室內(nèi)照明精確控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

朱莉莉　龐立　杭建偉　李長(zhǎng)亮

摘 要：針對(duì)樓宇室內(nèi)照明廣泛使用的格柵燈燈具，以STC11F02單片機(jī)為核心控制器設(shè)計(jì)了格柵燈嵌入式控制模塊，并設(shè)計(jì)了一套室內(nèi)照明精確控制系統(tǒng)。詳細(xì)介紹了該系統(tǒng)的組成、硬件電路以及軟件程序的設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)證明該照明精確控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單可靠、操作方便、成本低廉。

關(guān)鍵詞：室內(nèi)照明 單片機(jī) 精確控制

中圖分類號(hào)：TP216.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）07（b）-0073-01

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展和自然資源的日益緊缺，節(jié)約能源已是世界發(fā)展的趨勢(shì)，各個(gè)國(guó)家相繼推出了具體的實(shí)施措施。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)資料顯示，現(xiàn)代建筑物的能耗相當(dāng)大，約占整個(gè)國(guó)家總能耗的30%，而建筑物的照明在建筑物能耗中又占有很大的比例，因此建筑物的照明節(jié)能在節(jié)約能源方面有著重要的作用與潛力[1]。格柵燈是建筑物照明，特別是商場(chǎng)、寫字樓照明應(yīng)用最廣泛的光源之一，而現(xiàn)階段格柵燈的控制方式比較簡(jiǎn)單、單一，大部分采用燈具的并聯(lián)控制方式，即同時(shí)開啟或關(guān)閉多盞燈具。而室內(nèi)的自然照明環(huán)境以及室內(nèi)空間的使用情況是變化的，因此不同空間需要的人工照明環(huán)境是不同的，傳統(tǒng)的控制方式難以滿足這一要求，造成了不必要的資源浪費(fèi)。本文提出并設(shè)計(jì)了精確照明控制系統(tǒng)，可以根據(jù)時(shí)間或者需要控制任意燈具的工作狀態(tài)，從而達(dá)到滿足照明要求的同時(shí)做到節(jié)能的最大化。

1 系統(tǒng)組成

該室內(nèi)照明精確控制系統(tǒng)由嵌入式格柵燈控制模塊、系統(tǒng)控制面板及格柵燈組成。其中嵌入式格柵燈控制模塊安裝在格柵燈中；格柵燈采用并聯(lián)方式接至220V供電回路中；系統(tǒng)控制面板與各格柵燈采用屏蔽雙絞線接線，采用RS485通訊。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

2 硬件電路

2.1 格柵燈控制模塊

格柵燈控制模塊與電子鎮(zhèn)流器一起安裝在格柵燈內(nèi)，其主要作用是接收系統(tǒng)控制面板所發(fā)出的指令，控制格柵燈中三支燈管的工作狀態(tài)（以三管格柵燈為例）。

格柵燈控制模塊以STC11F02 MCU為控制器核心，加入工作電源、晶振、復(fù)位電路構(gòu)建最小系統(tǒng)。MCU工作電源為5 V直流電壓，由交流220 V電壓經(jīng)整流穩(wěn)壓電路變換而得。

隔離與電流采集電路原理圖如圖2所示。

隔離電路工作原理是MCU發(fā)出控制信號(hào)經(jīng)光電雙向可控硅驅(qū)動(dòng)器MOC3061及雙向可控硅BTA08控制格柵燈鎮(zhèn)流器電源的通斷狀態(tài)。由電流互感器、兩個(gè)LM324運(yùn)算放大器構(gòu)成電流采集電路。熒光燈管的電流經(jīng)電阻轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，再經(jīng)LM324構(gòu)成的差分運(yùn)算電路和電壓比較電路將電壓的正弦波依次變?yōu)槿遣ê头讲?，最終輸入到單片機(jī)中，從而判斷熒光燈管的開關(guān)狀態(tài)。

2.2 系統(tǒng)控制面板

系統(tǒng)控制面板為用戶提供一個(gè)操作界面，顯示系統(tǒng)中的格柵燈位置及工作狀態(tài)，用戶可根據(jù)需要進(jìn)行相應(yīng)的選擇和操作。系統(tǒng)控制面板以LPC1768為控制器核心，加入工作電源、晶振、復(fù)位電路及LCD液晶顯示觸摸屏等。

2.3 通訊

系統(tǒng)采用RS485通訊方式，其布線簡(jiǎn)單、抗干擾能力強(qiáng)、信號(hào)傳輸穩(wěn)定，是目前工控中被廣泛使用的通訊方式之一。

3 軟件

室內(nèi)照明精確控制系統(tǒng)的軟件部分分為系統(tǒng)控制面板軟件與格柵燈控制模塊軟件，由各子程序構(gòu)成。系統(tǒng)控制面板軟件主要包括初始化子程序，串口中斷子程序、液晶顯示子程序、觸摸屏掃描子程序、CRC校驗(yàn)子程序等。格柵燈控制模塊軟件主要包括初始化子程序、串口中斷子程序、CRC校驗(yàn)子程序、燈管控制子程序等。

在系統(tǒng)搭建時(shí)每盞格柵燈均分配一個(gè)專屬地址，系統(tǒng)控制面板發(fā)出的控制指令經(jīng)屏蔽雙絞線傳輸?shù)礁鞅K格柵燈控制模塊，而只有地址匹配的格柵燈控制模塊才會(huì)響應(yīng)并執(zhí)行動(dòng)作。

為保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性，采用CRC校驗(yàn)碼。在發(fā)送指令字符串時(shí)，在字符串的末位加入前面各字節(jié)的CRC校驗(yàn)碼；在接收指令字符串時(shí)，先計(jì)算接收到的字符串的CRC校驗(yàn)碼，再將此計(jì)算CRC校驗(yàn)碼與接收CRC校驗(yàn)碼相比較，兩者相同則視為數(shù)據(jù)傳輸正確，否則視為數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤。

4 結(jié)語(yǔ)

該文針對(duì)室內(nèi)格柵燈照明搭建了室內(nèi)照明精確控制系統(tǒng)。根據(jù)自然照明環(huán)境和空間使用情況，定時(shí)或手動(dòng)的通過系統(tǒng)控制面板來控制室內(nèi)的任何一盞格柵燈的任何一只燈管的工作狀態(tài)，并將其工作狀態(tài)實(shí)時(shí)的在系統(tǒng)控制面板上進(jìn)行顯示。在保證照明質(zhì)量的前提下盡可能的減少格柵燈的使用數(shù)量，從而達(dá)到照明節(jié)能的目的，同時(shí)控制面板還留有接口供上層開發(fā)。實(shí)驗(yàn)證明本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低、可靠性高，是值得采用的照明節(jié)能控制方案之一。

參考文獻(xiàn)

[1] 陶小環(huán)，賈睿新.論樓宇智能照明控制系統(tǒng)的應(yīng)用與研究[J].中小企業(yè)管理與科技（上旬刊），2011（2）：265-266.

[2] 楊立彪.C-bus智能照明控制系統(tǒng)與節(jié)能[J].智能建筑與城市信息，2005（11）.

[3] 陳悅婷.淺談智能照明控制系統(tǒng)和應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2013（5）.endprint

摘 要：針對(duì)樓宇室內(nèi)照明廣泛使用的格柵燈燈具，以STC11F02單片機(jī)為核心控制器設(shè)計(jì)了格柵燈嵌入式控制模塊，并設(shè)計(jì)了一套室內(nèi)照明精確控制系統(tǒng)。詳細(xì)介紹了該系統(tǒng)的組成、硬件電路以及軟件程序的設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)證明該照明精確控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單可靠、操作方便、成本低廉。

關(guān)鍵詞：室內(nèi)照明 單片機(jī) 精確控制

中圖分類號(hào)：TP216.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）07（b）-0073-01

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展和自然資源的日益緊缺，節(jié)約能源已是世界發(fā)展的趨勢(shì)，各個(gè)國(guó)家相繼推出了具體的實(shí)施措施。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)資料顯示，現(xiàn)代建筑物的能耗相當(dāng)大，約占整個(gè)國(guó)家總能耗的30%，而建筑物的照明在建筑物能耗中又占有很大的比例，因此建筑物的照明節(jié)能在節(jié)約能源方面有著重要的作用與潛力[1]。格柵燈是建筑物照明，特別是商場(chǎng)、寫字樓照明應(yīng)用最廣泛的光源之一，而現(xiàn)階段格柵燈的控制方式比較簡(jiǎn)單、單一，大部分采用燈具的并聯(lián)控制方式，即同時(shí)開啟或關(guān)閉多盞燈具。而室內(nèi)的自然照明環(huán)境以及室內(nèi)空間的使用情況是變化的，因此不同空間需要的人工照明環(huán)境是不同的，傳統(tǒng)的控制方式難以滿足這一要求，造成了不必要的資源浪費(fèi)。本文提出并設(shè)計(jì)了精確照明控制系統(tǒng)，可以根據(jù)時(shí)間或者需要控制任意燈具的工作狀態(tài)，從而達(dá)到滿足照明要求的同時(shí)做到節(jié)能的最大化。

1 系統(tǒng)組成

該室內(nèi)照明精確控制系統(tǒng)由嵌入式格柵燈控制模塊、系統(tǒng)控制面板及格柵燈組成。其中嵌入式格柵燈控制模塊安裝在格柵燈中；格柵燈采用并聯(lián)方式接至220V供電回路中；系統(tǒng)控制面板與各格柵燈采用屏蔽雙絞線接線，采用RS485通訊。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

2 硬件電路

2.1 格柵燈控制模塊

格柵燈控制模塊與電子鎮(zhèn)流器一起安裝在格柵燈內(nèi)，其主要作用是接收系統(tǒng)控制面板所發(fā)出的指令，控制格柵燈中三支燈管的工作狀態(tài)（以三管格柵燈為例）。

格柵燈控制模塊以STC11F02 MCU為控制器核心，加入工作電源、晶振、復(fù)位電路構(gòu)建最小系統(tǒng)。MCU工作電源為5 V直流電壓，由交流220 V電壓經(jīng)整流穩(wěn)壓電路變換而得。

隔離與電流采集電路原理圖如圖2所示。

隔離電路工作原理是MCU發(fā)出控制信號(hào)經(jīng)光電雙向可控硅驅(qū)動(dòng)器MOC3061及雙向可控硅BTA08控制格柵燈鎮(zhèn)流器電源的通斷狀態(tài)。由電流互感器、兩個(gè)LM324運(yùn)算放大器構(gòu)成電流采集電路。熒光燈管的電流經(jīng)電阻轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，再經(jīng)LM324構(gòu)成的差分運(yùn)算電路和電壓比較電路將電壓的正弦波依次變?yōu)槿遣ê头讲ǎ罱K輸入到單片機(jī)中，從而判斷熒光燈管的開關(guān)狀態(tài)。

2.2 系統(tǒng)控制面板

系統(tǒng)控制面板為用戶提供一個(gè)操作界面，顯示系統(tǒng)中的格柵燈位置及工作狀態(tài)，用戶可根據(jù)需要進(jìn)行相應(yīng)的選擇和操作。系統(tǒng)控制面板以LPC1768為控制器核心，加入工作電源、晶振、復(fù)位電路及LCD液晶顯示觸摸屏等。

2.3 通訊

系統(tǒng)采用RS485通訊方式，其布線簡(jiǎn)單、抗干擾能力強(qiáng)、信號(hào)傳輸穩(wěn)定，是目前工控中被廣泛使用的通訊方式之一。

3 軟件

室內(nèi)照明精確控制系統(tǒng)的軟件部分分為系統(tǒng)控制面板軟件與格柵燈控制模塊軟件，由各子程序構(gòu)成。系統(tǒng)控制面板軟件主要包括初始化子程序，串口中斷子程序、液晶顯示子程序、觸摸屏掃描子程序、CRC校驗(yàn)子程序等。格柵燈控制模塊軟件主要包括初始化子程序、串口中斷子程序、CRC校驗(yàn)子程序、燈管控制子程序等。

在系統(tǒng)搭建時(shí)每盞格柵燈均分配一個(gè)專屬地址，系統(tǒng)控制面板發(fā)出的控制指令經(jīng)屏蔽雙絞線傳輸?shù)礁鞅K格柵燈控制模塊，而只有地址匹配的格柵燈控制模塊才會(huì)響應(yīng)并執(zhí)行動(dòng)作。

為保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性，采用CRC校驗(yàn)碼。在發(fā)送指令字符串時(shí)，在字符串的末位加入前面各字節(jié)的CRC校驗(yàn)碼；在接收指令字符串時(shí)，先計(jì)算接收到的字符串的CRC校驗(yàn)碼，再將此計(jì)算CRC校驗(yàn)碼與接收CRC校驗(yàn)碼相比較，兩者相同則視為數(shù)據(jù)傳輸正確，否則視為數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤。

4 結(jié)語(yǔ)

該文針對(duì)室內(nèi)格柵燈照明搭建了室內(nèi)照明精確控制系統(tǒng)。根據(jù)自然照明環(huán)境和空間使用情況，定時(shí)或手動(dòng)的通過系統(tǒng)控制面板來控制室內(nèi)的任何一盞格柵燈的任何一只燈管的工作狀態(tài)，并將其工作狀態(tài)實(shí)時(shí)的在系統(tǒng)控制面板上進(jìn)行顯示。在保證照明質(zhì)量的前提下盡可能的減少格柵燈的使用數(shù)量，從而達(dá)到照明節(jié)能的目的，同時(shí)控制面板還留有接口供上層開發(fā)。實(shí)驗(yàn)證明本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低、可靠性高，是值得采用的照明節(jié)能控制方案之一。

參考文獻(xiàn)

[1] 陶小環(huán)，賈睿新.論樓宇智能照明控制系統(tǒng)的應(yīng)用與研究[J].中小企業(yè)管理與科技（上旬刊），2011（2）：265-266.

[2] 楊立彪.C-bus智能照明控制系統(tǒng)與節(jié)能[J].智能建筑與城市信息，2005（11）.

[3] 陳悅婷.淺談智能照明控制系統(tǒng)和應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2013（5）.endprint

摘 要：針對(duì)樓宇室內(nèi)照明廣泛使用的格柵燈燈具，以STC11F02單片機(jī)為核心控制器設(shè)計(jì)了格柵燈嵌入式控制模塊，并設(shè)計(jì)了一套室內(nèi)照明精確控制系統(tǒng)。詳細(xì)介紹了該系統(tǒng)的組成、硬件電路以及軟件程序的設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)證明該照明精確控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單可靠、操作方便、成本低廉。

關(guān)鍵詞：室內(nèi)照明 單片機(jī) 精確控制

中圖分類號(hào)：TP216.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）07（b）-0073-01

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展和自然資源的日益緊缺，節(jié)約能源已是世界發(fā)展的趨勢(shì)，各個(gè)國(guó)家相繼推出了具體的實(shí)施措施。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)資料顯示，現(xiàn)代建筑物的能耗相當(dāng)大，約占整個(gè)國(guó)家總能耗的30%，而建筑物的照明在建筑物能耗中又占有很大的比例，因此建筑物的照明節(jié)能在節(jié)約能源方面有著重要的作用與潛力[1]。格柵燈是建筑物照明，特別是商場(chǎng)、寫字樓照明應(yīng)用最廣泛的光源之一，而現(xiàn)階段格柵燈的控制方式比較簡(jiǎn)單、單一，大部分采用燈具的并聯(lián)控制方式，即同時(shí)開啟或關(guān)閉多盞燈具。而室內(nèi)的自然照明環(huán)境以及室內(nèi)空間的使用情況是變化的，因此不同空間需要的人工照明環(huán)境是不同的，傳統(tǒng)的控制方式難以滿足這一要求，造成了不必要的資源浪費(fèi)。本文提出并設(shè)計(jì)了精確照明控制系統(tǒng)，可以根據(jù)時(shí)間或者需要控制任意燈具的工作狀態(tài)，從而達(dá)到滿足照明要求的同時(shí)做到節(jié)能的最大化。

1 系統(tǒng)組成

該室內(nèi)照明精確控制系統(tǒng)由嵌入式格柵燈控制模塊、系統(tǒng)控制面板及格柵燈組成。其中嵌入式格柵燈控制模塊安裝在格柵燈中；格柵燈采用并聯(lián)方式接至220V供電回路中；系統(tǒng)控制面板與各格柵燈采用屏蔽雙絞線接線，采用RS485通訊。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

2 硬件電路

2.1 格柵燈控制模塊

格柵燈控制模塊與電子鎮(zhèn)流器一起安裝在格柵燈內(nèi)，其主要作用是接收系統(tǒng)控制面板所發(fā)出的指令，控制格柵燈中三支燈管的工作狀態(tài)（以三管格柵燈為例）。

格柵燈控制模塊以STC11F02 MCU為控制器核心，加入工作電源、晶振、復(fù)位電路構(gòu)建最小系統(tǒng)。MCU工作電源為5 V直流電壓，由交流220 V電壓經(jīng)整流穩(wěn)壓電路變換而得。

隔離與電流采集電路原理圖如圖2所示。

隔離電路工作原理是MCU發(fā)出控制信號(hào)經(jīng)光電雙向可控硅驅(qū)動(dòng)器MOC3061及雙向可控硅BTA08控制格柵燈鎮(zhèn)流器電源的通斷狀態(tài)。由電流互感器、兩個(gè)LM324運(yùn)算放大器構(gòu)成電流采集電路。熒光燈管的電流經(jīng)電阻轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，再經(jīng)LM324構(gòu)成的差分運(yùn)算電路和電壓比較電路將電壓的正弦波依次變?yōu)槿遣ê头讲ǎ罱K輸入到單片機(jī)中，從而判斷熒光燈管的開關(guān)狀態(tài)。

2.2 系統(tǒng)控制面板

系統(tǒng)控制面板為用戶提供一個(gè)操作界面，顯示系統(tǒng)中的格柵燈位置及工作狀態(tài)，用戶可根據(jù)需要進(jìn)行相應(yīng)的選擇和操作。系統(tǒng)控制面板以LPC1768為控制器核心，加入工作電源、晶振、復(fù)位電路及LCD液晶顯示觸摸屏等。

2.3 通訊

系統(tǒng)采用RS485通訊方式，其布線簡(jiǎn)單、抗干擾能力強(qiáng)、信號(hào)傳輸穩(wěn)定，是目前工控中被廣泛使用的通訊方式之一。

3 軟件

室內(nèi)照明精確控制系統(tǒng)的軟件部分分為系統(tǒng)控制面板軟件與格柵燈控制模塊軟件，由各子程序構(gòu)成。系統(tǒng)控制面板軟件主要包括初始化子程序，串口中斷子程序、液晶顯示子程序、觸摸屏掃描子程序、CRC校驗(yàn)子程序等。格柵燈控制模塊軟件主要包括初始化子程序、串口中斷子程序、CRC校驗(yàn)子程序、燈管控制子程序等。

在系統(tǒng)搭建時(shí)每盞格柵燈均分配一個(gè)專屬地址，系統(tǒng)控制面板發(fā)出的控制指令經(jīng)屏蔽雙絞線傳輸?shù)礁鞅K格柵燈控制模塊，而只有地址匹配的格柵燈控制模塊才會(huì)響應(yīng)并執(zhí)行動(dòng)作。

為保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性，采用CRC校驗(yàn)碼。在發(fā)送指令字符串時(shí)，在字符串的末位加入前面各字節(jié)的CRC校驗(yàn)碼；在接收指令字符串時(shí)，先計(jì)算接收到的字符串的CRC校驗(yàn)碼，再將此計(jì)算CRC校驗(yàn)碼與接收CRC校驗(yàn)碼相比較，兩者相同則視為數(shù)據(jù)傳輸正確，否則視為數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤。

4 結(jié)語(yǔ)

該文針對(duì)室內(nèi)格柵燈照明搭建了室內(nèi)照明精確控制系統(tǒng)。根據(jù)自然照明環(huán)境和空間使用情況，定時(shí)或手動(dòng)的通過系統(tǒng)控制面板來控制室內(nèi)的任何一盞格柵燈的任何一只燈管的工作狀態(tài)，并將其工作狀態(tài)實(shí)時(shí)的在系統(tǒng)控制面板上進(jìn)行顯示。在保證照明質(zhì)量的前提下盡可能的減少格柵燈的使用數(shù)量，從而達(dá)到照明節(jié)能的目的，同時(shí)控制面板還留有接口供上層開發(fā)。實(shí)驗(yàn)證明本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低、可靠性高，是值得采用的照明節(jié)能控制方案之一。

參考文獻(xiàn)

[1] 陶小環(huán)，賈睿新.論樓宇智能照明控制系統(tǒng)的應(yīng)用與研究[J].中小企業(yè)管理與科技（上旬刊），2011（2）：265-266.

[2] 楊立彪.C-bus智能照明控制系統(tǒng)與節(jié)能[J].智能建筑與城市信息，2005（11）.

[3] 陳悅婷.淺談智能照明控制系統(tǒng)和應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2013（5）.endprint