智能灯光控制系统设计与实现

赵佳泽 蒋新海 董雨鑫 王娜娜 王浩

【摘 要】智能灯光控制系统是智能家居的主要应用之一。本文介绍了一种基于单片机的智能灯光控制系统，该系统主要涉及的模块主要有stm32单片机为核心、射频卡、超声波模块、液晶屏等等，本文首先阐述智能灯光控制系统的发展概况和智能灯光控制系统的体系结构，然后详细介绍一些重要的硬件设计和关键软件设计。结果表明，该系统可以实现良好的性能。

【关键词】智能；灯光；控制；

一、引言

随着电子信息和计算机科学技术的发展，智能家居系统如今变得越来越重要。智能灯光控制系统是智能家居最基础但最重要的部分，我们期望我们的研究能够向人们展示智能家居将来的发展方向，传统的照明控制方式主要有两种：一种是有线方式，这种方式只能由专业人员进行安装，当您的房屋进行装修时，很难移动到另一个位置。另一个是私有标准的无线方式，虽然无线方式意味着我们不需要任何电线，因为它是专有协议，因此产品昂贵并不能大面积的使用。在当今，世界主要问题仍然是浪费能源或如何开发新能源的问题，尤其是在20世纪后期，许多科学家提出了这样的观点，我国的政策是节能减排，能源问题是解决其他问题的关键。在上述背景下，可以深刻地感受到学校以及大型企业的用电浪费尤其严重，特别是许多教室没有同学上课但是却有灯光，酒店的大厅虽然没有人，但它一直有灯光，所以对于酒店、学校、实验室等等大型企业来说，这种现象非常严重。根据调查，在人们生活中需要一种便捷的开关灯的方式，如今已有声控的开关，但是它需要声信号才可使灯变亮，但是在一些场合、场所往往不适合发声，另外声控装置在一段时间没有接受声信号时会熄灭，而无线智能距控灯光恰恰能解决这方面的问题。超声波无线智能灯光操作简便，根据检测距离的改变从而改变灯光的亮暗，无需人为的手动控制。从而减少了手动触发的不便性和安全隐患。在技术人员和团队的共同努力下，产品从刚开始的设计阶段变成现实产品，不断优化改进，所以面对这种情况，我们应该研究如何解决这个问题，本文主要是以32单片机为主控制电路，并穿插了一些辅助电路模块，以实现测试系统的开发和调试。包括数据采集模块，超声波模块，串行通信模块以及电路设计和软件开发的实施。

二、设计思路及硬件选择

对于智能照明系统，通常分为硬件和软件部分。硬件部分主要采用32单片机作为核心部件，主要原因是32单片机的性价比也很高且稳定。另外还有一些辅助模块，如时钟模块，红外管模块、超声波模块等。软件是仿真电路图的主要部分，主要用C语言编程，调试，然后使用相关软件进行仿真。系统设计的主要核心是控制器的选择。

方案一：使用32单片机控制器作为系统控制器，由于其功耗低，体积小，技术成熟，成本低等优点，广泛应用于各个领域，而且他的引脚少，在硬件上很容易实现，也具有较好的抗干扰性能。

方案二：MSP43OF149系列单片机为系统控制器。MSP430F149系列單片机可以实现各种复杂的逻辑功能，大模块，高密度是他的特点，它将所有器件集成在一个芯片上，缩小尺寸，提高稳定性。

由于MSP430F149系列的价格比32单片机贵得多，而且该设计一般没有处理速度要求，即不需要太高的处理速度，综合考虑设计单片机的性能和优点，本设计选择方案一。

三、系统硬件设计

Stm32单片机，stm32单片机是一款低电压，高性能微控制器，工作电压范围为2.0V至3.6V，工作温度范围：-40°至+85°或105°，带校准用于RTC的32kHz的晶振，2通道12位D/A转换器。另外在stm32单片机下载过程中，如果出现电源故障，下载失败提示，stm32单片机内部原有的下载原始数据保留在里面，仍然可以在卡插槽上运行，如果有其他程序数据，必须重新下载。

复位电路。复位电路主要是一个恢复电路的装置，它的主要功能与计算器相相似，不同之处在于起始时刻，原理也稍有不同。计算器主要是按下“OFF”按钮来实现清除，但是复位电路不是同一个，恢复电路前的状态是要自己操作的，如果要自动执行的话必须写入程序才能实现自动实现复位功能。

显示模块电路。在这个系统设计中，LED数码管的设计也非常的重要，四位数码管显示模块是一些二极管和其他电子元件是通过内部线相连接的，当给上述某些段添加电压使其发光，而同时根据需要不给其他段电压，即可以实现数码管显示出不同的图案，这些段分别是由字母a、b、c、d、e、f、g、dp表示，可以用来表示数字或者字符。

超声波模块。由于超声波的特性和优越性，超声波用于检测被广泛应用于社会的各个领域。超声波不仅仅可以检测到物体的存在，通过发射超声波和接收超声波皆可证明证明前方有障碍物，一些特殊材料几乎可以百分之百反射超声波，也有一些特殊物质几乎不反射超声波而是吸收了超声波，如棉花、毛发等，超声波也是一种振动，由于本设计需要检测的距离也很短，所以超声波传感器模块选用普通的HC-SR04即可。

时钟电路。单片机的时钟电路与振荡器是密不可分的，时钟按照我的理解也就是一定频率脉冲，或者是电信号，振荡器可以产生脉冲也就是说振荡器可以产生时钟，单片机内部也带有振荡器，就是所谓的晶振，也可以在单片机外部连接振荡器，不管怎样这两种方法都可以产生时钟[1]。

四、结语

调试和实现操作由两部分组成，第一部分是设置时间，第二部分是设置开始时间和结束时间的时间，第三部分是模式切换和手动切换。正常情况下，可以实时显示。综上所述，本文采用一个简单的stm32单片机作为主控制电路，并穿插一些辅助电路模块，以实现测试系统的开发和调试包括数据采集模块，串行通信模块以及电路设计，可以进行定位，如晚上到教室的横向超声波模块检测与纵向超声波模块检测，等人达到一定数量后教室的灯都亮，等人离开后灯过一段时间自己熄灭，另外也可手动进行开关。此外装置可以检测同学信息，用于上课签到，有上位机进行信息反馈。可用于教学楼楼道、家门口、高级酒店、小区住房等等，比声控更加便捷。

【参考文献】

[1]吕圳. LED智能照明控制系统的开发与应用[J]. 建材发展导向（上），2015，（6）.