基于单片机的智能家居照明控制系统设计

陈 瞳

（太原工业学院网络与信息中心，山西太原030008）

1 智能家居照明系统的优点

智能家居照明控制系统的出现就是为了让人们过上更舒适、便捷、节能、环保的家居生活，它有传统照明无法比拟的优势[1-3]。

（1）智能家居照明系统设计时充分考虑用户的需求，设计更具人性化和实用化，为人们提供一个舒适、安全、方便和高效的生活环境；

（2）智能家居照明控制系统没有时间和空间的限制，随时随地使用APP在移动端或者PC端上进行控制；还可以自动感应实际环境，实现自动开关；

（3）智能家居照明系统具备可扩展的功能设计，以此来尽量满足不同用户的不同需求；

（4）智能家居照明控制系统的核心是软件，可重复使用和重新配置，开放性和灵活性高。

2 智能家居照明控制系统的设计

智能家居照明控制系统的组成主要由环境的数据采集与控制、数据分析和处理、状态显示三部分组成。其中环境的数据采集与控制主要是通过传感器检测环境的变化；数据分析和处理主要是利用软件程序对数据进行处理；状态显示主要是利用显示屏对监测情况进行显示。

2.1 硬件电路设计

硬件电路主要有控制器部分、传感器数据采集和处理部分和串行接口电路部分。

（1）控制器部分

控制系统的网关和监测结点芯片均选用CC2530，该芯片本身的无线射频收发功能，不仅可以满足本系统的无线通信需求，而且可以降低成本。CC2530 芯片在工作时需要搭配相应的外围最小系统电路。如图1 为CC2530 芯片最小系统的参考电路图。

图1 CC2530芯片的最小系统电路

设计中无线网关Zigbee 模块处于中心位置，起到连接其它设备的纽带作用，该模块通过串口和PC 机相连。所有监测结点采集到的环境数据，经过本结点的芯片处理后通过无线网络发送给网关。监测结点综合分析环境数据和网关反馈数据，对与结点连接的照明设备进行控制。

（2）传感器数据采集和处理部分

数据采集电路大量使用了电压比较电路和电阻分压电路。采用人体感应传感器HC-SR501来采集数据，该传感器的探头检测灵敏度高，稳定性好，检测移动中的人效果比较好。电压比较电路使用LM393芯片，对传感器输出的模拟电压信号与设定的阈值进行比较，将结果转换成数字信号。图2为人体红外感应模块的原理图。

图2 人体红外感应模块电路图

（3）串行接口电路部分

串行接口电路采用了CH340G 芯片，它是一个USB总线的转接芯片，该芯片作为CC2530与PC机的通信数据线，用来实现数据交换，图3 为串行接口电路的原理图。

图3 串行接口电路

2.2 软件设计

系统的软件设计包括两部分：协调器部分和终端结点部分。协调器负责启动和维持整个网络，给新加入的终端节点分配网络地址，并且接收显示终端结点的数据。终端节点部分主要是完成传感器数据的采集处理，并把数据按照通信协议进行打包，定时上传到网关。

协调器端的软件程序一直监测网络中是否有新的终端结点加入，如果有结点加入，为该终端分配网络地址。同时，接收、解析、显示终端结点的数据。终端程序还可以检测PC 机的串口指令，对此作出响应，并给PC机进行反馈。图4为协调器用户工作流程图。

终端结点检测当前是否存在已经建立好的网络，如果有，自动加入并获取网络地址；如果没有，脱机工作。组网后，终端结点读取传感器中数据，并存入数据缓冲区，按照通信协议规定，将数据打包发送给网关。图5为终端结点用户工作流程图。

图4 协调器用户工作流程图

图5 终端结点用户工作流程图

3 结语

系统的实物可以实现基本的显示功能和环境光调节补偿功能，用户可以根据需要修改灯光场景的设置，还可以实现手动调光功能。智能家居照明系统采用无线的方式进行信息传输，随着互联网大数据，云计算等技术的蓬勃兴起，智能家居照明系统一定会有广阔的发展前景。