基于Arduino 的智能家居燈控系統研究

車瑋

(西北師范大學知行學院,甘肅蘭州,730070)

1 智能家居燈控系統總體架構設計

1.1 設計思路

結合家庭燈光控制的實際需求內容來看，應將智能家居燈孔系統分為室內燈控系統和室外燈控系統兩部分。

1.1.1 室內燈控系統

室內燈控系統可以通過人體感應模式、聲音感知模塊以及光線感知模塊實時收集室內各區域的光照強度信息以及人員經過信息，在周邊光照強度較強并且周邊沒有人員經過時，室內燈控系統將會處于節能模式，而當周邊光照強度較弱，并且周邊有人員經過的時候，室內燈控系統則會控制照明設備自行啟動，實現室內照明效果[1]。

為滿足如今人們個性化、多樣化燈光需求，將會在客廳燈控系統設置日常模式、舞會模式、宴請模式以及自定義模式四種燈控模式，該些燈控模式在設計過程中需要通過相應的程序編程來實現對照明設備的燈光定義，進而實現各種燈光效果。具體操控平臺將會分為智能終端和PC 設備兩大類，其中PC 設備更側重于系統的功能定義以及數據呈現[2]

1.1.2 室外燈控系統

通常情況下，室外私人空間分為室外封閉式空間和室外開放式空間兩大類，其中室外封閉式空間的環境特征與室內空間存在較多相似之處，所以可以直接沿用室內燈控系統進行燈光控制；而室外開放式空間相比較來說環境特征更為復雜，若是沿用室內燈控系統，則會出現誤動作情況[3]，所以在室外燈控系統將會主要采用聲控模式來替代邏輯控制模式，并且照明設備在啟動一定時間以后還會自行熄滅，無需人員進行手動控制。

1.2 總體架構設計

本文所設計的智能家居燈控系統主要由Arduino UNO單片機系統、W5100 網絡拓展版、人體感應模塊、光線傳感器、聲控模塊、紅外接收模塊以及LED 燈等設備和模塊組成，配合相應的編程設計，便可以實現室內燈控系統以及室外燈控系統的相應控制功能。具體總體架構設計如圖1 所示。

圖1 智能家居燈控系統總體架構設計圖

2 系統硬件設計

2.1 智能傳感器的應用

2.1.1 人體感應模塊

本設計中的人體感應模塊將會采用HC-SR501 熱釋電紅外裝置，該裝置可以在附近區域設置紅外警戒區，當警戒區內沒有移動物體時，傳感器便不會輸出信號，裝置內部的報警電路也不會進行運作；而當報警區域內出現移動人體時，人體所散發的紅外線便會被裝置接收，并輸出微弱的電信號，蓋點信號在經過運算放大器放大以后再傳輸給雙限電壓比較器，之后輸出高電平，驅動報警電路發出警報信號。

2.1.2 光線傳感器

光線傳感器會采用TEMT6000 光照強度傳感器，此傳感器具有極高的光線感應靈敏度，并且對于紅外光有一定的抑制作用，可以有效保障光線感應的精準性和有效性。之所以能夠達成此效果，主要是因為此傳感器由一個高靈敏度的可見光光敏三極管組成，此光敏三極管可以將微小的光線差異放大近100 倍，進而獲取更加精準的光線感知信息，以此來模擬人對環境光照強度的判斷效果。

2.1.3 聲控模塊

聲控模塊采用咪頭開光模塊，此模塊將會采用震動感應原理，可以實時判斷聲控模塊周邊環境的聲音強度。但由于聲控模塊僅能夠確定周邊環境時候存在聲音，無法有效判斷聲音的頻率和大小，所以在進行軟件設計過程中需要對聲控模塊的相關聲音閥值進行合理設置。

在設計中，人體感應模塊、光線傳感器和聲控模塊所收集的數據信最終都會傳輸給Arduino UNO 單片機系統進行分析處理。但由于各類傳感器所獲取的相關數據信息存在一定的差異需要進行一定的轉換后才能夠被Arduino UNO 單片機系統識別，此過程中便需要應用A/D 轉換模塊，即所有傳感器信號均需要經過A/D 轉換模塊轉換成數據信號后方可被Arduino UNO 單片機系統識別和處理，再由Arduino UNO 單片機系統的既有程序完成相應的邏輯控制功能。

2.2 紅外接收模塊

紅外接收模塊主要采用RPM-638CBR 紅外線遙控接收模塊，此模塊具有體積小、抗干擾能力強，接收角度廣、性價比高、無外部元件等優點，在應用過程中可以與紅外遙控專用解碼電路進行配合使用。結合實際情況來看，此紅外接收模塊不僅可以滿足本文的設計需求，應用后還能夠簡化系統設計，降低安裝成本，實現一舉多得的效果。

2.3 網絡控制模塊

本設計中，網絡控制模塊是保障智能家居燈控系統智能終端控制和PC 端控制的重要保障基礎，為能夠確保實際控制效果，在綜合分析市場上現有網絡控制模塊的性能、價格等諸多因素后，最終選用了性價比相對較高的W5100 網絡拓展版，而用戶軟件應用端口則會利用Yeelink 物聯網公共服務平臺的資源進行構建。此外，設計過程中W5100 網絡拓展版將會直接插接在Arduino UNO 單片機系統的主板上，通過中W5100 網絡拓展版實現遠程控制、PC 端數據分析、一鍵模式轉換等諸多功能效果。

3 系統軟件設計

本設計的軟件編程軟件會采用Arduino IDE 集成開發環境，設計語言選用C#語言，具體軟件設計流程如圖2 所示。

如圖2 所示，智能家居燈控系統在運行過程中會先對程序進行初始化，并對庫函數和I/O 端口進行定義，然后根據不同的控制模式，采用不同的數據信息收集方法。

圖2 智能家居燈控系統軟件設計流程

4 結語

本文所設計的基于Arduino 的智能家居燈控系統實際安裝成本較低、易于擴展，應用范圍較廣，實際應用較為簡便，用戶不僅可以根據自身的實際需求自定義燈光模式，而且還可以通過遠程控制、紅外遙控以及自動控制等多種控制模式對智能家居燈控系統進行有效控制。綜合分析研究后確定此系統設計可以滿足絕大多數家庭對燈光智能化控制的相關需求，所以值得進行普及應用。