智能燈光控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

趙佳澤 蔣新海 董雨鑫 王娜娜 王浩

【摘 要】智能燈光控制系統(tǒng)是智能家居的主要應(yīng)用之一。本文介紹了一種基于單片機(jī)的智能燈光控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要涉及的模塊主要有stm32單片機(jī)為核心、射頻卡、超聲波模塊、液晶屏等等，本文首先闡述智能燈光控制系統(tǒng)的發(fā)展概況和智能燈光控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，然后詳細(xì)介紹一些重要的硬件設(shè)計和關(guān)鍵軟件設(shè)計。結(jié)果表明，該系統(tǒng)可以實現(xiàn)良好的性能。

【關(guān)鍵詞】智能；燈光；控制；

一、引言

隨著電子信息和計算機(jī)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，智能家居系統(tǒng)如今變得越來越重要。智能燈光控制系統(tǒng)是智能家居最基礎(chǔ)但最重要的部分，我們期望我們的研究能夠向人們展示智能家居將來的發(fā)展方向，傳統(tǒng)的照明控制方式主要有兩種：一種是有線方式，這種方式只能由專業(yè)人員進(jìn)行安裝，當(dāng)您的房屋進(jìn)行裝修時，很難移動到另一個位置。另一個是私有標(biāo)準(zhǔn)的無線方式，雖然無線方式意味著我們不需要任何電線，因為它是專有協(xié)議，因此產(chǎn)品昂貴并不能大面積的使用。在當(dāng)今，世界主要問題仍然是浪費(fèi)能源或如何開發(fā)新能源的問題，尤其是在20世紀(jì)后期，許多科學(xué)家提出了這樣的觀點(diǎn)，我國的政策是節(jié)能減排，能源問題是解決其他問題的關(guān)鍵。在上述背景下，可以深刻地感受到學(xué)校以及大型企業(yè)的用電浪費(fèi)尤其嚴(yán)重，特別是許多教室沒有同學(xué)上課但是卻有燈光，酒店的大廳雖然沒有人，但它一直有燈光，所以對于酒店、學(xué)校、實驗室等等大型企業(yè)來說，這種現(xiàn)象非常嚴(yán)重。根據(jù)調(diào)查，在人們生活中需要一種便捷的開關(guān)燈的方式，如今已有聲控的開關(guān)，但是它需要聲信號才可使燈變亮，但是在一些場合、場所往往不適合發(fā)聲，另外聲控裝置在一段時間沒有接受聲信號時會熄滅，而無線智能距控?zé)艄馇∏∧芙鉀Q這方面的問題。超聲波無線智能燈光操作簡便，根據(jù)檢測距離的改變從而改變燈光的亮暗，無需人為的手動控制。從而減少了手動觸發(fā)的不便性和安全隱患。在技術(shù)人員和團(tuán)隊的共同努力下，產(chǎn)品從剛開始的設(shè)計階段變成現(xiàn)實產(chǎn)品，不斷優(yōu)化改進(jìn)，所以面對這種情況，我們應(yīng)該研究如何解決這個問題，本文主要是以32單片機(jī)為主控制電路，并穿插了一些輔助電路模塊，以實現(xiàn)測試系統(tǒng)的開發(fā)和調(diào)試。包括數(shù)據(jù)采集模塊，超聲波模塊，串行通信模塊以及電路設(shè)計和軟件開發(fā)的實施。

二、設(shè)計思路及硬件選擇

對于智能照明系統(tǒng)，通常分為硬件和軟件部分。硬件部分主要采用32單片機(jī)作為核心部件，主要原因是32單片機(jī)的性價比也很高且穩(wěn)定。另外還有一些輔助模塊，如時鐘模塊，紅外管模塊、超聲波模塊等。軟件是仿真電路圖的主要部分，主要用C語言編程，調(diào)試，然后使用相關(guān)軟件進(jìn)行仿真。系統(tǒng)設(shè)計的主要核心是控制器的選擇。

方案一：使用32單片機(jī)控制器作為系統(tǒng)控制器，由于其功耗低，體積小，技術(shù)成熟，成本低等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域，而且他的引腳少，在硬件上很容易實現(xiàn)，也具有較好的抗干擾性能。

方案二：MSP43OF149系列單片機(jī)為系統(tǒng)控制器。MSP430F149系列單片機(jī)可以實現(xiàn)各種復(fù)雜的邏輯功能，大模塊，高密度是他的特點(diǎn)，它將所有器件集成在一個芯片上，縮小尺寸，提高穩(wěn)定性。

由于MSP430F149系列的價格比32單片機(jī)貴得多，而且該設(shè)計一般沒有處理速度要求，即不需要太高的處理速度，綜合考慮設(shè)計單片機(jī)的性能和優(yōu)點(diǎn)，本設(shè)計選擇方案一。

三、系統(tǒng)硬件設(shè)計

Stm32單片機(jī)，stm32單片機(jī)是一款低電壓，高性能微控制器，工作電壓范圍為2.0V至3.6V，工作溫度范圍：-40°至+85°或105°，帶校準(zhǔn)用于RTC的32kHz的晶振，2通道12位D/A轉(zhuǎn)換器。另外在stm32單片機(jī)下載過程中，如果出現(xiàn)電源故障，下載失敗提示，stm32單片機(jī)內(nèi)部原有的下載原始數(shù)據(jù)保留在里面，仍然可以在卡插槽上運(yùn)行，如果有其他程序數(shù)據(jù)，必須重新下載。

復(fù)位電路。復(fù)位電路主要是一個恢復(fù)電路的裝置，它的主要功能與計算器相相似，不同之處在于起始時刻，原理也稍有不同。計算器主要是按下“OFF”按鈕來實現(xiàn)清除，但是復(fù)位電路不是同一個，恢復(fù)電路前的狀態(tài)是要自己操作的，如果要自動執(zhí)行的話必須寫入程序才能實現(xiàn)自動實現(xiàn)復(fù)位功能。

顯示模塊電路。在這個系統(tǒng)設(shè)計中，LED數(shù)碼管的設(shè)計也非常的重要，四位數(shù)碼管顯示模塊是一些二極管和其他電子元件是通過內(nèi)部線相連接的，當(dāng)給上述某些段添加電壓使其發(fā)光，而同時根據(jù)需要不給其他段電壓，即可以實現(xiàn)數(shù)碼管顯示出不同的圖案，這些段分別是由字母a、b、c、d、e、f、g、dp表示，可以用來表示數(shù)字或者字符。

超聲波模塊。由于超聲波的特性和優(yōu)越性，超聲波用于檢測被廣泛應(yīng)用于社會的各個領(lǐng)域。超聲波不僅僅可以檢測到物體的存在，通過發(fā)射超聲波和接收超聲波皆可證明證明前方有障礙物，一些特殊材料幾乎可以百分之百反射超聲波，也有一些特殊物質(zhì)幾乎不反射超聲波而是吸收了超聲波，如棉花、毛發(fā)等，超聲波也是一種振動，由于本設(shè)計需要檢測的距離也很短，所以超聲波傳感器模塊選用普通的HC-SR04即可。

時鐘電路。單片機(jī)的時鐘電路與振蕩器是密不可分的，時鐘按照我的理解也就是一定頻率脈沖，或者是電信號，振蕩器可以產(chǎn)生脈沖也就是說振蕩器可以產(chǎn)生時鐘，單片機(jī)內(nèi)部也帶有振蕩器，就是所謂的晶振，也可以在單片機(jī)外部連接振蕩器，不管怎樣這兩種方法都可以產(chǎn)生時鐘[1]。

四、結(jié)語

調(diào)試和實現(xiàn)操作由兩部分組成，第一部分是設(shè)置時間，第二部分是設(shè)置開始時間和結(jié)束時間的時間，第三部分是模式切換和手動切換。正常情況下，可以實時顯示。綜上所述，本文采用一個簡單的stm32單片機(jī)作為主控制電路，并穿插一些輔助電路模塊，以實現(xiàn)測試系統(tǒng)的開發(fā)和調(diào)試包括數(shù)據(jù)采集模塊，串行通信模塊以及電路設(shè)計，可以進(jìn)行定位，如晚上到教室的橫向超聲波模塊檢測與縱向超聲波模塊檢測，等人達(dá)到一定數(shù)量后教室的燈都亮，等人離開后燈過一段時間自己熄滅，另外也可手動進(jìn)行開關(guān)。此外裝置可以檢測同學(xué)信息，用于上課簽到，有上位機(jī)進(jìn)行信息反饋?？捎糜诮虒W(xué)樓樓道、家門口、高級酒店、小區(qū)住房等等，比聲控更加便捷。

【參考文獻(xiàn)】

[1]呂圳. LED智能照明控制系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用[J]. 建材發(fā)展導(dǎo)向（上），2015，（6）.