王 旋

貴州電子信息職業(yè)技術(shù)學院，貴州 黔東南 556000

0 引言

隨著時代的發(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)、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)等融入照明系統(tǒng)當中，形成一個整體，實現(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的室內(nèi)智能照明系統(tǒng)設(shè)計為主要內(nèi)容，在實現(xiàn)基礎(chǔ)照明功能的同時，實現(xiàn)智能化的管理，同時減少電源的浪費。

1 室內(nèi)智能照明系統(tǒng)設(shè)計的背景

在當前社會，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，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。此外，一般室內(nèi)照明系統(tǒng)運用的是人工管理方式，需要手動開啟或關(guān)閉燈光開關(guān)，因而會在一定程度上造成資源浪費。隨著現(xiàn)階段自動化技術(shù)越來越成熟，針對照明系統(tǒng)也研制出了單片機的室內(nèi)智能照明系統(tǒng)，燈光的管理越來越自動化和智能化。比如，公共衛(wèi)生間、停車場、樓道等區(qū)域的燈光，都應用了自動控制功能，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)計的特點

目前，室內(nèi)智能照明系統(tǒng)主要管控的是室內(nèi)的燈具，因為智能照明系統(tǒng)是通過感應外界環(huán)境來自動調(diào)節(jié)燈光，所以具備智能化、便捷性的特點，也具備更大的技術(shù)優(yōu)勢，符合我國倡導的節(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 基于單片機的室內(nèi)智能照明系統(tǒng)硬件設(shè)計

文章所述的智能照明控制系統(tǒng)，其硬件設(shè)施主要分為三個模塊，即單片機的主控系統(tǒng)、智能顯示模式以及其他的輔助模式（主要包括語音播報、藍牙模塊、紅外線監(jiān)測模式以及光電感應模塊等）。這三個模塊之間相互作用，能夠?qū)κ覂?nèi)的燈光進行有效的控制，從而達到節(jié)能減排的效果。比如，光電監(jiān)測模塊主要針對室內(nèi)燈光的強弱進行檢測，并將檢測的信息通過網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)反饋到單片機的主控系統(tǒng)，主控系統(tǒng)會結(jié)合接收到的信息進行合理的選擇，并發(fā)出相應的指令，對燈光的強弱進行調(diào)節(jié)。同時，安卓手機、藍牙模塊、單片機系統(tǒng)共同配合，實現(xiàn)對室內(nèi)燈光的無線控制。這是單片機室內(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

在單片機的主控系統(tǒng)中，最主要的三個條件是電源、時鐘電路以及復位電路。在其內(nèi)部一共包含三個定時器，整個照明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可以分為控制器、運行器、儲存器等。

（1）時鐘的電路設(shè)計。在智能照明系統(tǒng)中，針對時鐘的電路設(shè)計采用內(nèi)部振蕩的方式進行。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)對時鐘的需求。

（2）復位電路的設(shè)計。復位電路是一種大規(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)計復位電路時，主要包含兩個方面的電路設(shè)計：一是手動復位，工作過程是通過RST端經(jīng)兩個電阻對電源VCC接通分壓產(chǎn)生的高電平來實現(xiàn)；二是上電復位，主要是通過VCC（+5 V）電源給電容C充電，以此方式傳輸一個較為短暫的高電平信號給RST引腳，傳輸?shù)男盘枙S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

首先，在智能照明系統(tǒng)中，液晶顯示屏是反映照明實施過程的模塊。在單片機的室內(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個引腳，分別有電源、復位電路、數(shù)據(jù)傳輸I/O口以及背光電路等。在進行外部連接時，需分別將這幾部分內(nèi)容一一對應，才能有效啟動顯示屏。針對數(shù)據(jù)的輸出線和輸入線是由單片機控制的。照明系統(tǒng)會先對室內(nèi)的光線進行檢測，啟動光電檢測功能，并在進行A/D轉(zhuǎn)換之后將相應的數(shù)據(jù)通過單片機傳輸?shù)揭壕э@示屏上，進而準確地表達目標照明系統(tǒng)的工作狀態(tài)，讓用戶可以更為準確地了解。

3.3 語音播報的電路設(shè)計

語音播報模塊最主要的功能在于接收用戶下達的指令，并將其反映到智能系統(tǒng)當中，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)擺脫手動的束縛，更為智能化。另外，語音播報系統(tǒng)也會播放語音，回應用戶的需求。在智能照明系統(tǒng)中，語音播報模塊采用VS1003B型號的芯片進行設(shè)計，在這一芯片的作用下，與外圍電路共同作用，當用戶使用按鍵時，音頻文件就會停止播放。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)中的單片機收集相關(guān)的數(shù)據(jù)，當單片機收到數(shù)據(jù)之后，如果涉及語音播報模塊，那么該數(shù)據(jù)會自動傳輸?shù)絍S1003上進行解碼，解碼后，再通過VS1003將數(shù)據(jù)傳輸出去，驅(qū)動智能照明系統(tǒng)中的喇叭實施語音播報功能。

3.4 模擬藍牙控制電路設(shè)計

在智能照明系統(tǒng)當中模擬藍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)中模擬藍牙控制的電路是由nRF2401系統(tǒng)作用，從而實現(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，與手機藍牙所具備的功能非常相似，但是要比藍牙功能更為全面。比如，nRF2401芯片編程方便，與傳統(tǒng)藍牙模式相比傳播速度更快，同時功耗較低，電源的兼容性比較好。將其應用在智能照明系統(tǒng)當中，當接收到來自手機終端發(fā)出的信號指令之后，nRF2401芯片就會自動將其轉(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)傳達到單片機之中，再由單片機分析傳輸來的數(shù)據(jù)，下達相應的指令，實施具體的操作過程。

3.5 紅外自動控制電路設(shè)計

在智能照明系統(tǒng)中，紅外自動控制系統(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之后將其聚集在紅外感應源上，從而實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)燈光亮度的功能。在紅外線自動控制電路當中，所采用的傳感器是CS9803GP熱釋電紅外控傳感器，能夠準確檢測人體的活動情況。在經(jīng)過CS9803GP系統(tǒng)化的處理之后，從人體傳輸來的信號會整合成系統(tǒng)可以識別的數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾纹瑱C上，進行集中處理，進而完成對燈光亮度的調(diào)解，實現(xiàn)智能化管理。

4 基于單片機的室內(nèi)智能照明系統(tǒng)軟件設(shè)計

4.1 按鍵調(diào)光控制的設(shè)計

在智能照明系統(tǒng)當中存在按鍵調(diào)光控制，所采用的是雙向可控硅。在實際操作中，用戶會通過按鍵來調(diào)節(jié)燈光，在發(fā)出相應的指令之后，智能照明系統(tǒng)中的單片機會控制雙向可控硅的導通來調(diào)節(jié)亮度。在用戶發(fā)出指令之后，雙向可控硅會保持導通的狀態(tài)。當用戶停止操作，雙向可控硅就會自動關(guān)閉。因此，用戶觸發(fā)的時間越長，智能照明系統(tǒng)中的交流電控制雙向可控硅的時間也會越長，反映到實際當中的燈光也會越亮，反之燈光會變暗。單片機也會結(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，照明系統(tǒng)的串口也會接收數(shù)據(jù)，調(diào)整觸發(fā)的時間，進而達到調(diào)節(jié)燈光的目的。

4.2 無線通信的軟件設(shè)計

該智能照明系統(tǒng)可以通過安卓手機控制系統(tǒng)中的藍牙模塊，并將其轉(zhuǎn)化為相應的數(shù)據(jù)上傳到單片機的內(nèi)部系統(tǒng)當中，從而指導照明系統(tǒng)完成用戶在手機上下達的指令。文章設(shè)計的照明系統(tǒng)是將無線通信技術(shù)與語音播報模塊相互結(jié)合，完成對燈光的控制。

4.3 語音播報的軟件設(shè)計

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

5 結(jié)束語

文章從軟件設(shè)施和硬件設(shè)計方面對基于單片機的室內(nèi)智能照明系統(tǒng)設(shè)計進行了討論。在單片機智能照明系統(tǒng)中，顯示屏、調(diào)光、按鍵、語音播報以及藍牙等技術(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，增強用戶體驗，也更加節(jié)能。在照明系統(tǒng)的設(shè)計中，該項技術(shù)能夠有效提高智能系統(tǒng)的運行效率。