DIY單片機聲控小夜燈+PWM四檔亮度調節原理圖PCB和程序全套資料

ID:702386 · 發表于 2022-1-27 09:42

本帖最后由 zsw3721 于 2022-2-18 23:28 編輯

2022年2月18日本次更新：

截至目前使用了半個多月，可以說是非常好用和方便的。電池很耐用，睡前使用一會再設置為聲控觸發模式，晚上帶娃要經常點亮燈，充一次電基本上可以使用一個星期。這段時間進行了多處優化，程序升級為V1.6版。
1. 調整為5檔PWM亮度調節，分別為20%、40%、60%、80%、100%亮度
2. 增加聲控觸發過濾，在1秒內需要3次及以上的外部中斷才能觸發亮燈(不會影響正常聲控觸發，因為一個聲音比如一聲咳嗽實際會有非常多個中斷產生)，消除了單個偶發的雜波干擾導致可能的意外亮燈或反復觸發無法熄燈

3. 聲控觸發亮燈后60秒后才允許聲控再觸發，即每次聲控亮燈3分鐘的后兩分鐘完全平靜即可自動熄燈
4. 聲控觸發亮燈后，距自動熄燈剩余10秒時亮度自動降低（至10%亮度）
5. 長按亮度調節按鍵2秒以上，亮度調整為10%亮度
6. 定時器T0（定時1mS）初值糾正為12MHz 1T的配置（之前程序為11.0592MHz下的配置）。程序下載時應選擇12MHz時鐘頻率。
7. 增加MCU進掉電模式以降低功耗：聲控亮燈3分鐘自動熄燈后即控制MCU進入掉電模式，當有外部中斷（即聲音信號）時MCU喚醒并正常觸發亮燈。

程序 V1.6 增加聲控待觸發狀態下進掉電模式以降低功耗.rar (45.88 KB, 下載次數: 73)

2022年1月28日更新一次：
試用了幾天后，優化了兩處地方，程序升級為V1.4版。
1. 聲控觸發亮燈后延時3分鐘自動熄燈，修改為自動熄燈前如果又檢測到聲音，重新計時3分鐘
2. 按鍵從常亮模式切換到聲控待觸發模式，默認熄燈，但是按鍵的聲音會導致切到聲控待觸發模式后直接觸發亮燈，現修改為按鍵切到聲控待觸發模式后等待1秒鐘才允許被觸發亮燈

以下為2022年1月27日原始帖：
最近，老婆大人提了一個需求，要一個聲控的小夜燈。在某寶搜索一番無果，于是自己動手設計。
老規矩，先上最終完工的實物圖。使用三天的效果：非常好，誰用誰知道。
實物圖1.jpg

下面簡單介紹一下制作過程。

首先是理清需求。

1. 需要有內置電池供電，使用時可隨意擺放位置
2. 有常亮模式和聲控亮燈模式
3. 聲控亮燈模式使用時，小聲音不能觸發，要一定強度的聲音才能觸發亮燈
4. 聲控亮燈觸發后，延時3分鐘自動熄滅，熄滅前最后10秒亮度自動調至最低

5. 支持多檔亮度調節，燈光無閃爍感

然后是硬件設計。
1. 電池好解決，以前網上購買的5V升壓鋰電池就很好用
2. 聲音檢測模塊可以購買現成的，靈敏度可調節
3. 使用MCU外部中斷處理聲音檢測模塊的信號
4. 使用軟件PWM方式進行亮度調節，PWM頻率100Hz就足夠了

5. 兩個按鍵，分別控制亮燈模式和亮度調節
6. 一共只需要4個IO口，用我熟悉的STC15F104W綽綽有余
7. LED燈可以購買現成的USB LED燈，設計一個PMOS電路用于控制LED的供電

下面是設計好的原理圖。
原理圖.jpg

設計好的PCB。

嘉立創免費打樣，焊好并準備好材料。
實物圖2.jpg

下面這個是購買的聲控模塊，有聲音時輸出低電平。直接焊在我的控制板上。以后如果有機會做升級版，會把這個聲控模塊畫到我的電路中。

實物圖3.jpg

然后開始寫程序。功能比較簡單，兩百多行代碼就搞定。用了一個定時器，定時1mS，然后中斷里每10mS掃一次按鍵；PWM功能也在定時器中實現。
下面是代碼。附件有整套資料，如果你想做一個，按我的資料放心去做保證成功。如果你做出來了，歡迎貼個圖分享。

后注：以下為原始程序，比V1.4版更早。

/*********************************************************************
《聲控小夜燈》
設計：zsw3721 @51黑
日期：2022/1/26
MCU型號：STC15F104W
系統時鐘：12MHz
功能簡介：
1.支持常亮與聲控點亮；
2.聲控點亮后延時3分鐘自動熄滅，熄滅前最后10秒鐘亮度自動調至最低；
3.支持四檔PWM亮度調節：10%、40%、70%、100%亮度；PWM頻率100Hz無閃爍感；
**********************************************************************/
#include "STC15.H"
#include "intrins.h"
#define LED_ON P32=1; //LED點亮,P3.2口高電平輸出驅動三極管和PMOS導通點亮LED
#define LED_OFF P32=0; //LED熄滅
sbit Key1 = P3^4; //按鍵1，短按常亮與聲控模式切換，長按功能未定義
sbit Key2 = P3^5; //按鍵2，短按PWM四檔亮度調節，長按功能未定義
bit ShortTouchFlag1=0; //按鍵1短按按鍵有效標志
bit LongTouchFlag1=0; //按鍵1長按按鍵有效標志
bit LongTouchRelease1=1; //按鍵1長按釋放過的標志
bit ShortTouchFlag2=0; //按鍵2短按按鍵有效標志
bit LongTouchFlag2=0; //按鍵2長按按鍵有效標志
bit LongTouchRelease2=1; //按鍵2長按釋放過的標志
bit Flag_1s=1; //秒任務標志位
unsigned int uiKeyTimeCnt1; //按鍵1計數
unsigned int uiKeyTimeCnt2; //按鍵2計數
unsigned char MODE=0; //工作模式0,1,2分別表示LED常亮模式、聲控待觸發模式、聲控已觸發模式
unsigned int Count_1S=0; //1000mS計數器
unsigned char Count_10mS=0; //10ms計數器
unsigned char Count_180S; //時間計數器，聲控觸發后延時180S關燈
unsigned char PWM_COUNT; //PWM計數器
unsigned char LED_Brightness=10; //LED亮度設定值，0~10表示0~100%亮度，開機默認最大亮度
unsigned char PWM_SET; //PWM占空比設置，可取值0~10，對應占空比0~100%;
/********************************************
函數說明：初始化IO口、定時器、外部中斷等
********************************************/
void Init(void)
{
P3M1 &= ~(1<<2); //將LED驅動腳P3.2設置為推挽輸出
P3M0 |= (1<<2);
LED_ON; //開機后默認開燈
PWM_SET = LED_Brightness; //配置PWM初始占空比
AUXR |= 0x80; //定時器T0 時鐘1T模式
TMOD &= 0xF0; //設置定時器模式為16位自動重裝
TL0 = 0xCD; //設置定時初值
TH0 = 0xD4; //設置定時初值
TF0 = 0; //清除TF0標志
TR0 = 1; //定時器0開始計時
ET0 = 1; //允許T0中斷
P33 = 1; //設置外部中斷IO口高電平
IT1 = 1; //設置INT1的中斷類型為下降沿觸發 (1:僅下降沿 0:上升沿和下降沿)
EX1 = 1; //使能INT1中斷
EA = 1; //使能全局中斷
}
/******************************
函數說明：按鍵短按長按檢測
******************************/
void Key_scan(void) //在定時器T0中斷里每10mS調用一次檢查按鍵狀態
{
if(Key1==0) //如果按鍵1按下
{
uiKeyTimeCnt1++; //累加按鍵計時
}
if(uiKeyTimeCnt1>200 && LongTouchRelease1==1) //當按鍵超過2秒且此前釋放過一次時
{
LongTouchFlag1 = 1; //長按標志位置1，用于長按2秒后立即處理長按動作
LongTouchRelease1 = 0; //長按釋放標志置0，表示長按未釋放
}
if(Key1==1) //當按鍵松開（也可能是抖動彈開）
{
if(uiKeyTimeCnt1>2 && uiKeyTimeCnt1<=200) //只有大于20mS，且小于2秒，才判為短按
{
uiKeyTimeCnt1 = 0; //清零按鍵計時
ShortTouchFlag1 = 1; //短按標志位置1
LongTouchFlag1 = 0; //長按標志位置0
}
if(uiKeyTimeCnt1>200) //如果松開按鍵時按鍵超過2秒，則為長按釋放
{
uiKeyTimeCnt1 = 0; //清零按鍵計時
LongTouchRelease1 = 1; //長按釋放標志位置1，表示長按已釋放
}
}
if(Key2==0) //如果按鍵2按下
{
uiKeyTimeCnt2++; //累加按鍵計時
}
if(uiKeyTimeCnt2>200 && LongTouchRelease2==1) //當按鍵超過2秒且此前釋放過一次時
{
LongTouchFlag2 = 1; //長按標志位置1，用于長按2秒后立即處理長按動作
LongTouchRelease2 = 0; //長按釋放標志置0，表示長按未釋放
}
if(Key2==1) //當按鍵松開（也可能是抖動彈開）
{
if(uiKeyTimeCnt2>=2 && uiKeyTimeCnt2<=200) //只有大于等于20mS，且小于2秒，才判為短按
{
uiKeyTimeCnt2 = 0; //清零按鍵計時
ShortTouchFlag2 = 1; //短按標志位置1
LongTouchFlag2 = 0; //長按標志位置0
}
if(uiKeyTimeCnt2>200) //如果松開按鍵時按鍵超過2秒，則為長按釋放
{
uiKeyTimeCnt2 = 0; //清零按鍵計時
LongTouchRelease2 = 1; //長按釋放標志位置1，表示長按已釋放
}
}
}
/******************************
函數說明：按鍵處理
******************************/
void Key_process(void)
{
if(ShortTouchFlag1==1) //當按鍵1短按標志位為1時進行按鍵1短按處理
{
ShortTouchFlag1 = 0; //清除短按標志位
if(MODE==0) //常亮模式下按Key1進入聲控模式
{
MODE = 1; //聲控模式
LED_OFF; //進入聲控模式后默認先不亮燈
PWM_SET = 0;
PWM_COUNT = 0;
Count_180S = 0;
}
else if(MODE==1 || MODE==2) //MODE=1為聲控待觸發模式,MODE2為聲控已觸發模式
{
MODE = 0; //進入常亮模式并亮燈
PWM_SET = LED_Brightness; //PWM占空比因子調整為亮度設置值
Count_180S = 0;
}
}
if(LongTouchFlag1==1) //按鍵1長按處理
{
LongTouchFlag1 = 0; //清除長按標志位
//此處可執行Key1長按動作
}
if(ShortTouchFlag2==1) //按鍵2短按處理，功能為亮度設置
{
ShortTouchFlag2 = 0; //清除短按標志位
LongTouchFlag2 = 0;
LED_Brightness += 3; //四檔PWM亮度調節，LED_Brightness可取值1、4、7、10分別對10%、40%、70%、100%亮度
if(LED_Brightness>10) //亮度達到最大后再按Key2，亮度從1重新開始調整
{
LED_Brightness = 1;
}
PWM_SET = LED_Brightness; //PWM占空比因子調整為亮度設置值
}
if(LongTouchFlag2==1) //按鍵2長按處理
{
LongTouchFlag2 = 0; //清除長按標志位
//此處可執行Key2長按動作
}
}
/******************************
函數說明：主函數
******************************/
void main(void)
{
Init(); //系統初始化
while(1)
{
Key_process(); //調用按鍵處理函數
if(Flag_1s==1 && MODE==2) //聲控已觸發模式觸發后進行計時并延時3分鐘關燈
{
Flag_1s = 0; //清秒標志位
Count_180S++; //秒計數器加1
if(Count_180S==170 && PWM_SET>1)
{
PWM_SET = 1; //離關燈剩余10秒時亮度調至最低即10%
}
if(Count_180S>=180) //聲控點亮3分鐘后自動熄燈
{
Count_180S = 0;
PWM_SET = 0; //亮度調至0%即熄燈
MODE = 1; //重新進入聲控待觸發模式
}
}
}
}
void time0(void) interrupt 1 //T0中斷服務函數，每1ms進入一次
{
PWM_COUNT++; //PWM每1mS為調節步長，一個周期10mS共10步
if(++Count_10mS>=10) //每10ms掃描一次按鍵狀態
{
Count_10mS = 0;
Key_scan();
}
if(++Count_1S>=1000) //每1秒設置一次秒標志位
{
Count_1S = 0;
Flag_1s = 1;
}
if(PWM_COUNT<=PWM_SET) //控制PWM輸出占空比
{
LED_ON;
}
else
{
LED_OFF;
}
if(PWM_COUNT>=10) //控制PWM周期為10mS，即頻率100Hz
{
PWM_COUNT = 0;
}
}
void exint1() interrupt 2 //INT1外部中斷入口
{
if(MODE==1) //聲控待觸發模式才執行以下動作
{
MODE = 2; //進入聲控已觸發模式
PWM_SET = LED_Brightness; //亮燈
PWM_COUNT = 0;
Count_1S = 0;
Flag_1s = 0;
}
}

復制代碼

全部資料51hei下載地址：

聲控小夜燈原理圖PCB和程序全套資料.rar (11.34 MB, 下載次數: 139)

ID:702386 · 發表于 2022-1-28 20:20

試用了幾天后，優化了兩處地方，程序升級為V1.4版。
1. 聲控觸發亮燈后延時3分鐘自動熄燈，修改為自動熄燈前如果又檢測到聲音，重新計時3分鐘
2. 按鍵從常亮模式切換到聲控待觸發模式，默認熄燈，但是按鍵的聲音會導致切到聲控待觸發模式后直接觸發亮燈，現修改為按鍵切到聲控待觸發模式后等待1秒鐘才允許被觸發亮燈

ID:577622 · 發表于 2022-1-28 11:37

自己動手豐衣足食，DIY精神永垂不朽！

ID:267707 · 發表于 2022-1-28 13:02

自己動手豐衣足食，DIY精神永垂不朽！

ID:59830 · 發表于 2022-1-30 10:22

看了一下，資料不錯.值得參考一下.

ID:687881 · 發表于 2022-2-16 11:07

電池供電的話，STC一直工作著，電流也有5-10MA，一天下來耗電也不少，用上掉電中斷模式就能省不少電了。

ID:702386 · 發表于 2022-2-17 08:46

kindzhon 發表于 2022-2-16 11:07
電池供電的話，STC一直工作著，電流也有5-10MA，一天下來耗電也不少，用上掉電中斷模式就能省不少電了。

謝謝你的建議，我后面想想怎么在低功耗方面再優化一下。
目前這個燈已經試用了一段時間，發現偶爾出現整夜不能自動關燈的情況，懷疑是有雜波干擾到聲音檢測模塊，現已升級了一版程序，增加了聲控觸發的過濾機制，要求在1秒內有3個以上的中斷脈沖才允許觸發亮燈，測試幾天后未再發現不能自動關燈的情況。后面我完善后會分享新版程序。

ID:229641 · 發表于 2022-2-23 21:44

這玩意兒能搞個緩啟動亮度嗎？也就是慢慢的亮起來…

ID:230500 · 發表于 2022-3-5 20:35

謝謝你的無私分享，很有學習的意義，

ID:1008454 · 發表于 2022-3-6 09:30

pcb是關鍵，程序很重要。

ID:702386 · 發表于 2022-3-7 08:59

auxccc 發表于 2022-3-6 09:30
pcb是關鍵，程序很重要。

確實PCB很關鍵，我后面再升級的話，會多考慮PCB布局走線的問題，可能還要給聲音檢測部分設計隔離電源或加強濾波，使系統自身尤其是PWM調光部分帶來的干擾影響減小，這樣能進一步提高可靠性和靈敏度。

ID:91721 · 發表于 2022-3-9 14:07

謝謝你的無私分享，很有愛的一次應用。

ID:430492 · 發表于 2022-3-9 14:12

pcb可以自己布線，主要是想法很重要。

ID:364201 · 發表于 2022-8-25 17:46

樓主，這個設計可以改成紅外人體傳感器的方式嗎？

ID:1067504 · 發表于 2024-10-27 13:52

注釋非常詳細，對小白幫助很大，感謝樓主分享！

ID:1133220 · 發表于 2024-10-28 15:01

感謝樓主分享！借鑒一下。

ID:981787 · 發表于 2024-10-30 22:44

a399288395 發表于 2022-3-5 20:35
謝謝你的無私分享，很有學習的意義，

緩啟動也好弄啊，加個PWM調光

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