家庭智能灯光控制系统设计【文献综述】.doc

1、毕业论文文献综述 电子信息工程 家庭智能灯光控制系统设计 摘要： 本文综述家庭智能灯光控制系统的各种方案、对比选择，熟悉和掌握了根据使用场合、具体指标 选择合适的方案。 引言 随着计算机网络、通信、控制等技术的发展 ,智能建筑的发展越来越迅猛 ,目前 ,国内大多数智能建筑存在效率低、能耗高的现象。就智能建筑的照明系统来说 ,许多地方的灯经常是从早到晚开着的 ,不管这些房间或楼道是否有人 ,也不管有多少人。或者 ,当照度很高时 ,灯不能及时关闭 ;反之 ,当自然光照度难以满足人的需求时 ,又不能及时打开灯光。这种照明方 式 ,不仅造成能源的浪费 ,而且不能满足人对照明的基本需求 ,同时也给人的视

2、力造成了很大的影响。现代照明除了满足人的基本生活、学习要求之外 ,将更注重能量的节省和使用上的便利 ,以及满足人类工程学的个性方面的要求。特别是近年来大厦内利用计算机工作的人员比例上升 ,不同视觉要求的工作的数量和复杂程度大大增加。所以 ,要做到合理、经济、节能 ,首先应采用先进成熟的技术和产品 ,如电光源、灯具、照明控制设备等 ,另外 ,还要选择合适的照明方式和照明控制系统。因此 ,适应不同个人和工作需要 ,结合自动调节与手动调节的智能化照明系统已经成为必 不可少了。 1 系统的控制核心 . 1.1基于 LPC2104的智能灯光控制器 LPC2104是 PHIUPS公司专为嵌入式应用提供的高

3、性价比微控制器解决方案。它采用 ARM公司的 16位 32位 RISC结构内核是 ARM7TDMI SCPU操作频率可达 60MHz片上集成：具有 ISP和 IAP功能的128KBFlash程序存储器、 16KB静态 RAM、 2个 UART、 1个 I2C串行接 口、 1个 SPI串行接口、多达 6路输出的 PWM 、 2个定时器分别具有 4路捕获，比较通道、实时时钟及看门狗定时器等。能够与常用的外围设备 实现无缝连接，功能十分强大 1。 1.1.1 硬件框图 硬件由以下几部分组成 : 智能化灯光控制器原理框图如下所示 图 1 智能灯光控制器原理控制框图 (1) 单片机及其外围器件。主要有

4、LPC2104、 LED指示灯蜂鸣器。 (2) 按键输入接口。在控制面板上提供 6键的按钮 ,作为调光控制或场景控制。 (3) RF401射频接口。在控制面板上有一个 RF402射频接收器 ,可以接收射频信号。 (4) 调光驱动部分。通过片内含有过零检测电路的光耦驱动双向晶闸管 ,实现调光控制。 (5) 家庭控制网络连接部分。由 Sipex公司的 SP485E、 DB9插座构成。 (6) 电源部分。由 1片 7805提供的 5V直流电压兼作前级和末级电源。由 LDO芯片构成末级电源电路 ,输出 3.3V和 1.8V的直流电压 4。 1.2 基于 P89V51RD2BN单片机的智能灯光控制器 它

5、是一款 51核的微控制器，拥有 64KB Flash 和 1024字节的数据 RAM，支持并行和串行在系统编程 (ISP)，这些功能给软件编写带来了极大的便利性。调光控制器就是用它的控制软件实现的 2。 假如把系统的控制器当作是心脏的话，那么系统的传感器就是五官。 2 传感器的选择 不同的控制策略采用不同的传感器。目前常用的如下： （ 1）时钟 相当于一个时间开关。利用可预知时间表控制灯的开关。 （ 2）光电传感器 采用光电池将光信号转换为电信号，但其输出信号一般较小，必须 加放大电路。可利用它来检测环境的照度或亮度，根据预先设定的照度（亮度）值来控制灯的开关。 （ 3）探测传感器 1 无源红

6、外传感器（ PIR），可探测运动的人员发出的热量（红外）变化。 2 超声波传感器 （ ULT），可探测由移动人员的反射产生 Doppler效应引起的频率改变。 3 无源红外（ PIR）与超声波（ ULT）结合的传感器 3。 3 无线遥控的选择 3.1 ZigBee通信模块电路设计 选用美国 TI公司的 CC2430射频芯片来完成数据在 ZigBee无线网络中的发送与接收 S3C2440处理器通过 SPI总线接口和射频芯片 CC2430通信。 CC2430的 SPI0通信接口 SO,SI,SSn SCLK对应 S3C2440的 SPI通信接口。通过这 4条线 ,处理器可以对 CC2430进行写入

7、或读取配置信息 ,也可以收发数据。同时利用 S3C2440的 GPIO接口实现其余 I/0口的控制与中断采集这些 I/ O口包括 CC2430的芯片电源管理、 RESET控制、 CCA(信道空闲 )检测、 FIFOP中断、 FIFO检测 (用于判断溢出 )、 SFD中断 5。 图 2 Cc2430与 S3C2440的接口连接 4 照明控制网络协议 随着智能照明控制技术被不断的认可和使用，相关产品层出不穷，那么照明系统网络框架和一些主流协议就产生了。 4.1 X-10 x一 10是电力载波的国际通用协议，它是将 120KHz的编码信号加载到 60Hz(我国是 50Hz)的电力线上，由发射端将一串

8、 x-l0信号 (地址码和操作码 )以广播的形式发送给网络，然后网络中的每个接收端可以收到 X一 10信号，首先甄别地址码，如果地址码匹配则执行后面的操作码，因此每个接收端都必须预先设定一个地址码。电力线将电能传到各个电器，同时也将所有的电灯、电器连成了网络 6，11。 图 3 X-10系统的框架逻辑图 4.2 Lonworks 在 80年代后期，埃施朗公司 (Echelon)开始开发 LonWorks技术平台。 LonWorks控制网是以对等方式工作，监控传感器、控制执行器之问可靠地通信，并管理网络操作，提供对网络数据全面接人的任何装置集合。 LonTalk通信协议是 LonWorks技术的

9、核心，该协议提供一套通信服务，使装置中的应用程序能对其他装置发送和接收报文而无需知道网络拓扑、名称、地址或其他装置的功能。基于Lonworks智能节点的照明控制系统主要是以 Neuron芯片作为 智能控制节点控制下属的各类执行单元。智能节点 Neuron芯片一方面可以进行现场照明信息的采集和处理，另一方面也可以通过传输线路与其他控制节点连接，与上位控制机进行通信实现规模扩展 7.8。 4.3 DALI 数字化可寻址调光接口 (DigitalAddressable lightinginterface，简称 DALI)， 1994年列入IEC60929标准，得到国际主要芯片、灯具、镇流器和夹具制造

10、商的支持，商业化应用开始于 1998年。DALI是照明控制设备之间数据通信的接口标准，利用它可以将不同厂家生产的电子 镇流器、调光控制设备和传感器等构成一个照明控制系统，每个 DALI控制系统可通过双绞线连接最多 64个电子镇流器，而这个 DALI控制系统又可以和另一个 DALI控制系统级连构成更大控制范围的照明控制系统，并且通过 DALI控制协议确保每只灯负载和 DALI数控可调光电子镇流器的工作状态信号反馈回 DALI控制系统，从而实现对整个照明系统的控制；同时也可以监测镇流器甚至光源的工作状态和故障信息，这给例行维护和集中管理带来极大的便利 9.10。 该技术的最大特点是可对单个灯具独立

11、寻址并进行精确控制，即所谓单灯控制，这一理 念为控制带来极大的灵活性，用户可根据需要随心所欲地设计满足其需求的照明方案，甚至在安装结束后的运行过程中仍可任意修改控制参数，而无需对线路做任何改动，同时，可保留传统的布线方式，结构简单，中间模块少，简化安装，调试也十分便捷，降低成本，可实现许多基于回路控制的智能照明控制系统无法实现的功能。 总结 综合上述的一些方案和观点，结合智能灯的软硬件设置和开发，可以了解到本系统主要是通多种途径来智能化的控制照明。例如人体红外热释电感应控制照明，无线遥控控制电灯开关，电力载波控制电灯开关等。在灯源方面采用节能设 备来进行照明。主控部分一般采用微处理器来进行控制

12、，例如使用 51核单片机或者 LPC2104微控制器等。 我们相信随着科技的不断发展，将会有越来越多的照明控制系统产生，对于以上所阐述的各种系统及其所搭配的单片机来说，各有各的优点，但是我们要根据不同的场合和不同的特点来使用，这样能最大化的利用资源，达到我们所预期的目标。 参考文献 1李振峰，李海峡，李济顺 .基于 LPC2104的智能灯光控制器设计 .J国外电子元器 2006年第 10期 2006年 10月 2戴杰 .基于单片机的节能调光控制器 J.电脑知识与 技术 .2008， 35:258-259. 3俞丽华 . 智能照明控制技术及发展 .J智能建筑与城市信息 .2007年第 10期 4

13、马占敖 孙立超 田牧迪吉林建筑工程学院学报 J CA 2010年第 27卷第 2期 89-92页 5熊伟，王岭娥，谷学静 .基于 ZigBee的智能家居灯光控制系统的设计 J.山西建筑 .2010.7(36):219-220. 6http:/EB/OL 7张晓燕 LonTalk通信协议和 LonWorks技术 J.工程设计 CAD与智能建筑， 2007 7： 8-1l 8阳宪惠现场总线技术及其应用 M北京：清华大学出版社， 1999 6： 211-214 9The DALI Manua1 Digital Addressable Lighting Interface Activity Group AVEI Division 10HeinP.F.DALI-a digital addressable lighting interface For lightingelectronicsA Industy Applications Conference,2001 Thirty 11杨泽辉 ,孙运强 ,姚爱琴 .基于 X-10 的智能灯光控制系统设计 .山西电子技术 2008年第 3期