智能照明系統(tǒng)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)

許馨尹

摘 要：在充分研究物聯(lián)網(wǎng)和人工智能領(lǐng)域最新熱點(diǎn)技術(shù)的前提下，提出并設(shè)計(jì)一款智能照明動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)器。智能照明系統(tǒng)通過Android智能手機(jī)藍(lán)牙無線媒介實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)地對(duì)LED燈具開關(guān)及亮度狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整和控制。將單片機(jī)芯片STC89C52作為核心控制器，并通過單片機(jī)實(shí)現(xiàn)BT06藍(lán)牙指令的解析，以LED燈為光源，運(yùn)用PWM原理控制LED的亮度和開光狀態(tài)。結(jié)果表明，該智能照明動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)器能夠迅速精準(zhǔn)地管理燈具的亮度以及開關(guān)狀態(tài)，且成本低廉，具有良好的操作性。

關(guān)鍵詞：智能照明;動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)器; LED;單片機(jī);藍(lán)牙; PWM原理

中圖分類號(hào)：TP272文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：2095-1302（2019）08-00-02

0 引 言

我國照明用電量占總用電量的10%～12%，照明節(jié)能的潛力巨大[1]。在人員密集的辦公樓、寫字樓等對(duì)照明的質(zhì)量要求也越來越高，且辦公寫字樓照明已不再是簡單地通過增加照明燈具的方式來提高照明的舒適度[2]。而使用適當(dāng)?shù)恼彰骺刂萍夹g(shù)不僅能提高人眼的舒適性，還能降低能耗。因此，近年來智能照明的控制受到了廣泛的關(guān)注，尤其是在空間和時(shí)間的范圍內(nèi)基于自適應(yīng)人工照明控制領(lǐng)域[3-5]。研究表明，不同的用戶可能需要不同程度的照明，不僅可以提高用戶滿意度，還能提高工作效率。隨著科技的發(fā)展，手機(jī)已成為人人必備的工具，若將當(dāng)下成熟的智能手機(jī)技術(shù)及人工智能領(lǐng)域方面的技術(shù)相結(jié)合用于智能照明系統(tǒng)的開發(fā)，就可避免傳統(tǒng)照明在開發(fā)時(shí)對(duì)面板的過度依賴。本文在當(dāng)下人工智能等研究背景下，提出并設(shè)計(jì)了一款智能照明動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)器。

1 設(shè)計(jì)流程

1.1 智能照明動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)是以單片機(jī)為核心，用手機(jī)作為上位機(jī)，以單片機(jī)最小系統(tǒng)與藍(lán)牙模塊作為下位機(jī)，通過將單片機(jī)藍(lán)牙和手機(jī)藍(lán)牙相連接，手機(jī)發(fā)送指令來控制藍(lán)牙模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)燈具亮度的控制。手機(jī)與單片機(jī)在藍(lán)牙通信系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，能夠構(gòu)成一個(gè)共享信息的網(wǎng)絡(luò)。就功能分析，智能照明系統(tǒng)有4個(gè)主要模塊：藍(lán)牙模塊型號(hào)為BT06;燈光模塊采用不同的LED燈;電源模塊采用5 V直流電供電;單片機(jī)模塊選用STC89C52單片機(jī)。系統(tǒng)主要分為兩部分：遠(yuǎn)程控制部分Android手機(jī)終端和功能部分智能控制終端。Android手機(jī)將藍(lán)牙API接口從上位機(jī)程序調(diào)用，控制內(nèi)部藍(lán)牙設(shè)備，以執(zhí)行數(shù)據(jù)傳輸和控制。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。其中單片機(jī)最小系統(tǒng)、晶振電路、復(fù)位電路等不贅述，在此僅對(duì)基于PWM 的LED燈的調(diào)光設(shè)計(jì)及其原理、藍(lán)牙通信模塊、APP手機(jī)藍(lán)牙客戶端的設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)闡述。

1.2 LED燈調(diào)光設(shè)計(jì)及其原理

PWM脈沖信號(hào)由單片機(jī)引腳產(chǎn)生，當(dāng)引腳為高電平時(shí)，LED燈亮，當(dāng)引腳為低電平時(shí)，LED燈滅;定時(shí)器T0溢出中斷設(shè)置為1/1 000 s，每10個(gè)脈沖為一個(gè)周期[6]（頻率為100 Hz）。為了保證LED燈亮度足夠亮，如果是串聯(lián)電阻的話，可能LED亮度不夠，無法直觀地看到亮度的變化，導(dǎo)致操作不明顯。為了保證LED燈亮度足夠亮，需要用到降壓芯片，使電壓降到3.3 V與LED燈驅(qū)動(dòng)電路相連接。圖2為降壓芯片，低電平導(dǎo)通，高電平段接降壓芯片后的3.3 V電壓。

1.3 藍(lán)牙通信模塊

對(duì)于系統(tǒng)藍(lán)牙通信模塊而言，其重點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)手機(jī)藍(lán)牙指令的接收和與單片機(jī)的直接數(shù)據(jù)通信。智能照明藍(lán)牙通信系統(tǒng)包含以下兩部分。

（1）手機(jī)藍(lán)牙端用來對(duì)智能照明藍(lán)牙接收端發(fā)送A，B，

C，D指令，分別代表控制燈具的開啟、關(guān)閉、亮度+與亮度-。其中，亮度+和亮度-是連續(xù)可調(diào)，滿足用戶個(gè)性化的照明。

（2）主程序主要是在單片機(jī)的控制下，對(duì)藍(lán)牙模塊輸入的信息進(jìn)行存儲(chǔ)分析，控制LED驅(qū)動(dòng)電路，以達(dá)到控制燈具的目的。單片機(jī)定時(shí)讀取藍(lán)牙模塊的串口數(shù)據(jù)，若串口數(shù)據(jù)被讀出，則對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

1.4 APP手機(jī)藍(lán)牙客戶端的設(shè)計(jì)

智能照明系統(tǒng)藍(lán)牙端APP是基于Android Studio軟件第三方開發(fā)平臺(tái)而設(shè)計(jì)。Android Studio具有許多非常高效的特性，如：集成Gradle的打包工具;效果簡潔可視化;可以拖拽的UI操作;代碼自動(dòng)補(bǔ)全等[9-10]。該軟件適應(yīng)于沒有計(jì)算機(jī)APP專業(yè)知識(shí)的用戶，基于此平臺(tái)可進(jìn)行智能照明手機(jī)控制端APP項(xiàng)目的開發(fā)。因此本文選擇Android Studio軟件開發(fā)平臺(tái)開發(fā)安卓APP，在一定程度上簡化了開發(fā)者的工作量與APP開發(fā)的難度。智能照明APP開發(fā)界面如圖4所示。智能照明APP控制界面如圖5所示。

首先連接藍(lán)牙按鍵與智能照明系統(tǒng)的藍(lán)牙接收端，當(dāng)手機(jī)藍(lán)牙的客戶端與照明系統(tǒng)藍(lán)牙的服務(wù)端模塊確認(rèn)連接后，用戶即可通過圖5所示的APP控制界面的打開、關(guān)閉、亮度+、亮度-等指令分別控制LED燈具的亮、滅及亮度連續(xù)調(diào)節(jié)等，滿足用戶的個(gè)性化需求。

2 結(jié)果分析

本文設(shè)計(jì)的智能照明系統(tǒng)能以手機(jī)控制平臺(tái)、藍(lán)牙通信模塊、單片機(jī)控制模塊及電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊等硬件模塊，實(shí)現(xiàn)照明燈具的亮、滅及亮度連續(xù)調(diào)節(jié)等功能，且功能容易實(shí)現(xiàn)并能激發(fā)開發(fā)者的興趣。本文以4組燈具作為案例，界面分為4組LED，通道號(hào)上方為LED當(dāng)前亮度，通道號(hào)下方為LED開關(guān)指示燈，當(dāng)點(diǎn)擊“開”按鈕，指示燈亮起，物理系統(tǒng)中的LED燈珠工作，亮度適中，亮度顯示值

為“128”。在LED“開”的狀態(tài)下，亮度可調(diào)，物理系統(tǒng)LED接受“亮度調(diào)節(jié)”控制，輸出對(duì)應(yīng)程度的光照。隨機(jī)選取某一工況下APP界面如圖6所示。

該智能照明系統(tǒng)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)器可實(shí)現(xiàn)如圖6所示的功能，該APP界面設(shè)置了調(diào)節(jié)按鈕和滑動(dòng)桿，按鈕可實(shí)現(xiàn)亮度的微調(diào)，滑動(dòng)桿可實(shí)現(xiàn)粗調(diào)。具體操作如下。

（1）亮度調(diào)節(jié)按鈕。當(dāng)點(diǎn)擊“+”，LED 亮度增加，每次自增1，加至255后，一直保持，此時(shí)LED為最亮;當(dāng)點(diǎn)擊“-”，LED亮度減弱，每次自減1，減至1后，一直保持，此時(shí)LED為最暗。

（2）亮度滑動(dòng)桿。點(diǎn)擊紅色拖動(dòng)塊，拖動(dòng)鼠標(biāo)實(shí)現(xiàn)亮度快速調(diào)節(jié)，最大為255，最小為1。

3 結(jié) 語

本文設(shè)計(jì)的智能照明系統(tǒng)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)器以STC89C52單片機(jī)為核心，通過藍(lán)牙通信控制APP和單片機(jī)，以LED燈為光源，運(yùn)用PWM原理控制LED的亮度和開關(guān)狀態(tài)。結(jié)果表明，該智能照明動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)器能夠迅速精準(zhǔn)地管理燈具的亮度以及開關(guān)狀態(tài)，且成本低廉，具有良好的操作性;并且該智能照明系統(tǒng)融合了物聯(lián)網(wǎng)和智能家居產(chǎn)品的熱門技術(shù)，具有一定的科研價(jià)值。

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