基于單片機的室內智能照明系統設計

王 旋

貴州電子信息職業技術學院，貴州 黔東南 556000

0 引言

隨著時代的發展，人們對于照明系統的要求越來越高，照明系統也在朝著智能化方向發展。智能照明系統是將電子技術、計算機網絡技術、通信技術等融入照明系統當中，形成一個整體，實現有效的照明管理和控制，從而提高人們的生活質量。文章主要以基于單片機的室內智能照明系統設計為主要內容，在實現基礎照明功能的同時，實現智能化的管理，同時減少電源的浪費。

1 室內智能照明系統設計的背景

在當前社會，由于信息產品的普及，智能家電的種類也越來越豐富。在人們生活質量提高的同時，部分人并不注重節約資源，自覺性和節約意識較為薄弱。例如，即使在光線充足的情況下依舊會打開照明設備，或是由于著急出門以及其他原因忘記關閉照明設備，造成資源的浪費。此外，一般室內照明系統運用的是人工管理方式，需要手動開啟或關閉燈光開關，因而會在一定程度上造成資源浪費。隨著現階段自動化技術越來越成熟，針對照明系統也研制出了單片機的室內智能照明系統，燈光的管理越來越自動化和智能化。比如，公共衛生間、停車場、樓道等區域的燈光，都應用了自動控制功能，使室內燈光也越來越智能化，有效地提高了人們的生活質量，也在很大程度上節約了電能[1]。

2 室內智能照明系統設計的特點

目前，室內智能照明系統主要管控的是室內的燈具，因為智能照明系統是通過感應外界環境來自動調節燈光，所以具備智能化、便捷性的特點，也具備更大的技術優勢，符合我國倡導的節能降耗的發展原則。室內智能照明系統可以完全滿足用戶對于燈光的需求，而且可以盡可能地減少對電能的消耗。文章論述的智能照明系統中并沒有涉及被動調光技術，所需要參考的參數值主要是感知值和照度值。

3 基于單片機的室內智能照明系統硬件設計

文章所述的智能照明控制系統，其硬件設施主要分為三個模塊，即單片機的主控系統、智能顯示模式以及其他的輔助模式（主要包括語音播報、藍牙模塊、紅外線監測模式以及光電感應模塊等）。這三個模塊之間相互作用，能夠對室內的燈光進行有效的控制，從而達到節能減排的效果。比如，光電監測模塊主要針對室內燈光的強弱進行檢測，并將檢測的信息通過網絡信息技術反饋到單片機的主控系統，主控系統會結合接收到的信息進行合理的選擇，并發出相應的指令，對燈光的強弱進行調節。同時，安卓手機、藍牙模塊、單片機系統共同配合，實現對室內燈光的無線控制。這是單片機室內智能照明系統的硬件設備，也是智能照明系統中的關鍵設備[2]。

3.1 主控系統思維設計

在單片機的主控系統中，最主要的三個條件是電源、時鐘電路以及復位電路。在其內部一共包含三個定時器，整個照明系統結構可以分為控制器、運行器、儲存器等。

（1）時鐘的電路設計。在智能照明系統中，針對時鐘的電路設計采用內部振蕩的方式進行。在XTAL1和XTAL2引腳兩端跨接11.059 2 MHz石英晶體振蕩器和2個電容30 pF，共同形成較為穩定的自激振蕩電路，滿足智能照明系統對時鐘的需求。

（2）復位電路的設計。復位電路是一種大規模數字集成電路，是在智能照明系統中位于主板上的電路。在設計復位電路時，主要包含兩個方面的電路設計：一是手動復位，工作過程是通過RST端經兩個電阻對電源VCC接通分壓產生的高電平來實現；二是上電復位，主要是通過VCC（+5 V）電源給電容C充電，以此方式傳輸一個較為短暫的高電平信號給RST引腳，傳輸的信號會隨著系統充電過程慢慢回落[3-4]。

3.2 液晶顯示接口電路設計

首先，在智能照明系統中，液晶顯示屏是反映照明實施過程的模塊。在單片機的室內照明系統中，液晶顯示模塊采用的型號為LCD12864，其中運用的控制芯片型號為ST7920-0B。其次，在該智能顯示屏中針對數據的傳遞采用了8位并行口，能有效提升數據傳遞的效率。其中一共包含20個引腳，分別有電源、復位電路、數據傳輸I/O口以及背光電路等。在進行外部連接時，需分別將這幾部分內容一一對應，才能有效啟動顯示屏。針對數據的輸出線和輸入線是由單片機控制的。照明系統會先對室內的光線進行檢測，啟動光電檢測功能，并在進行A/D轉換之后將相應的數據通過單片機傳輸到液晶顯示屏上，進而準確地表達目標照明系統的工作狀態，讓用戶可以更為準確地了解。

3.3 語音播報的電路設計

語音播報模塊最主要的功能在于接收用戶下達的指令，并將其反映到智能系統當中，使用戶可以通過語音的方式關閉或打開照明系統，從而使照明系統擺脫手動的束縛，更為智能化。另外，語音播報系統也會播放語音，回應用戶的需求。在智能照明系統中，語音播報模塊采用VS1003B型號的芯片進行設計，在這一芯片的作用下，與外圍電路共同作用，當用戶使用按鍵時，音頻文件就會停止播放。VS1003B屬于單片MP3/WMA/MIDI音頻解碼器和ADPCM編碼器，通過智能照明系統中的單片機收集相關的數據，當單片機收到數據之后，如果涉及語音播報模塊，那么該數據會自動傳輸到VS1003上進行解碼，解碼后，再通過VS1003將數據傳輸出去，驅動智能照明系統中的喇叭實施語音播報功能。

3.4 模擬藍牙控制電路設計

在智能照明系統當中模擬藍牙模塊是非常重要的功能，能夠使用戶通過其他軟件操作燈光。在照明系統中模擬藍牙控制的電路是由nRF2401系統作用，從而實現數據的傳輸功能。 nRF2401屬于單片無線收發的芯片，在頻段為2.4 GHz ISM的環境工作，與手機藍牙所具備的功能非常相似，但是要比藍牙功能更為全面。比如，nRF2401芯片編程方便，與傳統藍牙模式相比傳播速度更快，同時功耗較低，電源的兼容性比較好。將其應用在智能照明系統當中，當接收到來自手機終端發出的信號指令之后，nRF2401芯片就會自動將其轉化成照明系統能夠識別的數據，再通過串口將數據傳達到單片機之中，再由單片機分析傳輸來的數據，下達相應的指令，實施具體的操作過程。

3.5 紅外自動控制電路設計

在智能照明系統中，紅外自動控制系統的主要功能是識別人體發射的紅外線，并通過菲泥爾濾光片將紅外線增強之后將其聚集在紅外感應源上，從而實現自動調節燈光亮度的功能。在紅外線自動控制電路當中，所采用的傳感器是CS9803GP熱釋電紅外控傳感器，能夠準確檢測人體的活動情況。在經過CS9803GP系統化的處理之后，從人體傳輸來的信號會整合成系統可以識別的數據傳輸到單片機上，進行集中處理，進而完成對燈光亮度的調解，實現智能化管理。

4 基于單片機的室內智能照明系統軟件設計

4.1 按鍵調光控制的設計

在智能照明系統當中存在按鍵調光控制，所采用的是雙向可控硅。在實際操作中，用戶會通過按鍵來調節燈光，在發出相應的指令之后，智能照明系統中的單片機會控制雙向可控硅的導通來調節亮度。在用戶發出指令之后，雙向可控硅會保持導通的狀態。當用戶停止操作，雙向可控硅就會自動關閉。因此，用戶觸發的時間越長，智能照明系統中的交流電控制雙向可控硅的時間也會越長，反映到實際當中的燈光也會越亮，反之燈光會變暗。單片機也會結合光電檢測信號來反映室內環境以及燈光的亮度。同時，照明系統的串口也會接收數據，調整觸發的時間，進而達到調節燈光的目的。

4.2 無線通信的軟件設計

該智能照明系統可以通過安卓手機控制系統中的藍牙模塊，并將其轉化為相應的數據上傳到單片機的內部系統當中，從而指導照明系統完成用戶在手機上下達的指令。文章設計的照明系統是將無線通信技術與語音播報模塊相互結合，完成對燈光的控制。

4.3 語音播報的軟件設計

在智能系統實施語音播報功能時，nRF24L01芯片會被觸發，呈接收狀態，待語音識別模塊VS1003B傳輸相應的控制信號，nRF24L01啟動，將數據傳輸給單片機，由單片機處理數據。經過一系列的系統反應，語音識別模式會被打開，以此控制開關燈，在真正意義上實現對語音播報的控制。

5 結束語

文章從軟件設施和硬件設計方面對基于單片機的室內智能照明系統設計進行了討論。在單片機智能照明系統中，顯示屏、調光、按鍵、語音播報以及藍牙等技術相互作用，完成用戶的需求，通過這樣的方式使室內燈光更為智能化，增強用戶體驗，也更加節能。在照明系統的設計中，該項技術能夠有效提高智能系統的運行效率。