LED智能照明系統的研究與設計

李翠鳳　　葉華杰

摘 要：智能照明系統的設想，不應該只是基于“感知-控制”模式，應該具備學習的能力，積累經驗。搭建真正的智能照明系統，主機接受從機發送過來的數據并存儲、完成用戶行為分析及推理算法，并進行命令發送；從機完成數據的采集，并對燈光進行控制。本設計通過采集各個照明節點的使用數據，進行處理后，再根據用戶行為分析算法和行為推理算法預測用戶某一時刻的行為，主動為用戶提供服務建議。

關鍵詞：智能控制；LED；用戶行為

引言

物聯網技術在近年來迅猛發展，眾多產業之間互聯互通越來越得到重視。物聯網將資源信息化和網絡化，與LED照明產業的結合帶來了嶄新的產品模式[1]。信息化突破了傳統的局限，逐漸普及到智慧城市、智能交通、智能家居等眾多領域，利用物聯網，能把LED照明系統與互聯網連接，進行信息共享，實現智能識控制，從而達到人們追求的環保、健康、綠色的生活方式。但是，目前的物聯網控制系統所采用的智能控制技術主要是基于“感知-控制”模式，但也存在不足之處，即沒有學習能力，從而難以積累經驗，無法主動為用戶提供服務。

1 智能照明系統架構

通過采集各個照明節點的使用數據，進行處理后，再根據用戶行為分析算法和行為推理算法預測用戶某一時刻的行為，主動為用戶提供服務建議，隨著用戶使用數據的不斷增加，整個系統的預測結果會更加準確和智能，與用戶心理的使用意向的吻合度也會不斷提高，逐步達到機器自學習和建立推理的目標。

（1）系統整體框架如圖1所示，主機接受從機發送過來的數據并存儲、完成用戶行為分析及推理算法，并進行命令發送；從機完成數據的采集，并對燈光進行控制。

主機端擬采用VB+SQL架構進行系統開發，通過無線WIFI接收數據，將數據進行處理后，利用數據庫SQL進行存儲。

從機端采用專用的單片機進行數據處理，并利用PWM和恒流技術對驅動芯片進行調光和調色溫的控制，燈光采用LED燈。

無線傳輸利用現成的WIFI模塊，通過自定義的通信協議進行通信。

（2）通過采集各個照明節點的使用數據并進行數據處理，構建統一的數據模型，然后進行時間段劃分，計算其各個時段平均時間，通過相似度進行有效性檢測，去除一些用戶偶爾的使用行為，再構建用戶習慣模型和設置評估函數來得到結果，如圖2所示。

2 智能照明系統搭建

搭建真正的智能照明系統，主機接受從機發送過來的數據并存儲、完成用戶行為分析及推理算法，并進行命令發送；從機完成數據的采集，并對燈光進行控制。

2.1 主機系統架構

采用1個主機，主機采用PC機，可以完成復雜的算法運算，對用戶行為分析和推理算法進行運算，從機采用單片機，接受指令，并控制專用調光芯片，如圖1所示。

主機端擬采用VB+SQL架構進行系統開發，Visual Basic提供了可視化設計工具，從而可以大大提高程序設計的效率；并結合數據庫SQL進行數據的存儲，用可以戶根據需要，可以進行數據的添加、刪除、修改和查找等工作。

2.2 從機系統架構

預采用24個從機，總共3個房間，每個房間8個LED燈，對數據進行采集和控制。

從機端預采用8位OTP型RISC結構的多用途MCU來實現， 外設資源較豐富，性能好，擬采用該類單片機完成對LED驅動芯片的控制和WIFI數據的讀寫，單片機讀取無線WIFI或者按鍵的控制命令，并對驅動芯片進行控制。市電電壓經過穩壓電源模塊，產生穩定的直流電壓給LED模組供電；從其他主控系統傳來的指令經過該專用芯片處理，將精準的PWM信號輸入到驅動級的功率MOS管，控制開關管的導通和關斷，從而對LED燈的亮度進行無級調節。PWM信號的開關速率很高，人眼視覺難以分辨。以這種頻率在零電流與最大電流之間切換，從而調節光源亮度。通過改變數字脈沖信號的占空比就可以等效的改變控制電流，從而平滑的實現256級甚至更大范圍的調光要求。同時，通過這種調光方法，LED光源只能處于完全接通或者關斷狀態，有效的避免了電流變化時LED光源產生的色偏現象。PWM控制技術以其控制簡單，靈活和動態響應好的優點而成為電力電子技術中最廣泛應用的控制方式，也是學者研究的熱點。由此可見，PWM調光方式是進行LED光源無級調光的適合方案。

2.3 無線數據傳輸

數據通過無線WIFI進行傳輸，無線WIFI模塊開發周期較長，目前市面上擁有多種WIFI通信模塊預采用BL-8188-4M無線模塊，BL-8188-4M產品是一款低功耗，高線性輸出功率，支持WPA-PSK/WPA2-PSK，WPA/WPA2安全機制，無線傳輸速率高達150M，是普通11B產品的10倍，內置全向智能高增益陶瓷天線，可適應不同的工作環境，使臺式機或筆記本計算機用戶以及其它需要實現無線聯網的設備方便地接入無線網絡。

參考文獻

[1]陳大華，章荷珍.物聯網 LED 智能照明產業的崛起[J].中國照明電器，2013，2（1）：11-15.

[2]陳濤.照明控制與自動化系統的完美結合-智能照明控制系統的再認識[J].照明工程學報，2003，1（4）：89-91.

[3]蔣月紅，馬小軍，殷文龍.智能照明控制通信協議的應用分析[J].電氣應用，2013，2（18）：28-32.

[4]黃凱峰.基于電力線載波的智能照明控制系統的研究與設計[D].上海：同濟大學，2013：5-11.

[5]愈劍.基于 Zigbee 無限傳感網絡的 LED 智能照明控制系統的研究[D].杭州：浙江工業大學，2012：8-15.