淺析家庭智能照明控制系統(tǒng)的研究應(yīng)用

安科瑞?于洋

摘要：隨著科技的不斷進步，經(jīng)濟也在飛速的發(fā)展，人民的生活水平日益提高，家庭住宅的功能性房間也在不斷增多，傳統(tǒng)的家庭照明系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足人們對家居環(huán)境的需求，智能、節(jié)能型的家庭照明控制系統(tǒng)更具有環(huán)保、時尚、節(jié)能概念。 該系統(tǒng)能夠面向使用者，可根據(jù)個人的需求選擇手動、自動兩種控制方式，自動方式能夠隨意定制照明系統(tǒng)定時開關(guān)的時間，為大家?guī)肀憷?。該系統(tǒng)可以擴展到其他家用電器的定時啟動關(guān)閉，具有很強的通用性、實用性。

關(guān)鍵詞：家庭；智能照明控制系統(tǒng)

0.引言

隨著現(xiàn)代生活節(jié)奏的加快,人們總是希望有個幫手，幫助完成每天重復(fù)性的工作，為了實現(xiàn)家庭照明的智能開啟和關(guān)閉，方便人們?nèi)粘９ぷ魃?，?chuàng)建節(jié)能型社會，使用智能控制系統(tǒng)完成這樣的目標(biāo)。

1.系統(tǒng)的硬件設(shè)計與實現(xiàn)

1.1 系統(tǒng)概述

本文所設(shè)計的智能照明控制系統(tǒng)目的在于控制主電源，從而適用于能瞬間斷電的照明、熱水器、空調(diào)等電器，能在日期時間準(zhǔn)時接通，在日期時間內(nèi)準(zhǔn)時斷開，給人們?nèi)粘Ｉ顜砹朔奖恪?/p>

該智能控制系統(tǒng)具備以下幾個特點：

1.采用 C 語言編寫程序，與匯編語言相比便于修改和增減功能；

2.所采用的芯片51系列單片機、1602液晶顯示器，DS1302 時鐘芯片功耗低、可靠高；

3.與其它智能控制器相比，該系統(tǒng)運行無噪聲，更加準(zhǔn)確，且使用壽命要長。時鐘芯片液晶顯示器單片機按鍵電路繼電器提示電路。

1.2 模塊電路的設(shè)計

1.2.1 時鐘電路

時鐘電路為整個單片機系統(tǒng)產(chǎn)生時間基準(zhǔn)，是單片機系統(tǒng)組成的部分；本系統(tǒng)DS1302 實時時鐘芯片，工作電壓為2.5V-5.5V，采用三線接口與CPU進行同步通信，并可采用突發(fā)式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號或RAM數(shù)據(jù)，接下來我們來分析一下DS1302的性能與原理。

DS1302 的引腳功能排列及描述如下圖所示

管腳描述

X1 X2 32.768KHz 晶振管腳

GND 地

RST 復(fù)位腳

I/O 數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳

SCLK 串行時鐘

Vcc1,Vcc2 電源供電管腳

DS1302 串行時鐘芯片8 腳DIP

DS1302S 串行時鐘芯片8 腳SOIC 200mil

DS1302Z 串行時鐘芯片8 腳SOIC 150mil

1.2.2 單片機的選型

本系統(tǒng)主控芯片為單片機,因此單片機的選型顯得非常重要。為了設(shè)計方便，更容易上手，同時考慮性能要求和程序大小，單片機采用51系列的單片機。

1.2.3 液晶顯示電路

通過單片機指令控制1602 光標(biāo)是否閃爍，是否清除原來數(shù)據(jù)以及顯示的具體位置，并不停地對數(shù)據(jù)顯示進行刷新，從而顯示了準(zhǔn)確的時間，并為系統(tǒng)提供了智能的人機對話模式。

2.利用 protel繪制電路圖制作線路板

2.1智能控制系統(tǒng)的原理圖如下

圖3 智能控制系統(tǒng)的原理圖

2.2 具體操作

選擇和放置元件在元件庫中選擇電氣元件雜項庫，在工作區(qū)內(nèi)適當(dāng)?shù)奈恢梅胖?a target="_blank">電阻，請連續(xù)放置5個電阻，按鼠標(biāo)右鍵結(jié)束放置操作。再按上述方法操作，先后放置4個電容(Cap)、2個電解電容(Cap Pol1)、1個二極管(Diode)、1個穩(wěn)壓二極管(Tunnel2)、1個保險絲(Fuse 1)、1個變壓器(Trans Eq)、1個全橋(Bridge1)、1個復(fù)合三極管(NPN1)和 1個繼電器(Relay-SPST)，放置后的結(jié)果如圖所示。

2.3 調(diào)整布局

2.4 放置導(dǎo)線和端口

(1)在原理圖中放置導(dǎo)線，將電路連通。在系統(tǒng)默認(rèn)設(shè)置下，如果有不相連的導(dǎo)線交叉，將會使導(dǎo)線分層疊置，表面上看是連在一起，實際上是不相連的；如果有相連的支線將會在相連的接點上出現(xiàn)一個紅色的節(jié)點，表示此節(jié)點在電路上相通。

2.5 放置連接器和注釋

在放置的過程中，還要進行屬性的個性化設(shè)置，具體操作如下：

(1) 在元件庫可選欄中選擇常用的Miscellaneous Connectors.IntLib。在【關(guān)鍵字】

過濾欄中輸入關(guān)鍵字“mhdr"，進行查找，找到連接器MHDR1×8后，單擊上方的Place MHDR1×8按鈕，移動鼠標(biāo)，可以在工作區(qū)內(nèi)適當(dāng)?shù)奈恢梅胖眠B接器，單擊鼠標(biāo)右鍵結(jié)束放置操作。

(2) 請使用系統(tǒng)自動配置注釋功能，將本原理圖所有器件進行注釋編輯。

3.系統(tǒng)軟件設(shè)計

本系統(tǒng)采用單片機的C語言編寫程序?qū)φ麄€系統(tǒng)的硬件進行管控。實現(xiàn)了對DS1302的控制，1602的顯示，時間管控。其中時間管控包括：

系統(tǒng)時間以及開啟與關(guān)閉時間的設(shè)定，系統(tǒng)時間與開啟或關(guān)閉時間相同時繼電器、蜂鳴器和指示燈工作狀態(tài)的管控。系統(tǒng)程序流程如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)程序流程圖

DS1302的RST、SCLK和I/O分別與單片機的 P2.0、P2.1和P2.2相連。單片機與DS1302 進行數(shù)據(jù)交換時，首先要將RST變?yōu)楦唠娢?，也就是單片機P2.0邏輯1。在RST保持為高電位時候，SCLK 時鐘由低電位變?yōu)楦唠娢坏纳仙貢r，數(shù)據(jù)被寫入DS1302中，數(shù)據(jù)從低位通過I/O開始寫入。在RST保持高電位，SCLK 時鐘由高電位變?yōu)榈碗娢坏南陆笛貢r，從DS1302讀取數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)也是從DS1302 的低位通過I/O讀取。

4.安科瑞為家庭智能照明控制系統(tǒng)提供解決方案

4.1安科瑞智能照明監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，即站控層，通訊層與間隔層；?如圖（1）所示：?

圖（1）網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

間隔設(shè)備層主要為：開關(guān)驅(qū)動器，這些裝置分別對應(yīng)相應(yīng)的一次設(shè)備安裝在電氣柜內(nèi)，這些裝置均通過現(xiàn)場KNX總線組網(wǎng)通訊，實現(xiàn)數(shù)據(jù)現(xiàn)場采集。?

網(wǎng)絡(luò)通訊層主要為：智能照明網(wǎng)關(guān)，其主要功能為把分散在現(xiàn)場采集裝置集中控制，同時遠(yuǎn)傳至站控層，完成現(xiàn)場層和站控層之間的數(shù)據(jù)交互。?

站控管理層：設(shè)有高性能工業(yè)計算機、顯示器、UPS電源、打印機等設(shè)備。監(jiān)控系統(tǒng)安裝在計算機上，集中采集顯示現(xiàn)場設(shè)備運行狀況，以人機交互的形式顯示給用戶。?以上開關(guān)模塊均采用KNX總線傳輸，一般都采用4根連線，接線簡單方便，傳輸距離可達(dá)1.2km。

4.2安科瑞智能照明系統(tǒng)組成

1.定時控制?

通過時鐘管理器，實現(xiàn)整個系統(tǒng)的有關(guān)區(qū)域照明的定時和自動管理功能，實現(xiàn)公共通道、景觀照明、泛光照明、車庫照明定時控制。如百葉窗定時升降、集中供熱定時調(diào)節(jié)、節(jié)假日照明定時關(guān)閉、定時通知等。?

2.場景控制?

智能照明控制系統(tǒng)根據(jù)各個部門的需求，設(shè)定不同種類的場景模式，進行各種照明燈光的組合，達(dá)到美化工作環(huán)境的效果；結(jié)合人體感應(yīng)傳感器，當(dāng)人員離開時，關(guān)閉所有該會議室照明。?

3.實時監(jiān)控?

中心控制室，配置一臺中控主機，所有照明控制設(shè)備，通過KNX網(wǎng)關(guān)，接入監(jiān)控系統(tǒng)，操作管理人員，可以通過中控電腦，實時監(jiān)視總線、區(qū)域、樓層、樓棟等照明狀態(tài)，并可根據(jù)需求進行控制調(diào)整。系統(tǒng)繪圖工具支持向量圖和多層頁面，圖形頁面縮放方便，切換簡單，支持DXF、WMF、BMP、JPG、ICON等圖形對象的嵌入、支持二維、三維圖元的繪制，增加可視化的空間效果。?

4.報警處理?

系統(tǒng)提供了警報處理能力，用戶可采用編程來完成不同的任務(wù)，當(dāng)某種警報條件出現(xiàn)時應(yīng)做什么，可由用戶自行確定。?5.事件通報?系統(tǒng)提供了事件通報功能，支持郵件通報、文本輸出以及事件驅(qū)動打印，可按照用戶預(yù)先設(shè)置的條件，觸發(fā)事件通報功能。?

4.3設(shè)備選型

5.結(jié)束語

本次實踐活動根據(jù)提出的問題，確定并論證了設(shè)計方案，詳細(xì)闡述了家庭智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)計思路，設(shè)計了相應(yīng)的硬件電路和軟件程序。并通過實驗?zāi)M出了控制系統(tǒng)的全部功能。本系統(tǒng)由于成本極低、可靠性好、不受房屋裝修空間束縛，具有良好的擴展性和實用價值，符合未來家庭智能化的要求。

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