基于IOT的LED智能照明控制系統的設計

關蓓蓓++田立國++李猛++劉雨

摘 要：針對傳統照明的有線、機械的控制方式，文章提出一種基于物聯網（Internet Of Things， IOT）技術的LED智能照明控制系統，將智能控制模塊嵌入LED照明終端，綜合運用嵌入式技術、無線傳感器網絡等技術，實現智能化、數字化、無線化的智能照明控制方式，同時還具有環境溫濕度、光照度等環境參數的監測功能。

關鍵詞：物聯網；智能照明；環境監測；ZigBee

1 概述

隨著LED照明越來越普及以及移動互聯網技術的快速發展，人們對家居生活的網絡化、智能化、節能化的需求越來越強烈，將家用電器、照明燈具、安防報警等模塊通過無線網絡集成到控制平臺，實現智能控制和智能管理。隨著物聯網（The Internet of things， IOT）產業的發展，智能LED照明已成為IOT中重要的一部分。

本文為了“綠色智慧照明”的實施而提供智能化的LED照明控制系統，利用物聯網技術、嵌入式技術等，實現對LED燈具多種照明模式的無線遠程控制，并對LED燈具工作范圍內的環境照度、LED燈具工作狀態進行實時監測，同時利用傳感器技術實現LED照明的自適應光照調節以及多種組合的燈光色彩變換，從而創造出一種舒適、節能、安全的光環境，系統原理框圖如圖1所示：

2 系統硬件設計

本系統的硬件設計包括LED燈具控制終端和觸控面板兩部分，用于實現LED燈具的智能照明控制；主要包含控制模塊、通信模塊、LED驅動模塊、電源模塊等。

2.1 主控單元的硬件設計

LED智能照明控制系統的主控單元主要LED燈具控制終端和數據采集終端兩部分組成。LED燈具控制終端以ARM處理器STM32為控制核心，由電源電路，外圍電路，光照傳感器組成；數據采集終端則由溫濕度傳感器，照度傳感器，PM2.5傳感器組成，其硬件電路原理圖如圖2所示。

2.2 觸控面板的硬件設計

觸控面板的硬件電路設計基于新一代ARM處理器STM8S來實現，STM8S系列處理器自帶觸摸軟件庫的設計，利用電容本身具有的電荷轉移特性，可以實現電容式的觸摸傳感檢測。在LED智能照明控制系統中，主要實現了LED照明燈具的開關按鍵以及滾動條亮度調節的設計，其電路原理圖如圖3所示。

2.3 ZigBee無線通信模塊的設計

為了實現LED智能照明系統的集中管理以及環境監測功能，本文采用基于物聯網的ZigBee無線模塊構成通信網絡。本系統的Zigbee無線通信模塊采用CC2530模塊，TI CC2530是一個真正的系統芯片（SoC）CMOS解決方案。該解決方案將提高性能和適應基于頻段應用，和它的低成本、低功耗的要求。它結合一個高性能2.4GHz DSSS（直接序列擴頻）射頻收發器核心和一顆工業級小巧高效的8051控制器。

2.4 電源模塊的設計

考慮到本設計應用在家庭場合，而家庭中一般提供的電源主要220V交流電源，因此電源模塊設計時需要采用多個分離元件來實現不同電壓輸出的穩壓電路，其中3.3V和5V電源首先經開關電源將220V電源轉換成12V直流電源再得到。

+12V轉+5V使用的是LM2576系列的穩壓器，LM2576能夠驅動3A的負載，有優異的線性和負載調整能力，其+5V電源原理圖如圖4所示：

+5V轉+3.3V使用的是AMS1117電壓調節器，AMS1117可以提供1A的輸出電流，最小的輸入電壓為1V，輸出+1V。通過+5V穩壓到+3.3V后供給CPU和其他芯片，其+3.3V電源原理圖如圖5所示。

3 系統軟件設計

系統的軟件設計主要實現LED智能照明控制與環境數據的采集和傳輸，通過采用ZigBee無線通信網絡可以實現LED燈具的集中管理以及數據采集功能。

4 結束語

本文通過對相關理論知識的學習，針對LED的特性，對LED燈具的亮度、色彩方面進行了調節，加入亮度傳感器、人體檢測傳感器實現LED照明系統的智能化、數字化、網絡化。

本系統的設計結構合理，充分利用智慧照明技術實現LED照明應用的需求，拓展能力好，可以有效的節約能源，具有實際推廣和應用價值，擁有極大的市場前景。

參考文獻

[1]俞建.基于ZigBee無線傳感網絡的LED智能照明控制系統的研究[D].浙江：浙江工業大學，2012.

[2]張虹.室內照明監控系統的智能控制算法研究[D].華南理工大學，2012：28-29.

[3]麻朋威.基于PT4115的LED照明燈系統設計[J].科技視界，2015，

16：69-70.

[4]殷駿，王巍.基于Zigbee的LED智能照明系統設計[J].照明工程學報，2011，22（4）：75-78.

[5]榮學娟.基于ZigBee協議室內情景照明控制系統開發[D].天津：天津工業大學，2010.

[6]熊少義，鐘洪聲.ZigBee無線自組網的LED節能燈控制系統[J].單片機與嵌入式系統應用，2011，7：46-48.