基于单片机的智能照明控制系统设计思路

李晓妹 吴慧敏

(河南农业职业学院机电工程学院 河南中牟 451450)

引言

如今随着节能环保意识的逐步增强，传统的照明系统因为较高的能源损耗已经不再适应于时代发展的需求。在生态文明建设的前提和背景下，智能照明系统应运而生并获得了长久的发展和进步，较之于传统的照明系统，不仅在技术层面上进行了优化和改进，还极大地便捷了人们的生活。智能照明控制系统在ZigBee技术的支持下，将单片机作为控制单元，按照一定的方式连接各个节点，对信息进行识别、采集和转换，并且完成相应的显示和评估，在控制程序的作用下调节和控制设备，发挥照明系统的实效。

1 基于单片机的智能照明系统设计方案

如今智能照明系统设计的主要元器件是单片机，其主要的工作原理是感应器识别和检测周围发生的信号，经过转换装置转换为电信号然后传输给单片机形成闭环控制系统，建立有效的负反馈控制，将外部光线的强弱作为反馈信号来达到调节照明设备的作用，不但能够保持正常的照明效果，还能根据外部环境和实际需求进行调节亮度并且起到节约资源的作用。在此基础上提出了软件设计的主要原则，对整个设计系统的设计思路进行细致地探讨和研究推动照明系统的发展。智能照明系统较之于传统的照明系统具备能够自动调节、操作性简便等多种优势，因此一经推出便受到各界的关注和认可，大范围的应用到实际生产和生活中。首先其在传统的照明上进行了革新，充分地融入了节能环保的理念和思想。智能照明系统在运用先进的计算机技术的基础上构建了一个完善的闭环反馈控制系统，能够有效识别周围环境因素的变化，根据人类的实际需求完成自我调节，经过对先进技术的应用以及原有技术的改进，使得自身效用得到充分地发挥，增加了可靠性和可行性。智能照明控制系统在ZigBee技术的支持下，将单片机作为控制单元实现了嵌入式技术与通讯技术的有效结合，系统的中间层选用嵌入式处理器进行控制，在短距离通信技术的作用下能够根据用户的现实需求以及外界环境对智能照明系统进行调控。

站在实际的角度考虑因为智能照明系统的使用周期比较长，在此期间企业或者个人的需求会发生大幅度的改变，就需要对系统的参数进行调节。在传统的照明系统之中要满足上述条件通常要经过比较复杂的操作。但是智能照明系统只需要对各个节点进行单独设置，便可以简化调整过程。这些节点在网络通信技术的支撑下能够进行信息的传输与交流，也就是能够实现整个系统的信息顺利传输。比如外界信息通过传感器节点传输给传感器，传感器识别之后传输给中继器节点，对其进行分类并且按照类别将之保存在存储器之中，值得注意的是此时文件的格式为JSON格式。在有效网络连接的基础上，将上述文件传输到服务器节点之上。服务器节点在对文件进行处理之后再将反馈文件传输到中继器节点，此时对文件进行分析和处理，然后在ZigBee技术的支撑下获得控制信号，并将之传送到传感器节点，最终完成照明亮度的调节和控制。

2 基于单片机的智能照明系统设计要点

2.1 硬件系统设计

2.1.1 传感器节点。本文所述的智能照明系统选用CC2530芯片，其具备节约能源，造型简单等突出性优势，最为关键的是其包含一个Flash储存器，可以在线编程，有效减少了系统所占有的资源和材料，并且还能够构建一个能够充分符合系统要求的网络节点。整个设计主要包含中央处理器，存储器，待遇，定时装置等数个模块的选择和设计。就CC2530芯片来说，其额定电压为1.8V的直流电，对电力资源的损耗比较低，与之同时电池的使用周期能够大幅度地延长。其内部含有四个定时器，分别进行不同的工作，比如充当计数器，发射PWM波形等。并且其还能够发送多种时钟信号，保障通信协议能够准确的发挥其功能。除此之外，CC2530芯片还包含大量的外部设备，可以进行程序编写，为软件设计人员创造和开发应用程序提供了一个平台，能够结合实际需求编写所需要的各种高级程序。其有许多能够连接外部设备的I/O引脚，其中的一个引脚就代表一个输入/输出端口，其通过连接外部寄存器来实现特定的功效。

2.1.2 外围电路设计。CC2530芯片是整个系统控制单元的核心，要以之为基础连接外围电路，构建一个完善的控制系统。外围电路包括传感器的连接，RF射频电路等。在此之中，RF射频电路的功能为接收和发送数据，其内部具有RC晶振，反应比较灵敏，在反应过程中不需要占用大量的资源，并且具备突出的优势。本文选用nRF2401芯片，其和蓝牙的功能比较接近但是较之进行了优化和改进。当接收到外界传来的信号时，单片机对该信号实施处理并传输到下一个环节。除此之外，VCC为单片机提供电源，此处为一个去耦电路，其经过滤波器对于波形的稳定和改变作用，在接口处输送一个稳定的直流电，电压为3.3V。晶体振荡电路的输出对于智能照明电路的设置具备重要作用，其能够影响到整个系统的控制精度，因此必须要保障晶体振荡电路接收到的电流是稳定的，可以采取在接口处添加一个电阻，具体的数值小于0.5Ω，达到稳定电流的目的。时钟电路的设计主要是在单片机上设置各晶振电路，该电路包括振荡器和30fp的电容，能够稳定调节振荡频率和幅度，保障CC2530控制电路能够顺利工作的前提下供给精密度较高的时钟。与之同时，在带通滤波电的设计中，要结合整个控制系统的特性最大幅度地增加去耦电容的数量，保障电源能够相互适应、共同协作，为控制系统供给高质量的电源电压。

2.2 软件系统设计

在智能照明系统的硬件部分设计完成之后，要着重于实施软件设计，在此过程中，要对各个部分的功能具有一个明确的划分与定位。根据以上叙述，我们可知系统的硬件是呈现模块化结构的，那么其软件的各个部分的功能也是相互独立彼此协调的。在明确系统软件主要框架的基础上，优化其细节设置，保障整个系统功能的顺利实施。首先要设置系统的功能程序，且能够确保各个子程序能够分工协作，并且能够依照现实情况的改变及时做出调整，及时检测出程序的问题并且精准定位，实现便捷化高效率操作。在软件设计环节，通常的做法便是在编制程序之前，根据系统所要实现的功能画出软件流程图，进而为后续的编写和调试打下良好的基础，极大地提升效率。除此之外，还要优化资源的配置，能够最佳的发挥资源的效用，特别是要重视RAM分配工作。假如运用C51实施程序的编写那么此时其自带的KEIL51便能够自动的实现对资源的合理配置，对于传统的分配方式效率更高，效果更好，能够有效推动编程工作。单片机接收到光电检测信号，也就是其周边的光照程度和效果，该信号传输到脉宽调制电路，调节脉宽触发定时器，对触发时间进行调节接着发出触发信号，实施照明的调节和控制。在智能照明控制系统中还要实现远程控制，也就是要实现和通信技术的联系，在程序的设计中要结合于通信模块的特点进行设计工作，实现在远距离的状态下对照明的控制。

3 结束语

因为单片机成本较低、功能比较全面，智能照明系统普遍选用其作为主要的控制元器件能够改进原来的照明系统的一系列缺陷，比如不易维护，操作繁琐，消耗大量的能源，智能照明实现了照明系统的现代化发展。其能够根据外界的光照强弱以及人类的需求进行自动调节，十分便捷，系统的设计思路主要是明确其具体的所要实现的功能，然后选择合适的元器件进行硬件部分的设计，在硬件设计的基础上编制行之有效的操作程序，实现软件的设计。使得整个照明系统不但具备传统的照明功效，还做出了突出的改进和进步，是人类技术史上的又一次突破和发展。