摘 要：文章針對傳統(tǒng)夜景光立方存在的控制線路安裝不易、易受腐蝕、維護成本高，費電等不足。提出了一種基于NRF24CL01無線傳輸?shù)囊咕肮饬⒎娇刂品桨?，主要由無線發(fā)送端、無線接收端以及燈光控制電路三大部分組成。系統(tǒng)主要功能是實現(xiàn)以無線的方式遠距離對夜景燈顯示圖案進行按鍵切換，并可依據(jù)環(huán)境光線的亮暗程度自動控制夜景燈啟動，實現(xiàn)節(jié)能目的。

關鍵詞：夜景燈；無線控制；節(jié)能

引言

隨著城市的發(fā)展，絢麗的建筑夜景正成為一個鮮明的城市名片。夜景燈對市容是提升，旅游業(yè)的繁榮，有著顯著效益。目前夜景燈的控制以有線形式為主，但由于控制線路長期暴露在露天環(huán)境下，在復雜多變的天氣條件下，無疑會使線路受到腐蝕及傷害，減少線路壽命。隨著近年來無線技術的迅速發(fā)展，越來越往小型化、智能化、便捷化發(fā)展，因此很多控制領域現(xiàn)在都廣泛采用無線方式。此外，在當今的信息化、網(wǎng)絡化時代，計算機已成為人們工作生活中不可缺少的基本工具，其中人們接觸最多的就是微型計算機。因此，設計一個可以通過無線方式控制燈光，并且可以智能控制運行狀態(tài)，不僅可以免去很多麻煩，還具有良好的市場應用前景。

1 系統(tǒng)方案設計

目前夜景燈的安裝位置高，不適合大規(guī)模布線。因此，文章采用NRF24短距離無線通信技術。該技術可以進行點對點通信，也可以進行多點通信，具有成本低廉，使用方便等特點。NRF24L01主要采用GFSK調制方式，工作于2.4 GHz～2.5 GHz ISM頻段。此外，其外圍電路設計簡單，芯片功耗低，在戶外傳輸距離可達到40～50米，滿足目前夜景燈的各種控制要求。

夜景燈控制器以STC12C5A60S2單片機為控制核心，光敏電阻電路根據(jù)環(huán)境亮度的變化向單片機發(fā)送信息。單片機將接收到的信息通過NRF24L01無線射頻模塊向接收端傳送，進而控制光立方電路的工作?？刂迫藛T也可通過按鍵電路傳遞觸發(fā)信息，然后經(jīng)由單片機處理，無線模塊傳輸，最終切換光立方的顯示圖案。這既包含了本地自適應節(jié)能控制，也包含了遠程遙控功能。

2 系統(tǒng)收發(fā)端硬件設計

夜景燈光控制系統(tǒng)主要由命令發(fā)送端、命令接收端及光立方燈光控制電路三部分組成。發(fā)送端硬件電路有：STC12C5A60S2控制電路、光敏電阻檢測電路、按鍵檢測電路、電源電路、無線射頻模塊；接收端的硬件電路有：STC12C5A60S2控制電路、無線射頻模塊、電源電路等。

如圖2所示是單片機的外圍設計原理圖，其中單片機晶振電路的起振電容C1、C2一般采用是在15～33pF這個范圍內，因此本電路采用的20p電容；P0口為開漏輸出，當作為輸出口時需加上拉電阻，一般采用10K的排阻。其他IO口內部集成有上拉電阻，可直接作為輸出口。

圖3為光敏檢測電路，當有光照時，光敏電阻阻值下降，則V2>V3即反向端電壓大于同向端電壓，則比較器LM324輸出端輸出低電平0給單片機；當無光照時，光敏電阻阻值變大，則V2

光立方夜景燈采用512個led以8×8×8的形式排列，2個垂直的面各有64個底座進行固定，側面的的負極連接64跟線分別接到4片74HC15，底面的底座每行共接，然后接出8跟正極接到一片74HC245芯片。如圖4所示，最后整個光立方電路共有16根數(shù)據(jù)線分別與單片機進行相連。

3 系統(tǒng)軟件設計

3.1 系統(tǒng)整體工作流程

設備一上電，單片機初始化，無線模塊初始化，發(fā)送端初始化為發(fā)送模式，接收端為接收模式。發(fā)送端當有按鍵被觸發(fā)或者光敏檢測電路返回環(huán)境亮度數(shù)據(jù)時，才會執(zhí)行發(fā)送函數(shù)，發(fā)送完命令后，等待下一次的被觸發(fā)。接收端等待來自發(fā)送端的數(shù)據(jù)，處于接收模式。當接收端接收到命令后，控制切換光立方電路。

3.2 發(fā)送端程序設計

發(fā)送端程序初始化后，進入主程序循環(huán)：程序不斷掃描檢測P2.7口（對應光敏檢測電路的輸出端），如果P2.7為1時（黑暗條件），則進入按鍵檢測程序。若按鍵按下的話，則把TxBuf數(shù)組賦值為相關序號，執(zhí)行發(fā)送函數(shù)；如果P2.7為低電平0時（明亮條件），則把TxBuf數(shù)組賦值為相關序號，然后執(zhí)行發(fā)送函數(shù)。

3.3 接收端程序設計

接收端程序初始化后，進入主程序循環(huán)：通過if語句檢測nRF2

4L01_RxPacket（RxBuf）函數(shù)，如果收到數(shù)據(jù)nRF24L01_RxPacket函數(shù)的返回值revale會置1。依據(jù)收到的命令RxBuf 數(shù)組執(zhí)行display函數(shù)，光立方顯示對應的圖案或者關閉。

3.4 無線通訊程序設計

發(fā)送模式的過程：將寄存器中的PWR_UP設置為低電平；當單片機有數(shù)據(jù)要發(fā)送時，將接收節(jié)點地址和有效數(shù)據(jù)通過SPI接口寫入NRF24L01的寄存器。當CSN為低電平時，寫入寄存器內等待發(fā)送；設置CE為高電平時，啟動芯片進行發(fā)射。CE為高電平的時間至少要10us；啟動內部時鐘，MCU設置發(fā)送速度為1Mbps或2Mbps，無線發(fā)射數(shù)據(jù)。

接收模式的過程：將寄存器中的PWR_UP設置為高電平；設置所使用的數(shù)據(jù)通道、自動應答功能和有效數(shù)據(jù)寬度等；設置CE為高電平進入接收模式；130us后NRF24L01對空中信息進行檢測；若收到有效的數(shù)據(jù)段后，數(shù)據(jù)會存儲在RxBuf數(shù)組中，同時將RX_DR位置成高電平；若啟動自動應答功能，芯片會發(fā)送接收成功的應答信號；單片機設置CE腳為低，進入待機模式。

4 結束語

文章就目前夜景燈控制器存在的一些缺陷提出了一種智能化、便捷的無線夜景燈控制系統(tǒng)。分別從硬件和軟件兩方面對該系統(tǒng)進行詳細介紹，硬件部分主要包括：單片機控制電路、光敏電阻檢測電路、按鍵檢測電路、無線射頻電路、光立方電路等；軟件部分主要包括：NRF24L01程序、光立方程序、燈光控制程序、按鍵檢測程序等。

系統(tǒng)采取了模塊化設計的思路，將硬件和軟件都進行模塊化設計，降低了硬件和軟件的復雜性，進一步提高了系統(tǒng)的可靠性。該系統(tǒng)不但實現(xiàn)了無線遠距離對夜景燈顯示圖案進行切換，還能智能地根據(jù)白天與黑夜對燈光進行控制。因此，本系統(tǒng)具有較高的應用價值和實踐意義。

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