浅析智能照明系统设计.doc

1、浅析智能照明系统设计摘要：本文结合工作实践，对智能照明系统进行了创新设计，具有较强的意义和价值。 关键词：智能控制；节能；无线；红外；人体感应 中图分类号：S210.4 文章标识码：A 文章编号： 本文提出的智能控制系统是根据不同场合的需要既能检测出所处环境是否有人需要开灯，又能通过检测环境的照度判断光强度是否满足需要，进而调整灯的亮度；达到既能正常供电，又能节电的目的。 1、智能控制系统简要介绍 如图 1 所示，本文提出的智能控制系统由主控机、总线和子节点系统三大部分组成，其中主控机负责整个系统的管理、协调工作；总线将各个子节点系统组成一个系统，它负责主控机与各子节点系统模块之间的通信；子节

2、点系统即各模块组成的局部系统。 图 1 智能控制系统框图 图 2 子节点系统内部框图 子节点系统由以下几个模块组成：控制模块、照度检测模块、红外检测模块、遥控模块、照明控制模块。如图 2 所示。 其中最主要的是控制模块，它是整个子节点系统的核心，它的首要功能是与主控机进行通信，接收主控机信号；它还负责接收红外检测和照度检测模块的信号，通过照明控制模块对终端的灯进行控制，还能接收红外遥控模块的信号，对灯的亮度进行手调整，整个子系统内部都是通过区域数字无线控制模块进行连接的。 2、硬件系统设计 硬件系统是实现智能控制的核心内容之一，本系统主要由照度检测模块、红外人体感应模块、红外线遥控和无线控制模

3、块等组成。 2.1 照度检测模块 对环境的光强度测量可使用光敏传感器来完成。具体过程如下:光敏传感器探测区域内的光线强度，转化为电信号，经过放大电路，再传给控制模块即单片机内，使用内部 ADC 转换模块将输入变成数字信号，最后经过控制模块输出给照明控制模块。 2.2 红外人体感应模块 智能控制系统对人体的测量采用被动式红外线探测头。探测头中的探测元件在感应到红外辐射后，输出端输出高电平，而无人到来时，输出低电平。利用该触发信号来判断是否有人。其工作原理是：一般干扰脉冲的波形通常表现为尖峰脉冲，所以，其宽度远小于正常信号脉宽，这时，只要用一片单稳态触发器和一片 D 触发器相连接，即可鉴别出脉宽较

4、窄的干扰脉冲，并将其吸收，以免造成灯具闪烁不定的情形发生。 2.3 红外遥控接口模块 本智能控制系统采用红外遥控作为手动方式来控制照明系统。 （1）红外发射器工作原理 通用红外遥控系统由发射和接收两大部分组成，首先阐述遥控发射器及其编码原理；当发射器按键按下后，即有遥控码发出，所按的键不同遥控编码也不同。遥控码具有以下特征：采用脉宽调制的串行码，以脉宽为 0.565ms、间隔 0.56ms、周期为 1.125ms 的组合表示二进制的“0“；以脉宽为 0.565ms、间隔 1.685ms、周期为 2.25ms 的组合表示二进制的“1“，其波形如图 3 所示。 图 3 红外遥控波形 上述“0“和“

5、1“组成的 32 位二进制码经 38kHz 的载频进行二次调制以提高发射效率，达到降低电源功耗的目的。然后再通过红外发射二极管产生红外线向空间发射。遥控器在按键按下后，周期性地发出同一种 32位二进制码，周期约为 108ms。一组码本身的持续时间随它包含的二进制“0“和“1“的个数不同而不同，大约在 4563ms 之间。 （2）红外接收接收器工作原理 解码的关键是如何识别“0“和“1“，“0“、“1“均以 056ms 的低电平开始，不同的是高电平的宽度不同，“0 为 0.56ms,“1“为 1.68ms,所以必须根据高电平的宽度区别“0“和“1“。如果从 0.56ms 低电平过后，开始延时，0

6、56ms 以后，若读到的电平为低，说明该位为“0“，反之则为“1“，为了可靠起见，延时必须比 0.56ms 长些，但又不能超过 1.12ms,否则如果该位为“0“，读到的已是下一位的高电平，因此取（1.12ms+0.56ms）/2=0.84m 最为可靠，一般取 0.84ms 左右均可。根据码的格式，应该等待9ms 的起始码和 4.5ms 的结果码完成后才能读码。 本文采用的接收电路使用集成红外接收器。接收器包括红外接收管和信号处理 IC。接收器对外只有 3 个引脚：Vcc、GND 和 1 个脉冲信号输出 PO。 2.4 无线传输模块 本文提出采用现有成熟的无线收发模块来替代传统的布线方法，从而

7、实现对灯具的无线控制。这样子节点中各模块仅需供电而无需连接信号电缆。 本文采用的无线收发模块是 PTR6000，它属于微功率智能型无线数据传输模块。工作在 2.4GHz 全球开放 ISM 频段，最大传输速率达到2Mbps，传输距离达到 20-50m，完全可以满足本系统设计的需要。以下简要阐述无线收发模块 PTR6000 在本系统的应用方法。 PTR6000 与外电路的连接接口 SPI 接口，其内部有 FIFO 可以与各种高低速微处理器接口；根据这个特性，本文采用单片机 ATMEGA16 的硬件SPI 口与 PTR6000 相连接。 由于本系统涉及到主控机和多台从机之间的通讯，主从机间通信按以下

8、协议顺序进行： 1)首先使所有从机置 SM2=1，处于只接收地址监听状态。 2)主机先发送一地址帧信息，并令第 9 位 TB8=1，表示发送的是地址。3)从机接收到地址帧后，各自将接收地址和本机地址相比较，相同则使 SM2=0，以接收主机随后发来的数据；不同则 SM2 仍为 1 不变，对主机随后发来的数据不予理睬。 4)从机向主机回送本机地址，主机收到后与原发送地址相比较，相同则置 TB8=0，正式发送数据信息,否则重新联络。由于主机 TB8=0，选中的从机必有 SM2=0，RB8=0 接收到数据帧后，置 RI=1，数据送入SBUF；而未被选中的从机，由于 SM2=1，RB8=0，RI 不置位

9、，信息丢弃。 3、系统软件设计 系统软件工作流程图如图 4 所示，系统开始工作后，首先进行模式选择，分别是手动和自动；模式选择后就开始工作（以自动模式为例）首先是照度检测周围环境的亮度，然后进行亮度等级的判定：如果周围环境的亮度已经达到需要，就结束程序运行；如果没有达到需要的亮度，则程序继续运行；接着就是人体红外检测，在某区域内检测到人，就点亮该区域内的灯，若没有检测到人，灯也不会亮，做到“随需而亮“既能满足人们的照明需求，又能节约能源。手动模式和自动模式的主要区别在于手动模式多了遥控控制的功能，通过遥控器我们能在两种模式间切换，也能根据用户的需要强制调整灯光的亮度，做到既方便节能又人性化。 图 4 软件系统工作流程图 4、结论 本文针对当前公共照明存在的电能浪费的问题，提出了基于无线控制的智能照明控制系统，本智能控制系统在实际试验中达到预期的控制效果，实现了按需调整照明灯具亮度的设计目的，起到节约电能的效果；同时采用无线模块在系统内部传递数据，节省了信号电缆的铺设工作。本系统对当前提倡节约能源，建设节约型社会，具有积极的意义。 参考文献： 1 李江帆.智能小区景观与道路照明监控系统J;国外建材与科技，.2006（2） 2 冷雪锋;家庭智能照明控制系统的设计与实现J;内江科技，2006 年 06 期