一種多功能智能照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

肖憶南 肖金鳳 龐樂(lè)詩(shī) 吳碧琪 孫政

摘 ?要：隨著社會(huì)的發(fā)展，現(xiàn)代照明系統(tǒng)應(yīng)用十分廣泛，大到體育館大功率照明系統(tǒng)，小到個(gè)人臺(tái)燈等，這些照明系統(tǒng)的出現(xiàn)極大的保障了人們的需求;但是隨著科技的進(jìn)步，人們也越來(lái)越追求照明系統(tǒng)的功能化和環(huán)保化。基于此，本文提出了一項(xiàng)基于STC89C51單片機(jī)和光電檢測(cè)器相結(jié)合、同時(shí)兼有聲音檢測(cè)和光強(qiáng)調(diào)節(jié)功能，并且能實(shí)現(xiàn)手機(jī)APP控制的多功能智能照明系統(tǒng)，該照明系統(tǒng)的便捷化與智能化將有利于任何人群操作，同時(shí)還可以節(jié)約能源。該系統(tǒng)具有低成本、易維護(hù)、低消耗以及安全性強(qiáng)的特點(diǎn)，可以滿足當(dāng)代人們方便快捷生活的需求。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī);光敏電阻;聲音檢測(cè);光強(qiáng)調(diào)節(jié);

1 背景

目前在人們的生活中，照明系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)例非常普遍，例如聲控?zé)簟⑻?yáng)能路燈、光控?zé)簟⑴_(tái)燈等等都與人們的生活息息相關(guān)。但就目前來(lái)說(shuō)，雖然照明系統(tǒng)的種類比較多，但是大部分的照明系統(tǒng)功能比較單一，只能提供單一的照明功能，而且燈光的調(diào)節(jié)范圍很小甚至是不能調(diào)節(jié)。因此，本文提出了一種多功能智能照明系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有自動(dòng)感光開(kāi)關(guān)、可調(diào)節(jié)光控以及溫濕度檢測(cè)等功能，并且可以實(shí)現(xiàn)手機(jī)APP實(shí)時(shí)檢測(cè)光線并分析光線隊(duì)周圍環(huán)境的影響等智能化功能，希望本智能化系統(tǒng)能夠?yàn)槿藗兊纳睢h(huán)境以及節(jié)約能源做出貢獻(xiàn)。

2 總體設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)利用可編程的STC89C51單片機(jī)和光電檢測(cè)器模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)室內(nèi)的光強(qiáng)，以達(dá)到人眼舒適的要求，同時(shí)該系統(tǒng)結(jié)合了語(yǔ)音識(shí)別、溫濕度檢測(cè)，同時(shí)能夠和終端APP互聯(lián)，使使用者能夠隨時(shí)通過(guò)APP了解室內(nèi)的溫濕度變化情況，豐富使用者的使用體驗(yàn)的同時(shí)還更具智能化。

本系統(tǒng)的功能模塊包括以下幾個(gè)部分：主編程控制器模塊、LED照明模塊、光電檢測(cè)器模塊、語(yǔ)音識(shí)別模塊、藍(lán)牙模塊、溫濕度傳感器模塊，各個(gè)模塊之間相互配合，從而實(shí)現(xiàn)智能化照明。

2.1 光電檢測(cè)器設(shè)計(jì)

光照傳感器模塊電路的工作原理是將外界不同的光照強(qiáng)度轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的電壓，通過(guò)調(diào)理電路再轉(zhuǎn)化為相對(duì)應(yīng)的電流進(jìn)行處理。本次設(shè)計(jì)采用的是GY-30傳感器，其光照范圍廣，為0-655351x，內(nèi)置16bitAD轉(zhuǎn)換器，直接輸出光照強(qiáng)度相應(yīng)的數(shù)字。作為設(shè)計(jì)主流的傳感器，GY-30傳感器具有對(duì)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、接近人眼視覺(jué)特性的優(yōu)點(diǎn)、光照可測(cè)度達(dá)到1x的精確度、體積小和成本低的優(yōu)點(diǎn)。而且供電電壓可調(diào)性強(qiáng)，能與多種型號(hào)的單片機(jī)匹配，為后期照明系統(tǒng)的可移植提供了保證。當(dāng)接上電源后光照傳感模塊自動(dòng)檢測(cè)并顯示對(duì)應(yīng)的外界光照強(qiáng)度。

2.2 藍(lán)牙模塊電路

藍(lán)牙模塊電路是指集成藍(lán)牙功能的芯片基本電路集合，主要用于短距離的數(shù)據(jù)傳輸無(wú)線傳輸鄰域，能與手機(jī)的藍(lán)牙設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，或者兩個(gè)模塊之間數(shù)據(jù)互通。藍(lán)牙具有避免復(fù)雜的纜線連接，直接代替現(xiàn)有的串口進(jìn)行通信，具有高集成度、高可靠性和運(yùn)行速度快的特點(diǎn)。本藍(lán)牙模塊就是為了只能無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸而專門打造的，本模塊支持串行接口，支持UART協(xié)議，具有成本低、體積小、收發(fā)靈敏性高等特點(diǎn)，只需配備少許的外圍元件就能實(shí)現(xiàn)大功能。

2.3 語(yǔ)音識(shí)別

語(yǔ)音識(shí)別是以語(yǔ)音為研究對(duì)象，通過(guò)語(yǔ)音信號(hào)處理和模式識(shí)別讓機(jī)器自動(dòng)識(shí)別和理解人們口述的語(yǔ)言。語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)就是讓機(jī)器通過(guò)識(shí)別和理解過(guò)程把語(yǔ)音信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的文本或命令的高技術(shù)。語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)本質(zhì)上是一種模式識(shí)別系統(tǒng)，包括特征提取、模式匹配、參考模式庫(kù)等三個(gè)基本單元。

2.4 溫度傳感器

溫度傳感器實(shí)現(xiàn)的功能主要是溫濕度監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)檢測(cè)周圍溫度，并將實(shí)時(shí)溫度值通過(guò)手機(jī)APP檢測(cè)或者單片機(jī)顯示屏上顯示出來(lái)。同時(shí)還在液晶屏上顯示報(bào)警溫度臨界值，當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)，蜂鳴器發(fā)出警報(bào)聲，紅燈亮起。使用者可以自行設(shè)置臨界值，根據(jù)不同環(huán)境來(lái)調(diào)節(jié)臨界值大小。

3 創(chuàng)新點(diǎn)

3.1 低能耗性：

（1）本項(xiàng)目采用的是LED燈，對(duì)比傳統(tǒng)的日光燈和白熾燈有明顯的節(jié)能效果。節(jié)能化研究資料表明，由于LED是冷光源，半導(dǎo)體照明自身對(duì)環(huán)境沒(méi)有任何污染，光線中不含紫外線和紅外線，不產(chǎn)生輻射，與白熾燈、熒光燈相比，節(jié)電效率可以達(dá)到90%以上。如果用LED取代我們目前傳統(tǒng)照明的50%，每年我國(guó)節(jié)省的電量就相當(dāng)于一個(gè)三峽電站發(fā)電量的總和，其節(jié)能效益十分可觀。

（2）根據(jù)自主設(shè)計(jì)燈光調(diào)節(jié)系統(tǒng)，主要由整流、調(diào)節(jié)、逆變?nèi)糠纸M成，單片機(jī)智能控制LED燈的發(fā)光強(qiáng)度，智能LED燈可以根據(jù)當(dāng)時(shí)實(shí)際的室內(nèi)光線強(qiáng)弱自動(dòng)地對(duì)光照強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)節(jié)，環(huán)境光照強(qiáng)時(shí)，自動(dòng)降低發(fā)光強(qiáng)度，節(jié)約電能;環(huán)境光照弱時(shí)，自動(dòng)增強(qiáng)發(fā)光強(qiáng)度，相當(dāng)于節(jié)約75%的能耗換來(lái)同樣100%的照明效果，從而可以達(dá)到一個(gè)降低能耗的特點(diǎn)。

3.2 便捷化

本項(xiàng)目采用多種方式來(lái)控制照明系統(tǒng)的亮度，除了有基本的控制燈光開(kāi)關(guān)以及可以進(jìn)行亮度調(diào)節(jié)的功能外，根據(jù)消費(fèi)者日常生活的需要，加入更具細(xì)節(jié)化的功能，在手機(jī)上安裝APP，使其具備實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫濕度和實(shí)時(shí)時(shí)間的功能，一燈多用，多種功能極大的提高了使用者的體驗(yàn)感。

3.3 實(shí)用性

（1）節(jié)能的LED燈的使用是市場(chǎng)發(fā)展的一大趨勢(shì)，在現(xiàn)在甚至未來(lái)的時(shí)間里也具有十分大的市場(chǎng)潛力。本項(xiàng)目可以應(yīng)用在交通、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域，結(jié)合多控和節(jié)能的特點(diǎn)，可以減輕能源消耗和浪費(fèi)的作用;應(yīng)用日常家電中，可以實(shí)現(xiàn)智能地通過(guò)調(diào)節(jié)光照強(qiáng)度從而減輕家庭電費(fèi)負(fù)擔(dān)，減少城市用電負(fù)擔(dān)。

（2）越來(lái)越多的人受到近視等視力問(wèn)題的困擾，開(kāi)始注重視力的保護(hù)。本項(xiàng)目通過(guò)自主調(diào)節(jié)讓自己眼睛舒服的燈光，在一定程度上，來(lái)緩解對(duì)眼睛的壓力，從而減輕近視，弱勢(shì)等問(wèn)題的出現(xiàn)，更受消費(fèi)者的青睞;

（3）對(duì)外只有電源輸入端、調(diào)節(jié)信號(hào)端、電源輸出端，能方便地與現(xiàn)有燈光照明系統(tǒng)結(jié)合，可拓展性強(qiáng)。

4 結(jié)語(yǔ)

本項(xiàng)目對(duì)現(xiàn)有照明系統(tǒng)存在的突出問(wèn)題進(jìn)行了詳細(xì)的分析和研究，針對(duì)問(wèn)題存在的原因，提出了解決方案。考慮到用戶對(duì)照明系統(tǒng)的功能要求和系統(tǒng)的性價(jià)比，本設(shè)計(jì)附加了測(cè)溫測(cè)濕模塊和自適應(yīng)校準(zhǔn)模塊，從根本上解決了照明系統(tǒng)功能單一和智能化程度不夠的問(wèn)題。本項(xiàng)目還可以用于家庭其他燈，以及街道路燈等燈的控制，對(duì)節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境有一定的價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]汪為等.多功能白光 LED 智能照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].微型機(jī)與應(yīng)用.2016（35）.98-100.

[2]王森.基于物聯(lián)網(wǎng)的多功能智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子世界.2020（5）.122-123.

[3]劉艷艷，林朝輝，李海峰. 多功能戶外照明設(shè)備的設(shè)計(jì)與研究[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備.2021（4）.29-30，35.

[4]汪暉. 多功能智能臺(tái)燈照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子元器件與信息技術(shù).2018（8）.9-12.