基于单片机控制的家居照明控制

广东省佛山市三水区理工（技工）学校 李红雨 李九生

基于单片机控制的家居照明控制

广东省佛山市三水区理工（技工）学校 李红雨 李九生

针对现在的家居照明线路功能比较单一，操作比较繁琐，特别是房间较多的家庭用户设计了一种基于单片机控制的家居照明控制系统。该系统可以实现一灯多地控制，在任何一个房间都可以观测整座房子的照明状况，用继电器控制照明灯的亮灭，取代了传统的照明按钮开关。在保留按键控制的同时该系统还具有无线遥控功能，该系统具有操作方便，性价比高，实用性强，可靠性较好等特点。

单片机；照明控制系统；继电器；无线遥控

1.引言

随着经济的发展，人们的生活水平逐渐提高，人们对生活品质的要求也日益提高。人们在追求高品质生活的同时，往往忽略了一些创意，比如一个按钮就可以控制多个设备的智能运行。现在很多家庭装修中，不管是豪华装修还是简单装修，人们对照明系统的要求不是很高，大多人依然认为灯光只是单纯的用来照明，但没有考虑它的可操作性是否便捷，对于每一个家庭来说，照明都是必不可少的特别是像别墅以及涉及房间数较多的场合下，所以本设计就家居照明现状来设计一款便捷式家居照明控制系统，可以实现在任何一个房间遥控并监视整个房子照明状况。

1.1 基于单片机控制的家居照明控制的研究现状

单片机控制家居照明在现在的智能家居领域应用的非常广泛，尤其是城市套房，豪华别墅等场地，而且人们的生活水平提高了，随着科学技术的发展，肯定还要得到进一步的改进，更趋向于智能化，所以对于本次设计留有很大是创意空间，使家居照明更趋于智能化，符合新一代科技的发展。所以，基于单片机控制的家居照明控制研究是非常有价值。

1.2 基于单片机控制的家居照明控制的研究意义

科技的进步使我们的生活变的越来越好，同时也推动了许多电子产品在不停的更新，更趋向于智能化、多样化等方向发展。我们都知道智能家居在各种场合中应用的非常广泛，本次设计的单片机控制的家居照明，性能稳定、智能化，能够很快的判别照明灯的亮与灭，符合当今社会的需求，而且在许多的场合都已经实施了。因此，单片机控制的家居照明的价值是被认可。

2.MCU的选择与介绍

选择原则：

本次设计过程中，选择MCU的原则主要是从：指令的结构，运行速度，以及程序的存储方式与功能等多个方面进行选择。

单片机介绍：

所谓的单片机就是具有完整体系的计算机系统，是集成在一块小芯片上，具备有计算机所需要的大部分功能、部件，目前所使用的单片机都具备了外部存储器的功能，而且网孔接口也是必不可少的、通信接口、定时器、实时时钟等的外围设备。功能较强大的单片机可以将我们日常生活中的各种声音，图片，网络等一些非常复杂的信号集成在一块芯片上。

单片机别名也叫微处理器，微处理器的由来是因为早期的单片机大部分都应用于工业控制领域设备中，促进了当时的工业发展，提升了很大的经济。当时的单片机由一块芯片仅仅有CPU处理器的专用处理器的发展得来。最早的想法是通过对外部的大量设备与CPU整合在一块芯片上，这样可以使计算机系统变的不再那么庞大，这样就可以让单片机应用在那些更为复杂，小型的控制设备上，Z80就是最早遵循这种设计理念而设计的处理器，因此，单片机和专用的处理器分离开了，可以应用到其他的领域上。

3.方案设计

3.1 总体设计

方案一：采用可编程I/O口扩展芯片8155

8155作为单片机的扩展接口能实现很多功能，但是这个系统并不复杂，用8155会浪费很多的资源，而且8155要用P0和P2端口作为地址线进行读写，这样不仅浪费端口还使得编程变的复杂。从节省资源和简 化编程的角度考虑，放弃了此方案。

方案二：采用STC89C52单片机

直接采用STC89C52单片机不仅编程简化，还有效的利用了各个端口。STC89C52单片机的资源完全够这个系统的要求。所以最终放弃。

3.2 输入级模块

方案一：采用4*4矩阵键盘

此种键盘是常用的按键扫描方法，但是本系统只需要六个按键，这样就会浪费十个，而且矩阵按键扫描要送数读数，对于编程很复杂，最终放弃了此方案。

方案二：采用独立式键盘

根据设计要求只要采用六个按键就可以实现，采用独立按键输入到 74LS148芯片，利用74LS148芯片的特性将按键状态送到单片机处理器进行处理，用独立式键盘不仅节省端口，而且单片机处理比较方便。所以，最终选择此方案。

3.3 输出级模块

方案一：采用单片机IO口直接输出

采用单片机的IO口直接输出每个房间的照明灯状态，这样会增加单片机的处理能力，又浪费了许多单片机的IO口，故最终放弃此方案。

方案二：采用74LS138输出

采用74LS138可以节省许多单片机的IO口，只要使用一片74LS138芯片就可以实现功能，电路简单，成本低，性能高，故采用此方案。

4.系统硬件设计

4.1 硬件设计框图

如系统框图图1所示，系统以STC89C52单片机为主要核心，通过74LS148 6路输入模块和74LS138 6路输出模块来获得信号的输入和输出，从而实现对照明灯的控制。外部+5V的稳压电源为系统提供稳定的低压直流电。通过键盘以及指示灯，用户能实现对房间照明灯的控制并且通过指示灯对整个房间的照明状况进行监控。此方案只需一个主机系统，房间与房间的通讯采用网口通讯，连接方便，此外将传统的照明按钮开关用继电器来代替，这也是本设计的一个亮点。

系统采用高性能CMOS 8位的SCT89C52单片机为微控制器，通过按键以及74LS148 6路输入模块进行信号的采集，将输入信号送往微控制器，微控制器输出的信号通过74LS138 6路输出模块输出，每一路输出都有一个发光二极管作为指示。

系统采用315M无线模块，将315M发射模块发射信号送往微控制器，微控制器输出的信号通过315M接收模块输出，实现对每一个房间照明情况的遥控。

图1 系统总体框图

4.2 单片机系统

单片机系统采用的STC89C52单片机，芯片内置通用8位中央处理器和Flash。可以对照明灯状态进行保持，同时达到对照明系统控制的要求。如图2所示。

图2 单片机系统

4.3 电源模块

系统中各芯片的供电电压采用+5V的稳压电源，此电源为外接电源。

4.4 按键与显示模块

按键与显示模块，从经济成本考虑，按键模块采用轻触按钮，显示模块采用发光二极管进行显示；房间的照明灯采用发光二极管进行模拟，如图3所示。

图3 按键与显示模块

4.5 通讯模块

每个房间与主机之间的通讯方式采用网口通讯，此时网线的分配为其中6根为输入输出，剩余2根为电源线。

4.6 无线遥控系统

本系统采用315M无线收发模块，该方案采用MCU控制的架构来实现相关功能。

基本技术参数如下：

·工作频率：315MHz/433MHz

·调制方式：OOK/ASK

·接收灵敏度：-108dBm

·发射功率：12dBm (3V)

·数据速率：10kbps

·接收模块最大工作电流：2.5mA(315MHz)，3.5mA(433MHz)

·自动待机功能，模块进入待机模式，电流小于1uA

·通讯距离：0～100m （全向发射，障碍物穿透）

·支持按键扫描和键盘扩展

图4 无线遥控系统

5.系统软件设计

图5 系统流程图

如图5所示，为系统流程图。首先进行模块的初始化，然后扫描按键，进行信号判断，经单片机处理后将这些用发光二极管进行显示。当按下按键1，此时按键1有信号输入，对应房间的灯亮，同时其他房间可以显示此房间灯已亮（用发光二极管来模拟）。同样的，如果再次按下按键1，此时按键1无信号输入，对应房间的灯灭。

6.实验验证与分析

以一个房子为例，房子包括厨房、客厅、餐厅、卧室、洗手间、阳台共6个地方进行模拟。按键模块：用6个发光二极管显示6个房间照明灯的亮灭状态，按键1对应厨房，按键2对应客厅，按键3对应餐厅，按键4对应卧室，按键5对应洗手间，按键6对应阳台；遥控模块：按键1对应厨房，按键2对应客厅，按键3对应餐厅，按键4对应卧室，按键5对应洗手间，按键6对应阳台。以按下按键1（厨房灯亮）为例，其他房间显示厨房照明状况如表1-1所示，1代表亮，0代表灭。

表1 -1 其他房间显示厨房照明状况表

7.结论

针对现在的家居照明线路功能比较单一，操作比较繁琐，设计了一种基于单片机控制的家居照明控制系统。该系统可以实现一灯多地控制，在任意一个房间都可以观测整座房子的照明状况，用继电器控制照明灯的亮灭，取代了传统的照明按钮开关，同时用315M遥控模块实现了对各个房间照明状况的直接遥控。实践表明，该系统具有操作方便，性价比高，实用性强，可靠性好等优点，能够很好的运用到家庭照明系统中。

[1]杨军平,吴欣慧,秦长海．LED智能照明控制系统的设计[J];电子产品世界,2009,06．

[2]缑新科,王娟．基于单片机的LED室内照明控制系统[D]．工业仪表与自动化装置,2013,01．

[3]唐鹏光,付蔚．基于无线传感网智能家居照明控制系统的研究与实现．世界电子元器件,2012,11．