]特性说明：[22]（1）TOPSMD内部集成高质量外控单线串行级联恒流IC[22]（2）控制电路与RGB芯片集成的SMD5050元器件中，构成一个完整的外控像素点，混色效果均匀且一致性高[22]（3）内置数据整形电路，任何一个像素点收到信号后经过波形整型再输出，保证线路波形畸变不会累加[22]21

25北京理工大学珠海学院2020届本科生毕业设计（1）内置上电复位和掉电复位电路，上电不亮灯[22]（2）灰度调节电路[22]（3）红光驱动特殊处理，配色更均衡[22]（4）单线数据传输，可无限级联[22]（5）整型转发强化技术，两点间传输距离超过10M[22]（6）数据传输频率可达800Kbps，当刷新速率30帧/秒时，级联数不小于1024点。[22]（7）内置电源反接保护模块，电源反接不会损坏IC[22]21北京理工大学珠海学院2020届本科生毕业设计21北京理工大学珠海学院2020届本科生毕业设计35

26北京理工大学珠海学院2020届本科生毕业设计参考文献[1]李志远冷红林熊廷宇.Lixie边缘照明时钟[J].无线电,2018(4):4-4.[2]王雪.高职单片机中断知识教学与实践研究[J].无线互联科技,2018(10):2-2.[3]李龙如.怎样掌握书库的温度和湿度——图书保管常识之二[J].图书馆,1983(05):56-60.[4]徐嘉璐.自动跟随购物筐[J].科学技术创新,2019(08):66-67.[5]张燕晓惠爽爽.核电厂调试人员知识储备的若干问题研究[J].科技创新与应用,2018(11):4-4.[6]杜鹏谭秋林薛晨阳秦丽鲍爱达熊继军.吸收光谱型气体红外传感器的设计与实现[J].仪表技术与传感器,2008(06):6-7.[7]汤志强.ARM进阶两步走学以致用[J].电子制作,2012(03):58-61.[8]潘玉峰.基于STM32ZLG9518S设计的串口服务器[J].电子技术与软件工程,2015(20):139-139.[9]蔡静怡王才峄.基于STM32移动智能小车室内避障模块设计[J].无线互联科技,2019(04):82-83.[10]黄健罗国平杜丽君.基于STM32F407平台OV2640驱动程序设计[J].通讯世界,2015(19):252-253.[11]李文伟牛芳芳颜秋男朱震.基于红外传感器的卷烟纸阴燃速率测量仪设计[J].中国造纸,2013(03):51-53.[12]高琼邓志峰迟全勃施鹏飞.食用菌居家栽培产品的研究[J].北方园艺,2015(05):156-158.[13]李丽宋坚利何雄奎.农作物喷雾靶标自动探测器设计与应用[J].农业机械学报,2010(07):60-62.[14]王振愿曾丹梦于胜举.磁化水空气加湿除霾净化器分析方案[J].中国新技术新产品,2015(14):169-169.[15]杨浩林赵黛青杨卫斌.非接触红外测温在火焰加热系统中的应用及局限性[J].工业加热,2007(01):10-15.[16]文渊汪玉坤张保平.自适应屏幕主题的氛围灯设计[J].科技创新与应用,2018(11):3-3.[17]尤芳怡徐西鹏.红外测温技术及其在磨削温度测量中的应用[J].华侨大学学报(自然科学版),2005(04):12-16.[18]胡斌.基于北斗的海上落水自动报警系统研究[J].中国优秀硕士学位论文全文数据库,2016(02):65-65.35

27北京理工大学珠海学院2020届本科生毕业设计[19]陈光.采用不同雾化方式应用儿科常见呼吸疾病疗效探析[J].特别健康：下,2014(3):1-1.[20]吴春富傅智河陈庆协王小龙.输电线路行走机器人遥控器设计与实现[J].龙岩学院学报,2014(05):29-34.[21]李亚威陆永华刘斌.STM32嵌入式线阵CCD数据采集系统研究[J].机械工程师,2015(04):15-18.[22]SK6812智能外控集成LED光源［Ｍ］．深圳市阶新科技有限公司35

28北京理工大学珠海学院2020届本科生毕业设计致谢首先在此要感谢李琳老师的指导，在选题、开题报告，定稿的时候都给予了我很大的帮助。尤其是在早期，由于我们这个是属于创新类的新作品。所以我们没有任何可以借鉴的地方，只有通过我们自己完成所有设计。老师细心的教我们要先列计划书，如何分工等等。在定稿的过程中，老师也仔细的批阅我的终稿，指出其中存在的问题并让我加以改正。其次要感谢我的组员们。在本次设计中运用到了STM32单片机，可我之前并没有接触过STM32，导致在完成设计的过程中非常吃力。每当我遇到困难的时候我的组员们都会不厌其烦的给予我帮助，并且告诉我相关的学习方法。在他们的帮助下我才能坚持不懈的完成本次的设计。另外，在此也感谢本论文中引用文章的作者们，没有这些学者的研究成果的帮助，本次论文也无法顺利地完成。再此还想要感谢所有在我四年学业中教导过我的老师，感谢他们在我的专业学习过程里的传道、授业、解惑，也感谢四年里所有帮助过我的同学们。最后，向在百忙之中抽出时间对本文进行评审的各位老师表示衷心感谢！35

29北京理工大学珠海学院2020届本科生毕业设计附录红外传感器程序#include"stm32f10x.h"#include"stdarg.h"#include"delay.h"voiddelay_init();voidGPIOC_Init_Body(void){GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStruct;RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC,ENABLE);//开启时钟GPIO_InitStruct.GPIO_Pin=GPIO_Pin_0;//开启PC0口GPIO_InitStruct.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IPU;//上拉输入GPIO_Init(GPIOC,&GPIO_InitStruct);//初始化}voidUSART1_Config(){GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStructure;USART_InitTypeDefUSART_InitStructure;35

30北京理工大学珠海学院2020届本科生毕业设计/*使能USART1的始时钟和GPIOA时钟*/RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1|RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);/*配置USART1TX,并设置为复用推挽输出模式*/GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_9;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_PP;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);/*配置USART1RX,并设置为浮空输入模式*/GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_10;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IN_FLOATING;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);/*配置USART1模式*/USART_InitStructure.USART_BaudRate=57600;//波特率设置为57600//USART_InitStructure.USART_WordLength=USART_WordLength_8b;//配置串口传输的字长8位//USART_InitStructure.USART_StopBits=USART_StopBits_1;//配置停止位为1//USART_InitStructure.USART_Parity=USART_Parity_No;//不设置奇偶校验位//USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl=USART_HardwareFlowControl_None;//不采用硬件流//USART_InitStructure.USART_Mode=USART_Mode_Rx|USART_Mode_Tx;//配置串口为双线全双工通信，将RX，TX模式都开启//USART_Init(USART1,&USART_InitStructure);//向寄存器写入配置参数//USART_Cmd(USART1,ENABLE);//使能USART1外设//}35

31北京理工大学珠海学院2020届本科生毕业设计staticchar*itoa(intvalue,char*string,intradix){inti,d;intflag=0;char*ptr=string;/*此实现只适用于十进制*/if(radix!=10){*ptr=0;returnstring;}if(!value){*ptr++=0x30;*ptr=0;returnstring;}/*如果这是负值，则插入减号*/if(value<0){*ptr++='-';value*=-1;}for(i=10000;i>0;i/=10){d=value/i;if(d||flag){*ptr++=(char)(d+0x30);value-=(d*i);flag=1;35

32北京理工大学珠海学院2020届本科生毕业设计}}/*NULL终止字符串*/*ptr=0;returnstring;}voidUSART1_printf(USART_TypeDef*USARTx,uint8_t*Data,...){constchar*s;intd;charbuf[16];va_listap;va_start(ap,Data);while(*Data!=0)//判断是否到达字符串结束符//{if(*Data==0x5c)//'\'ASCII值92//{switch(*++Data){case'r':USART_SendData(USARTx,13);//回车符//Data++;break;case'n':USART_SendData(USARTx,10);//换行符//Data++;break;default:35

33北京理工大学珠海学院2020届本科生毕业设计Data++;break;}}elseif(*Data=='%'){switch(*++Data){case's'://字符串//s=va_arg(ap,constchar*);for(;*s;s++){USART_SendData(USARTx,*s);while(USART_GetFlagStatus(USARTx,USART_FLAG_TC)==RESET);}Data++;break;case'd'://十进制//d=va_arg(ap,int);itoa(d,buf,10);for(s=buf;*s;s++){USART_SendData(USARTx,*s);while(USART_GetFlagStatus(USARTx,USART_FLAG_TC)==RESET);}Data++;break;default:Data++;break;}35

34北京理工大学珠海学院2020届本科生毕业设计}elseUSART_SendData(USARTx,*Data++);while(USART_GetFlagStatus(USARTx,USART_FLAG_TC)==RESET);}}intmain(void){/*初始化串口*/USART1_Config();GPIOC_Init_Body();USART1_printf(USART1,"\r

35附近环境：\r

36");while(1){if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOC,GPIO_Pin_0)==1){USART1_printf(USART1,"有人有人有人！

37");}else{USART1_printf(USART1,"没人没人没人！

38");}delay_ms(50000);}}LED灯程序#include"sk6812rgb5050.h"#includeuint32_tcolors[51]={0};35

39北京理工大学珠海学院2020届本科生毕业设计voidRGB5050_Init(void){GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStructure;RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_4;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_4);}voidRGB_Display(u32num){uint32_ti,j;for(j=0;j>i)){GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_4);nophigh1GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_4);noplow1}else{GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_4);nophigh0GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_4);noplow0}}}delay_us(40);}voidcolor_zero(u32num){u32i;35

40北京理工大学珠海学院2020届本科生毕业设计for(i=0;i1;i--){colors[i]=colors[i-1];}colors[1]=color;}}voidcolor_move(u32num,u8direction){u32i;u32color;if(direction==0){while(num--){for(i=50;i>0;i--){color=colors[0];colors[i]=colors[i-1];}colors[0]=color;}}elseif(direction==1){while(num--){for(i=0;i<50;i++){color=colors[0];35

41北京理工大学珠海学院2020届本科生毕业设计colors[i]=colors[i+1];}colors[50]=color;}}}voidchange_color(u32color,u32start,u32chgnum){u32i;if(chgnum<=0){chgnum=1;}i=start;while(chgnum--){colors[i]=(color&0x00FFFFFF);i++;}}voidRGB_2_colors(u32background,u32front,u32start,u32sum){change_color(background,0,start);change_color(front,start,sum);change_color(background,start+sum,300-(start+sum));}voidRGB5050MODE0(u8mode){if(mode==3){change_color(0x000000,9,8);RGB_Display(18);}elseif(mode==1){change_color(0xffffff,9,8);RGB_Display(18);}elseif(mode==2){change_color(0xffff00,9,8);RGB_Display(18);35

42北京理工大学珠海学院2020届本科生毕业设计}}voidRGB5050MODE1(){colors[0]=0xffff00;//黄change_color(colors[0],0,1);colors[1]=0xff0000;//红change_color(colors[1],1,1);colors[2]=0x00aa00;//绿change_color(colors[2],2,1);colors[3]=0x0000ff;//蓝change_color(colors[3],3,1);RGB_Display(4);}voidRGB5050MODE2(){colors[0]=0x55ffff;//全白change_color(colors[0],0,10);RGB_Display(5);}//通过串口输入控制SK6812RGB5050灯光显示//red:data[1];//green:data[2];//blue:data[3];//n:要改变的起点;changenum:要改变的数量;voidcontrolrgb(u8*data,u32datasize){printf("datasize=%d\r

43",datasize);if(data[0]==0xcc){usart3_send_str("cc");}elseif(data[0]==0xf1)35

44北京理工大学珠海学院2020届本科生毕业设计{if(datasize==8){u32color=0;u16n,changenum;color=(data[2]<<16)+(data[1]<<8)+data[3];changenum=(data[4]<<8)+data[5];n=(data[6]<<8)+data[7];change_color(color,n,changenum);RGB_Display(n+changenum);}}35