基于單片機的智能家居照明控制系統(tǒng)設(shè)計

陳 瞳

（太原工業(yè)學(xué)院網(wǎng)絡(luò)與信息中心，山西太原030008）

1 智能家居照明系統(tǒng)的優(yōu)點

智能家居照明控制系統(tǒng)的出現(xiàn)就是為了讓人們過上更舒適、便捷、節(jié)能、環(huán)保的家居生活，它有傳統(tǒng)照明無法比擬的優(yōu)勢[1-3]。

（1）智能家居照明系統(tǒng)設(shè)計時充分考慮用戶的需求，設(shè)計更具人性化和實用化，為人們提供一個舒適、安全、方便和高效的生活環(huán)境；

（2）智能家居照明控制系統(tǒng)沒有時間和空間的限制，隨時隨地使用APP在移動端或者PC端上進行控制；還可以自動感應(yīng)實際環(huán)境，實現(xiàn)自動開關(guān)；

（3）智能家居照明系統(tǒng)具備可擴展的功能設(shè)計，以此來盡量滿足不同用戶的不同需求；

（4）智能家居照明控制系統(tǒng)的核心是軟件，可重復(fù)使用和重新配置，開放性和靈活性高。

2 智能家居照明控制系統(tǒng)的設(shè)計

智能家居照明控制系統(tǒng)的組成主要由環(huán)境的數(shù)據(jù)采集與控制、數(shù)據(jù)分析和處理、狀態(tài)顯示三部分組成。其中環(huán)境的數(shù)據(jù)采集與控制主要是通過傳感器檢測環(huán)境的變化；數(shù)據(jù)分析和處理主要是利用軟件程序?qū)?shù)據(jù)進行處理；狀態(tài)顯示主要是利用顯示屏對監(jiān)測情況進行顯示。

2.1 硬件電路設(shè)計

硬件電路主要有控制器部分、傳感器數(shù)據(jù)采集和處理部分和串行接口電路部分。

（1）控制器部分

控制系統(tǒng)的網(wǎng)關(guān)和監(jiān)測結(jié)點芯片均選用CC2530，該芯片本身的無線射頻收發(fā)功能，不僅可以滿足本系統(tǒng)的無線通信需求，而且可以降低成本。CC2530 芯片在工作時需要搭配相應(yīng)的外圍最小系統(tǒng)電路。如圖1 為CC2530 芯片最小系統(tǒng)的參考電路圖。

圖1 CC2530芯片的最小系統(tǒng)電路

設(shè)計中無線網(wǎng)關(guān)Zigbee 模塊處于中心位置，起到連接其它設(shè)備的紐帶作用，該模塊通過串口和PC 機相連。所有監(jiān)測結(jié)點采集到的環(huán)境數(shù)據(jù)，經(jīng)過本結(jié)點的芯片處理后通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給網(wǎng)關(guān)。監(jiān)測結(jié)點綜合分析環(huán)境數(shù)據(jù)和網(wǎng)關(guān)反饋數(shù)據(jù)，對與結(jié)點連接的照明設(shè)備進行控制。

（2）傳感器數(shù)據(jù)采集和處理部分

數(shù)據(jù)采集電路大量使用了電壓比較電路和電阻分壓電路。采用人體感應(yīng)傳感器HC-SR501來采集數(shù)據(jù)，該傳感器的探頭檢測靈敏度高，穩(wěn)定性好，檢測移動中的人效果比較好。電壓比較電路使用LM393芯片，對傳感器輸出的模擬電壓信號與設(shè)定的閾值進行比較，將結(jié)果轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。圖2為人體紅外感應(yīng)模塊的原理圖。

圖2 人體紅外感應(yīng)模塊電路圖

（3）串行接口電路部分

串行接口電路采用了CH340G 芯片，它是一個USB總線的轉(zhuǎn)接芯片，該芯片作為CC2530與PC機的通信數(shù)據(jù)線，用來實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，圖3 為串行接口電路的原理圖。

圖3 串行接口電路

2.2 軟件設(shè)計

系統(tǒng)的軟件設(shè)計包括兩部分：協(xié)調(diào)器部分和終端結(jié)點部分。協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)啟動和維持整個網(wǎng)絡(luò)，給新加入的終端節(jié)點分配網(wǎng)絡(luò)地址，并且接收顯示終端結(jié)點的數(shù)據(jù)。終端節(jié)點部分主要是完成傳感器數(shù)據(jù)的采集處理，并把數(shù)據(jù)按照通信協(xié)議進行打包，定時上傳到網(wǎng)關(guān)。

協(xié)調(diào)器端的軟件程序一直監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)中是否有新的終端結(jié)點加入，如果有結(jié)點加入，為該終端分配網(wǎng)絡(luò)地址。同時，接收、解析、顯示終端結(jié)點的數(shù)據(jù)。終端程序還可以檢測PC 機的串口指令，對此作出響應(yīng)，并給PC機進行反饋。圖4為協(xié)調(diào)器用戶工作流程圖。

終端結(jié)點檢測當(dāng)前是否存在已經(jīng)建立好的網(wǎng)絡(luò)，如果有，自動加入并獲取網(wǎng)絡(luò)地址；如果沒有，脫機工作。組網(wǎng)后，終端結(jié)點讀取傳感器中數(shù)據(jù)，并存入數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，按照通信協(xié)議規(guī)定，將數(shù)據(jù)打包發(fā)送給網(wǎng)關(guān)。圖5為終端結(jié)點用戶工作流程圖。

圖4 協(xié)調(diào)器用戶工作流程圖

圖5 終端結(jié)點用戶工作流程圖

3 結(jié)語

系統(tǒng)的實物可以實現(xiàn)基本的顯示功能和環(huán)境光調(diào)節(jié)補償功能，用戶可以根據(jù)需要修改燈光場景的設(shè)置，還可以實現(xiàn)手動調(diào)光功能。智能家居照明系統(tǒng)采用無線的方式進行信息傳輸，隨著互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)，云計算等技術(shù)的蓬勃興起，智能家居照明系統(tǒng)一定會有廣闊的發(fā)展前景。