郭蕓君 丁學(xué)用

（三亞學(xué)院理工學(xué)院，海南 三亞 572022）

基于CC1100無線通信模塊的智能照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)

郭蕓君 丁學(xué)用

（三亞學(xué)院理工學(xué)院，海南 三亞 572022）

設(shè)計(jì)采用CC1100無線通信模塊和AT89C52RC單片機(jī)為主控芯片構(gòu)成的無線通信智能照明系統(tǒng)，可遠(yuǎn)程通過控制模塊來設(shè)置照明模塊的開關(guān)、亮暗調(diào)節(jié)，也可通過光敏電阻自行調(diào)整亮度。該系統(tǒng)具備開發(fā)成本低、操作簡單、維護(hù)方便的優(yōu)點(diǎn)，具有一定的市場推廣價(jià)值。

CC1100;無線通信;智能照明;控制

1 引言

隨著人們生活水平的不斷提高，人們對生活品質(zhì)提出了更高的要求。采用傳統(tǒng)簡易開關(guān)控制的照明系統(tǒng)只能夠滿足照明的基本需求，很難滿足不同消費(fèi)者在不同環(huán)境下對照明氛圍、照明亮度、照明效果、節(jié)能要求等方面的需求。因此，如何實(shí)現(xiàn)照明控制系統(tǒng)的智能化已成為當(dāng)今智能家居系統(tǒng)迫切需要解決的問題之一。

雖然目前國內(nèi)有很多企業(yè)在智能照明控制系統(tǒng)產(chǎn)品在穩(wěn)定性、功能定位等方面已經(jīng)取得了長足進(jìn)步，且新型產(chǎn)品也在不斷地開發(fā)、研制、推廣，但是，無論是照明設(shè)備行業(yè)，還是智能家居領(lǐng)域，整體基礎(chǔ)較為薄弱[1]。由于市場的需求量仍然很大，為了滿足消費(fèi)者對高效節(jié)能、管理簡單、成本較低的需求，本文在面向智能照明控制系統(tǒng)的研究設(shè)計(jì)上，完成了一種由單片機(jī)控制、低成本的無線程控智能照明系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)方案

根據(jù)無線程控交流電照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則、功能要求以及系統(tǒng)整體構(gòu)架，系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和選擇要能夠完成系統(tǒng)的功能，還需考慮低成本、使用便捷、可擴(kuò)展性等要求。本設(shè)計(jì)采用了CC1100無線通信模塊，aT89C52RC為主控芯片以及相應(yīng)的外圍電路構(gòu)成的智能照明系統(tǒng)。系統(tǒng)方框圖如圖1和圖2所示。系統(tǒng)主要是由遠(yuǎn)程控制端、照明終端及無線通信模塊構(gòu)成。其中，遠(yuǎn)程控制端是由aT89C52單片機(jī)、LCD1602、4X4矩陣按鍵和無線通信子模塊組成的。照明終端是由aT89C52單片機(jī)、調(diào)節(jié)電路、光敏電阻和無線通信子模塊組成[2]。

整個(gè)系統(tǒng)工作過程如下：

用戶遠(yuǎn)程控制時(shí)，遠(yuǎn)程控制端和照明終端的無線通信子模塊需配對，遠(yuǎn)程控制端通過矩陣按鍵將用戶的命令傳送給單片機(jī)，并在LCD1602上顯示用戶的命令，同時(shí)，單片機(jī)再將用戶的命令通過無線通信子模塊傳送給照明終端。當(dāng)照明終端收到命令后，由單片機(jī)控制調(diào)節(jié)電路將用戶的命令實(shí)現(xiàn)。

圖1 照明終端框圖

圖2 遠(yuǎn)程控制端框圖

3 主要模塊介紹

3.1 aT89C52RC最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)

aT89C52是片內(nèi)有ROM/FPEROM的單片機(jī)，這種芯片構(gòu)成的最小系統(tǒng)簡單、可靠。用aT89C52單片機(jī)構(gòu)成最小應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，只要將單片機(jī)接上時(shí)鐘電路和復(fù)位電路即可[3]。由于集成度的限制，最小應(yīng)用系統(tǒng)只能用作一些小型的控制單元[4]。

3.2 無線通信模塊

無線通信模塊采用的是低功耗射頻芯片CC1101，相比NRF24L01+通信距離更遠(yuǎn)，穿透性更好。相比Si4432通信速率更高，功耗更低。

無線通信模塊以半雙工的方式傳送數(shù)據(jù)。兩個(gè)模塊的波特率和通信頻道必須設(shè)為一樣的。如果周圍有多個(gè)模塊，頻道的設(shè)置就很有必要了，因?yàn)轭l道數(shù)一樣的模塊間，數(shù)據(jù)都是透傳的[5]。本設(shè)計(jì)的無線通信模塊默認(rèn)設(shè)置是：通信波特率9600，無線通信頻道001。

3.3 調(diào)光電路設(shè)計(jì)

調(diào)光電路通過單片機(jī)控制雙向可控硅的導(dǎo)通來實(shí)現(xiàn)照明終端設(shè)備亮度的調(diào)整。雙向可控硅的特點(diǎn)是導(dǎo)通后即使觸發(fā)信號去掉，它仍將保持導(dǎo)通；當(dāng)負(fù)載電流為零(交流電壓過零點(diǎn))時(shí)，它會自動(dòng)關(guān)斷。所以需要在交流電的每個(gè)半波期間都要送出觸發(fā)信號，觸發(fā)信號的送出時(shí)間就決定了燈泡的亮度。調(diào)光的實(shí)現(xiàn)方式就是在過零點(diǎn)后一段時(shí)間才觸發(fā)雙向可控硅開關(guān)導(dǎo)通，這段時(shí)間越長，可控硅導(dǎo)通的時(shí)間越短，燈的亮度就越低；反之，燈就越亮。這就要求確定交流電源同步信號的過零點(diǎn)，并以此為基礎(chǔ)，控制觸發(fā)信號觸發(fā)角的大小，達(dá)到照明終端設(shè)備亮度調(diào)節(jié)的目的[5]。交流電源同步信號的產(chǎn)生如圖3電路所示。

如圖4所示控制信號通過控制三極管的導(dǎo)通來控制光耦三極管EL817的導(dǎo)通，光耦三極管EL817的導(dǎo)通又控制光耦雙向可控硅MOC33021的導(dǎo)通，再用MOC3021控制雙向可控硅BTa16的導(dǎo)通，從而控制照明設(shè)備的開關(guān)。

3.4 液晶顯示電路設(shè)計(jì)

照明終端的亮度等級，通過LCD1602液晶顯示器在遠(yuǎn)程控制終端上顯示。LCD1602液晶顯示屏的D0～D7八個(gè)數(shù)據(jù)引腳與aT89C52單片機(jī)的P0的八個(gè)I/O口相連，通過單片機(jī)的I/O口將處理好的BCD碼傳輸給LCD1602的8個(gè)數(shù)據(jù)口。LCD1602的控制信號端RS、RW、EN分別連接P2.7、P2.6、P2.5三個(gè)I/O口，GND引腳接上電源地，VCC和VL同時(shí)連接+5V電源，背光正極BL+通過一個(gè)滑動(dòng)變阻器與+5V電源相連，這樣改變滑動(dòng)變阻器的阻值就能改變液晶顯示屏的背光強(qiáng)度，背光負(fù)極BL-接地。

3.5 按鍵控制電路設(shè)計(jì)

按鍵鍵盤采用的是陣列式，可以最大限度地使用單片機(jī)資源。陣列式按鍵鍵盤是將各個(gè)開關(guān)排列成行和列的陣列結(jié)構(gòu)。其中，單片機(jī)的I/O接口一部分作為行線，一部分作為列線，按鍵布置在行線和列線的交叉點(diǎn)上。采用3*3陣列式按鍵鍵盤，只是用其中的8個(gè)按鍵，剩下的1個(gè)則是無功能按鍵。其中0鍵代表開，1鍵代表關(guān)，2鍵代表使用鍵盤控制亮度變化，3鍵代表亮度等級加1，4鍵代表亮度等級減1，5鍵代表使用滑動(dòng)變阻器控制照明設(shè)備亮度連續(xù)變化，6鍵代表使用光敏電阻控制照明設(shè)備亮度變化，7鍵無功能，8鍵代表加1、減1功能的使用。

圖3 同步信號產(chǎn)生電路

圖4 可控硅觸發(fā)電路

4 結(jié)束語

采用CC1100無線通信模塊，aT89C52RC為主控芯片以及相應(yīng)的外圍電路構(gòu)成的無線程控交流電照明系統(tǒng)，可以擺脫有線束縛，具有低成本、使用便捷、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。目前，由于我國居民消費(fèi)水平整體不高，而市面上的家居產(chǎn)品大多是高端產(chǎn)品，系統(tǒng)過于龐大，價(jià)格昂貴，因此普及率很低[8]。基于單片機(jī)控制的智能照明系統(tǒng)因其成本低，在家居市場上的應(yīng)用會越來越廣泛，具有一定的市場推廣價(jià)值。

[1]陳功．樓宇智能照明控制設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D]．電子科技大學(xué)，2014．3．

[2]穆云田．基于單片機(jī)控制的直流恒流源的設(shè)計(jì)[D]．天津：河北工業(yè)大學(xué)，2007．

[3]郭巧惠．基于AT89C51單片機(jī)智能電動(dòng)小車設(shè)計(jì)[J]．福建電腦，2009，10：139-140．

[4]王幸之．單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)抗干擾技術(shù)/單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)叢書[M]．北京航空航天大學(xué)出版社，2000．

[5]楊輝．基于MSP430和CC1100組成的無線集抄系統(tǒng)[J]．河南科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2008，36(4)：101-105．

[6]白曉亮．基于嵌入式Linux系統(tǒng)的無線智能家居控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D]．河北大學(xué)，2014．

[7]唐鵬光；付蔚．基于無線傳感網(wǎng)智能家居照明控制系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)[J]．世界電子元器件，2012：52-55．

[8]譚浩廣．基于虛擬儀器的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組故障診斷系統(tǒng)開發(fā)與實(shí)驗(yàn)研究[D]．內(nèi)蒙古科技大學(xué)，2013．

Design of Intelligent Lighting System Based on CC1100 Wireless Communication Module

Guo Yunjun Ding Xueyong
(Engineering Branch,Sanya College Hainan University，Hainan572022,Sanya)

Wireless intelligent lighting system is designed using CC1100 wireless communication module and aT89C52RC MCU as the main control chip.It can set the lighting module by the remote control module,and also can adjust the brightness through the photosensitive resistance.The system has the advantages of low cost,simple operation and convenient maintenance, which has certain market value.

CC1100;wireless communication;intelligent lighting;control

G242

a

1008-6609(2016)03-0025-03

郭蕓君，女，海南瓊海人，本科，實(shí)驗(yàn)師，研究方向：通信實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究。

海南省教育廳教改項(xiàng)目，項(xiàng)目編號：Hnjg2015-61。