基于ATmega16的室內光照智能調節系統研究

摘要：文章介紹了一種基于ATmega16單片機的室內光照智能調節系統，通過普通光敏電阻和顏色傳感器共同檢測環境光照參數，將當前光照強度與顏色傳給ZigBeed的多支節，利用ZigBee無線通信技術將數據傳至ZigBee的總節點，然后傳至CPU，再通過CPU控制相應設備對當前光照做出智能調節。

關鍵詞：ATmega16單片機;ZigBee無線通信;室內光照;智能調節系統;光照參數 文獻標識碼：A

中圖分類號：TP273 文章編號：1009-2374（2015）02-0025-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0111

隨著科學技術水平的發展以及社會信息化的加快，人們的工作、生活與智能化的關系日益密切。信息化在改變人們生活方式的同時，也對人們的居住條件提出了挑戰。人們在不同生活條件下，所需要的最佳光照不同。而目前大多生活空間均采用單一無補償光源，容易使人體產生視覺疲勞，甚至對眼睛造成一定程度的傷害。本系統通過多分支節點采集光照數據，用無線方式傳送至CPU，再通過設備組對光照調節做出反應，并設計閉環反饋環節，使系統更加穩定及智能化。系統附加人體紅外，在無人活動時停止工作，節約能源。系統邏輯框圖如圖1所示：

圖1 系統邏輯框圖

1 光照數據采集

目前光照數據采集的常用方法主要分為光電池檢測和電子傳感器檢測，光電池是將光照直接轉換為電能的光電元件，當光線射到硒光電池表面時，入射光透過金屬薄膜到達半導體硒層和金屬薄膜的分界面上，在界面上產生光電效應，兩端產生電壓差。產生電位差的大小與光電池受光表面上的照度有一定的比例關系，通過電路中測量電流的大小反映光照數據。后者主要是利用高精度的電子傳感器，通過光照的變化，改變阻值從而改變元件上的電壓;根據電壓——光照度之間的函數關系得出光照強度。

系統采用光敏電阻和顏色傳感器進行信息采集。常用光敏電阻對光的敏感性（光譜特性）與人眼對可見光（0.40～0.76um）的響應十分接近，只要是人眼可感受的光，都可引起光敏電阻的阻值變化，所以用光敏電阻檢測有效的光強信息十分可行;利用TCS3200顏色傳感器識別三原色，通過電路將三種顏色的光強信息轉換為電脈沖信號，再經過一定的信息處理，就可達到識別顏色的效果。圖2是光譜的特性曲線圖：

圖2 光譜特性

2 信息傳送處理

ZigBee是基于IEEE802.15.4標準的低功耗局域網協議，該協議規定的技術是一種短距離、低功耗的無線通信技術。ZigBee主要適合用于自動控制和遠程控制領域，可以嵌入各種設備。傳輸范圍為10～100m，滿足本系統中各個節點之間的傳輸范圍。工作時，ZigBee協調器首先建立網絡，并為它設置操作數，之后ZigBee路由器通過ZigBee協調器連接加入網絡，利用實現數據的傳輸。利用傳感器采集的光照數據以電壓的形式返回給分節點ZigBee，通過ZigBee無線通信技術將分支節點信息傳送至主節點，主節點匯合各個節點的數據信息，通過串口將數據送至單片機，單片機通過對當前數據的分析，將要調整的光照、光色信息返回給主節點，再由主節點發送相關指令至分支節點，各分支節點接受并處理相關消息。

3 系統實現

圖3 系統實現圖

系統實現流程如圖3所示。用戶可以選取物理空間環境模式（如書房模式、客廳模式、臥房模式等），系統將根據所選模式查詢預設數據，找到該環境模式下人體最適應的光照強度和光色數據，再根據需求使系統進行智能調節，為保證調光穩定且盡量節約能源，默認條件下系統的調節順序依次為百葉窗、窗簾、燈光。其中燈光采用紅光、綠光、藍光三種基本光源按一定比例組合而成，可以方便地產生各種類型的光照，實現光照智能化。人體紅外模塊在一定時間間隔下工作，在物理空間長時間無人活動時使系統進入智能休眠，在系統休眠時檢測到人員活動時智能開啟系統相關功能，充分智能化。

4 結語

人們的生活因為科技而隨著改變，對樓宇住宿也有非常高的要求。本系統適用于智能樓宇光照調節，電路模塊化，組成簡單，可行性高;可應用于住宿、首飾、服裝店等對燈光有較高要求的地方，電路集成模塊小，不影響美觀，應用面廣。

本系統所設計的光照調節系統利用多傳感器對光照采集，利用ZigBee傳輸載體，外置光源和設備對系統內光照進行補充和減緩。與以往智能調節系統相比，本系統采用多傳感器配合采集，采集信息全面。系統通過實物測試，電路各個模塊功耗低，采光精度高，采集電路簡單，ZigBee采集信息返回速度快。

參考文獻

[1] 吳智量，曾巨航，等.基于單片機控制的智能室內光強控制系統[J].航空計算技術，2004，34（2）.

[2] 孫宗智，王濤.一種智能照明控制系統方案的研究

[J].信息技術與信息化，2010，（1）.

[3] Yi-fei Chen，Hui Li，等.INDOOR DYNAMIC LIGHTING CONTROL SYSTEM FOR A FULL-SCALE PRIVATE OFFICE[J].Chinese Control and Decision Conference（CCDC），2012，（24）.

[4] 楊東，軒克輝，等.光敏電阻的特性及應用研究[J].山東輕工業學院學報，2013，（5）.

[5] 盧川英，于浩成，等.基于TCS230傳感器的顏色檢測系統[J].吉林大學學報，2008，（11）.

[6] 張智博，王艷，等.基于TCS230的顏色識別系統設計[J].設計與研究，2003，（3）.

[7] 周雅，晏磊，等.增強現實系統光照模型建立研究

[J].中國圖像圖形學報，2004，（8）.

[8] 杜尚豐.智能光照傳感器的研制[J].儀器儀表學報，2003，（8）.

[9] 董海濤，屈玉貴，等.Zigbee無線傳感器網絡平臺的設計與實現[J].計算機技術與應用，2007，（12）.

[10] 呂鑫，王忠.Zigbee無線數據傳輸模塊的設計與實現[J].安徽師范大學學報，2010，（7）.

[11] 姚春.Zigbee在大數量節點應用中的問題研究[J].嵌入式系統應用，2009，（1）.

基金項目：西南科技大學大學生創新基金項目：CX14-067。

作者簡介：鄧豪（1994-），男，四川南充人，西南科技大學信息工程學院本科學生，研究方向：自動控制及電子信息。

（責任編輯：周 瓊）