室内智能LED照明系统的软硬件设计以及实现

何正为

摘要：时代的发展和科技的进步，使得各项科技在现实生活中的应用也愈发广泛，随着全球能源危机，节能技术也不断发展。照明是人们日常生活不可缺少的一部分，消耗了大量的资源，所以需要对其进行改进和完善，使其体现出环保性能。这就为LED照明系统的发展提供了契机，这一系统涉及很多不同的方面，本文主要对室内智能LED照明系统的软硬件设计进行详细的研究和分析，以便为这一系统的发展提供借鉴。

关键词：室内；LED；照明系统；设计；实现

中图分类号：TM923 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）04（A）-00

1 引言

LED是第四代照明光源，具有能耗低、光效高、寿命比较长、没有污染等优点，在世界范围内有很广的应用，在社会中各个方面都有很大影响。目前，全球能源短缺的局面日益严重，各个国家都在寻找一种高效节能的方式，所以LED的发展具有重要的意义。而且，随着人们经济水平的不断提高，对照明的要求也不断增加，不仅要发挥其基本的作用，还要塑造出舒适优雅的环境，控制的方式也要方便、灵活，按照需求进行配置。

2 LED系统的架构

（1）技术路线的选择。根据LED系统数据、软件、硬件等资源空间分布的情况，可以把系统的结构划分成集中与分布两类。

集中控制的系统主要以中央的控制节点为核心，将外围的节点进行连接，形成辐射式的系统架构，系统功能的实现主要依靠中央控制的节点。这一结构对故障进行诊断与排除的方法相对简单，传输的速率也比较高，但是却比较依赖中央控制器，其可靠程度和经济效益较低。

分布式控制的系统由多台不同的计算机对设备和对象分别进行控制，各自又形成一个小的系统，这些系统之间会有网络或者通信联系，从系统的整体来看，他们是分散的。这一系统的扩展性能比较好，对其范围和功能进行扩展时，可以保留原有的软件和硬件，借助网络通信将新增的设备和已有的系统进行连接，进而形成整体。控制的功能一般由软件实现，所以其灵活度与控制力比较高，系统的健壮性也比较好，如果一个点出现了故障，并不会使整个系统遭到瘫痪。

（2）LED系统的主要构成和功能。LED系统将Adriord系统首次和设备当作监控的中心，借助WIFI对LED进行远程监控。主要的功能有以下方面：第一，能够远程进行调控，这一系统可把分区内的设备和以太网相连接，借助手持设备，对LED进行远程控制。第二，具有广播、组播和单播三种不同的控制手段，借助广播对区域内全部LED的亮度进行统一控制；借助组播对分区转发器进行寻找，对LED分组的亮度进行控制；借助单播对分区内某个控制器进行控制，对LED单灯的亮度进行控制。第三，有七种不同的工作模式，每种模式都可以分成八个时间段，不同的时间段开关的状态和亮度的等级也会不同，可以按照实际需要对各个模式的参数进行设置，然后按照时间对其进行自由的转换，以便使LED在不同时间有不同模式进行工作。

3 系统的硬件设计

（1）控制服务器的硬件设计。控制服务器不仅要对系统内的数据进行存储与处理，还要对系统的网络进行创建，借助创建整个系统的主干网络，使监控中心和服务器间以太网的通信得以实现，使用模块化思想，把SN32F707当做核心，对其硬件进行设计。外围的电路主要有时钟、LED指示电路以及网络接口的电路等，控制服务器借助以太网的接口，接收监控中心的各种命令，然后把数据的请求和调光的命令发送到串行通信总线，还可以借助串行通信接口，把各种信息反馈到监控中心。

控制服务器主要把SN32F707的微控制器当做核心，其外围一般是阻容元件，其中，C11、C10可以接在地和电源之间，使系统抗干扰的性能得到提高。控制服务器还有两组不同对电源进行控制的线路，借助电器工作的状态对LED电源线的断开和接通进行控制，进而使相关领域内的LED得到关闭或者打开。时钟电路主要对控制服务器时间进行管理，不仅可以对系统的时间实时进行更新，还可以为灯具出现故障的时间提供依据，以便故障的查询。以太网的接口电路可以使数据网络与串口的数据之间进行双向转换，这一模块工作的电压是5v，使用这一模块前，要借助上位机的软件对串口、网络的参数以及IP地址等进行有效的设置。

（2） 转发器的硬件设计。转发器是控制器与控制服务器之间的通信桥梁，不仅能够使通信的效率得到提高，使通信的功耗得到降低，还可以对区域内的LED分组进行管理。外围的电路一般有电源、上行与下行的通信电路等，微控制器的外围电路主要是晶振与复位电路，为了使系统工作的成本得到降低，选择使用内部的高速为16M晶振当做微控制器时钟源。

（3）控制器的硬件设计。控制器一般是对LED恒流的输出、温度的采集、接入子控制网以及PWM调光等，按照其功能的要求，主要由两部分组成：以SN8P2501SG为核心控制的电路和以GL8211为核心LED恒流的驱动电路。

对温度进行检测的电路，LED带有负温度的效应，正向的电流增大会使接温上升，反过来亦然。如果LED工作的温度大于芯片承载的温度，就造成LED发光的效率降低，对LED造成损害。对温度进行检测，可以借助温度传感器，把温度转变为电流电压信号，然后利用A/D转换电路将信号送进行单片机内处理。

4 系统的软件设计

（1）控制服务器的软件架构。使用层次化软件的设计，把软件分成底层驱动层和接口层以及应用层，底层驱动层和硬件直接相对，位于架构的最底层，包含运行的环境改变。接口层一般由缓冲区和标志位构成，此功能是应用层和底层驱动层间数据交换的通道。应用层主要被分为前台与后台两种，其中，前台应用一般包括命令的解析和命令的执行，后台应用包括命令的解析、故障的存储、系统内参数的存储等任务。

（2）转发器软件的设计。转发器能够提高通信的效率，扩展系统网络的通信范围，对区域内的灯具分组进行管理，负责控制器与控制服务器之间数据的转发。这一软件主要有数据的接受和发送的任务，对命令进行解析的任务，数据的上传和下穿等任务。转发器软件主要借助对数据进行接受和发送，解析命令帧，然后使数据的下传任务得到触发，借助触发的数据上传任务，向控制服务器反对控制器转发其地址与故障的信息进行回复。

（3）控制器软件的设计。主要有四个子任务，第一，数据的接受和发送，主要对串行的数据进行接受和发送。第二，命令的解析，主要是解析控制服务器发送出的命令。第三，渐变与调光，主要对LED亮度进行控制。第四，温度的采集，主要对光板的温度进行采集，进而使LED过流保护得以实现。

5 结语

综上所述，LED照明系统是一项非常复杂的技术，所以需要人们不断加大研究力度，不断对其进行改进和完善，切实发挥其作用，促进我国社会的可持续发展。

参考文献

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[3]黄凌晨， 钟擎， 王晓萍，等. 用于室内照明的节能环保型智能LED照明系统设计[J]. 光学仪器， 2011， 33（5）：65-69.