王 旋

貴州電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，貴州 黔東南 556000

0 引言

隨著時(shí)代的發(fā)展，人們對于照明系統(tǒng)的要求越來越高，照明系統(tǒng)也在朝著智能化方向發(fā)展。智能照明系統(tǒng)是將電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)等融入照明系統(tǒng)當(dāng)中，形成一個(gè)整體，實(shí)現(xiàn)有效的照明管理和控制，從而提高人們的生活質(zhì)量。文章主要以基于單片機(jī)的室內(nèi)智能照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)為主要內(nèi)容，在實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)照明功能的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)智能化的管理，同時(shí)減少電源的浪費(fèi)。

1 室內(nèi)智能照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)的背景

在當(dāng)前社會(huì)，由于信息產(chǎn)品的普及，智能家電的種類也越來越豐富。在人們生活質(zhì)量提高的同時(shí)，部分人并不注重節(jié)約資源，自覺性和節(jié)約意識較為薄弱。例如，即使在光線充足的情況下依舊會(huì)打開照明設(shè)備，或是由于著急出門以及其他原因忘記關(guān)閉照明設(shè)備，造成資源的浪費(fèi)。此外，一般室內(nèi)照明系統(tǒng)運(yùn)用的是人工管理方式，需要手動(dòng)開啟或關(guān)閉燈光開關(guān)，因而會(huì)在一定程度上造成資源浪費(fèi)。隨著現(xiàn)階段自動(dòng)化技術(shù)越來越成熟，針對照明系統(tǒng)也研制出了單片機(jī)的室內(nèi)智能照明系統(tǒng)，燈光的管理越來越自動(dòng)化和智能化。比如，公共衛(wèi)生間、停車場、樓道等區(qū)域的燈光，都應(yīng)用了自動(dòng)控制功能，使室內(nèi)燈光也越來越智能化，有效地提高了人們的生活質(zhì)量，也在很大程度上節(jié)約了電能[1]。

2 室內(nèi)智能照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)

目前，室內(nèi)智能照明系統(tǒng)主要管控的是室內(nèi)的燈具，因?yàn)橹悄苷彰飨到y(tǒng)是通過感應(yīng)外界環(huán)境來自動(dòng)調(diào)節(jié)燈光，所以具備智能化、便捷性的特點(diǎn)，也具備更大的技術(shù)優(yōu)勢，符合我國倡導(dǎo)的節(jié)能降耗的發(fā)展原則。室內(nèi)智能照明系統(tǒng)可以完全滿足用戶對于燈光的需求，而且可以盡可能地減少對電能的消耗。文章論述的智能照明系統(tǒng)中并沒有涉及被動(dòng)調(diào)光技術(shù)，所需要參考的參數(shù)值主要是感知值和照度值。

3 基于單片機(jī)的室內(nèi)智能照明系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

文章所述的智能照明控制系統(tǒng)，其硬件設(shè)施主要分為三個(gè)模塊，即單片機(jī)的主控系統(tǒng)、智能顯示模式以及其他的輔助模式（主要包括語音播報(bào)、藍(lán)牙模塊、紅外線監(jiān)測模式以及光電感應(yīng)模塊等）。這三個(gè)模塊之間相互作用，能夠?qū)κ覂?nèi)的燈光進(jìn)行有效的控制，從而達(dá)到節(jié)能減排的效果。比如，光電監(jiān)測模塊主要針對室內(nèi)燈光的強(qiáng)弱進(jìn)行檢測，并將檢測的信息通過網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)反饋到單片機(jī)的主控系統(tǒng)，主控系統(tǒng)會(huì)結(jié)合接收到的信息進(jìn)行合理的選擇，并發(fā)出相應(yīng)的指令，對燈光的強(qiáng)弱進(jìn)行調(diào)節(jié)。同時(shí)，安卓手機(jī)、藍(lán)牙模塊、單片機(jī)系統(tǒng)共同配合，實(shí)現(xiàn)對室內(nèi)燈光的無線控制。這是單片機(jī)室內(nèi)智能照明系統(tǒng)的硬件設(shè)備，也是智能照明系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備[2]。

3.1 主控系統(tǒng)思維設(shè)計(jì)

在單片機(jī)的主控系統(tǒng)中，最主要的三個(gè)條件是電源、時(shí)鐘電路以及復(fù)位電路。在其內(nèi)部一共包含三個(gè)定時(shí)器，整個(gè)照明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可以分為控制器、運(yùn)行器、儲存器等。

（1）時(shí)鐘的電路設(shè)計(jì)。在智能照明系統(tǒng)中，針對時(shí)鐘的電路設(shè)計(jì)采用內(nèi)部振蕩的方式進(jìn)行。在XTAL1和XTAL2引腳兩端跨接11.059 2 MHz石英晶體振蕩器和2個(gè)電容30 pF，共同形成較為穩(wěn)定的自激振蕩電路，滿足智能照明系統(tǒng)對時(shí)鐘的需求。

（2）復(fù)位電路的設(shè)計(jì)。復(fù)位電路是一種大規(guī)模數(shù)字集成電路，是在智能照明系統(tǒng)中位于主板上的電路。在設(shè)計(jì)復(fù)位電路時(shí)，主要包含兩個(gè)方面的電路設(shè)計(jì)：一是手動(dòng)復(fù)位，工作過程是通過RST端經(jīng)兩個(gè)電阻對電源VCC接通分壓產(chǎn)生的高電平來實(shí)現(xiàn)；二是上電復(fù)位，主要是通過VCC（+5 V）電源給電容C充電，以此方式傳輸一個(gè)較為短暫的高電平信號給RST引腳，傳輸?shù)男盘枙?huì)隨著系統(tǒng)充電過程慢慢回落[3-4]。

3.2 液晶顯示接口電路設(shè)計(jì)

首先，在智能照明系統(tǒng)中，液晶顯示屏是反映照明實(shí)施過程的模塊。在單片機(jī)的室內(nèi)照明系統(tǒng)中，液晶顯示模塊采用的型號為LCD12864，其中運(yùn)用的控制芯片型號為ST7920-0B。其次，在該智能顯示屏中針對數(shù)據(jù)的傳遞采用了8位并行口，能有效提升數(shù)據(jù)傳遞的效率。其中一共包含20個(gè)引腳，分別有電源、復(fù)位電路、數(shù)據(jù)傳輸I/O口以及背光電路等。在進(jìn)行外部連接時(shí)，需分別將這幾部分內(nèi)容一一對應(yīng)，才能有效啟動(dòng)顯示屏。針對數(shù)據(jù)的輸出線和輸入線是由單片機(jī)控制的。照明系統(tǒng)會(huì)先對室內(nèi)的光線進(jìn)行檢測，啟動(dòng)光電檢測功能，并在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換之后將相應(yīng)的數(shù)據(jù)通過單片機(jī)傳輸?shù)揭壕э@示屏上，進(jìn)而準(zhǔn)確地表達(dá)目標(biāo)照明系統(tǒng)的工作狀態(tài)，讓用戶可以更為準(zhǔn)確地了解。

3.3 語音播報(bào)的電路設(shè)計(jì)

語音播報(bào)模塊最主要的功能在于接收用戶下達(dá)的指令，并將其反映到智能系統(tǒng)當(dāng)中，使用戶可以通過語音的方式關(guān)閉或打開照明系統(tǒng)，從而使照明系統(tǒng)擺脫手動(dòng)的束縛，更為智能化。另外，語音播報(bào)系統(tǒng)也會(huì)播放語音，回應(yīng)用戶的需求。在智能照明系統(tǒng)中，語音播報(bào)模塊采用VS1003B型號的芯片進(jìn)行設(shè)計(jì)，在這一芯片的作用下，與外圍電路共同作用，當(dāng)用戶使用按鍵時(shí)，音頻文件就會(huì)停止播放。VS1003B屬于單片MP3/WMA/MIDI音頻解碼器和ADPCM編碼器，通過智能照明系統(tǒng)中的單片機(jī)收集相關(guān)的數(shù)據(jù)，當(dāng)單片機(jī)收到數(shù)據(jù)之后，如果涉及語音播報(bào)模塊，那么該數(shù)據(jù)會(huì)自動(dòng)傳輸?shù)絍S1003上進(jìn)行解碼，解碼后，再通過VS1003將數(shù)據(jù)傳輸出去，驅(qū)動(dòng)智能照明系統(tǒng)中的喇叭實(shí)施語音播報(bào)功能。

3.4 模擬藍(lán)牙控制電路設(shè)計(jì)

在智能照明系統(tǒng)當(dāng)中模擬藍(lán)牙模塊是非常重要的功能，能夠使用戶通過其他軟件操作燈光。在照明系統(tǒng)中模擬藍(lán)牙控制的電路是由nRF2401系統(tǒng)作用，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸功能。 nRF2401屬于單片無線收發(fā)的芯片，在頻段為2.4 GHz ISM的環(huán)境工作，與手機(jī)藍(lán)牙所具備的功能非常相似，但是要比藍(lán)牙功能更為全面。比如，nRF2401芯片編程方便，與傳統(tǒng)藍(lán)牙模式相比傳播速度更快，同時(shí)功耗較低，電源的兼容性比較好。將其應(yīng)用在智能照明系統(tǒng)當(dāng)中，當(dāng)接收到來自手機(jī)終端發(fā)出的信號指令之后，nRF2401芯片就會(huì)自動(dòng)將其轉(zhuǎn)化成照明系統(tǒng)能夠識別的數(shù)據(jù)，再通過串口將數(shù)據(jù)傳達(dá)到單片機(jī)之中，再由單片機(jī)分析傳輸來的數(shù)據(jù)，下達(dá)相應(yīng)的指令，實(shí)施具體的操作過程。

3.5 紅外自動(dòng)控制電路設(shè)計(jì)

在智能照明系統(tǒng)中，紅外自動(dòng)控制系統(tǒng)的主要功能是識別人體發(fā)射的紅外線，并通過菲泥爾濾光片將紅外線增強(qiáng)之后將其聚集在紅外感應(yīng)源上，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)燈光亮度的功能。在紅外線自動(dòng)控制電路當(dāng)中，所采用的傳感器是CS9803GP熱釋電紅外控傳感器，能夠準(zhǔn)確檢測人體的活動(dòng)情況。在經(jīng)過CS9803GP系統(tǒng)化的處理之后，從人體傳輸來的信號會(huì)整合成系統(tǒng)可以識別的數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)上，進(jìn)行集中處理，進(jìn)而完成對燈光亮度的調(diào)解，實(shí)現(xiàn)智能化管理。

4 基于單片機(jī)的室內(nèi)智能照明系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

4.1 按鍵調(diào)光控制的設(shè)計(jì)

在智能照明系統(tǒng)當(dāng)中存在按鍵調(diào)光控制，所采用的是雙向可控硅。在實(shí)際操作中，用戶會(huì)通過按鍵來調(diào)節(jié)燈光，在發(fā)出相應(yīng)的指令之后，智能照明系統(tǒng)中的單片機(jī)會(huì)控制雙向可控硅的導(dǎo)通來調(diào)節(jié)亮度。在用戶發(fā)出指令之后，雙向可控硅會(huì)保持導(dǎo)通的狀態(tài)。當(dāng)用戶停止操作，雙向可控硅就會(huì)自動(dòng)關(guān)閉。因此，用戶觸發(fā)的時(shí)間越長，智能照明系統(tǒng)中的交流電控制雙向可控硅的時(shí)間也會(huì)越長，反映到實(shí)際當(dāng)中的燈光也會(huì)越亮，反之燈光會(huì)變暗。單片機(jī)也會(huì)結(jié)合光電檢測信號來反映室內(nèi)環(huán)境以及燈光的亮度。同時(shí)，照明系統(tǒng)的串口也會(huì)接收數(shù)據(jù)，調(diào)整觸發(fā)的時(shí)間，進(jìn)而達(dá)到調(diào)節(jié)燈光的目的。

4.2 無線通信的軟件設(shè)計(jì)

該智能照明系統(tǒng)可以通過安卓手機(jī)控制系統(tǒng)中的藍(lán)牙模塊，并將其轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的數(shù)據(jù)上傳到單片機(jī)的內(nèi)部系統(tǒng)當(dāng)中，從而指導(dǎo)照明系統(tǒng)完成用戶在手機(jī)上下達(dá)的指令。文章設(shè)計(jì)的照明系統(tǒng)是將無線通信技術(shù)與語音播報(bào)模塊相互結(jié)合，完成對燈光的控制。

4.3 語音播報(bào)的軟件設(shè)計(jì)

在智能系統(tǒng)實(shí)施語音播報(bào)功能時(shí)，nRF24L01芯片會(huì)被觸發(fā)，呈接收狀態(tài)，待語音識別模塊VS1003B傳輸相應(yīng)的控制信號，nRF24L01啟動(dòng)，將數(shù)據(jù)傳輸給單片機(jī)，由單片機(jī)處理數(shù)據(jù)。經(jīng)過一系列的系統(tǒng)反應(yīng)，語音識別模式會(huì)被打開，以此控制開關(guān)燈，在真正意義上實(shí)現(xiàn)對語音播報(bào)的控制。

5 結(jié)束語

文章從軟件設(shè)施和硬件設(shè)計(jì)方面對基于單片機(jī)的室內(nèi)智能照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行了討論。在單片機(jī)智能照明系統(tǒng)中，顯示屏、調(diào)光、按鍵、語音播報(bào)以及藍(lán)牙等技術(shù)相互作用，完成用戶的需求，通過這樣的方式使室內(nèi)燈光更為智能化，增強(qiáng)用戶體驗(yàn)，也更加節(jié)能。在照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，該項(xiàng)技術(shù)能夠有效提高智能系統(tǒng)的運(yùn)行效率。