楊國政

（中山市古鎮(zhèn)鎮(zhèn)生產(chǎn)力促進(jìn)中心）

基于無線通信的智能照明控制系統(tǒng)設(shè)計

楊國政

（中山市古鎮(zhèn)鎮(zhèn)生產(chǎn)力促進(jìn)中心）

通過對DL-20無線通信模塊、光敏電阻、HC-SR501人體紅外感應(yīng)模塊和STC89C52單片機(jī)的研究，提出一種智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)計方案。該系統(tǒng)由控制終端和主機(jī)兩個部分組成?？刂平K端能夠根據(jù)環(huán)境的光照強(qiáng)度及是否有人出現(xiàn)在監(jiān)控范圍內(nèi)，對照明燈的亮滅進(jìn)行自動控制，并能控制無線通信模塊工作，將當(dāng)前終端的系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)信息發(fā)送給主機(jī)；主機(jī)用于顯示各終端的當(dāng)前的運(yùn)行信息，并能下發(fā)控制命令，對每個控制終端照明燈進(jìn)行控制。本文介紹了智能照明控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)過程，分析了系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)原理。與傳統(tǒng)的控制方式相比，該方案具有功能多、處理速度快、現(xiàn)場應(yīng)用靈活等優(yōu)點(diǎn)。

無線通信；智能控制；照明控制；單片機(jī)

0 引言

隨著時代的發(fā)展，人類對于資源的需求越來越大，尤其是電能與人們的生活息息相關(guān)。特別是在照明方面，人類已經(jīng)離不開電燈，但在現(xiàn)實(shí)生活中，由于人們的意識薄弱，造成了電能的浪費(fèi)。本文的目的就是通過設(shè)計一種智能的照明控系統(tǒng)來用于現(xiàn)實(shí)生活中，這樣不僅提高人們的生活水平，也能實(shí)現(xiàn)節(jié)約能源，延長燈源的使用壽命等。

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

智能照明控制整體結(jié)構(gòu)由四部分組成，分別是主機(jī)、控制終端、傳感器和照明燈。主機(jī)利用無線通信的方式，下發(fā)控制命令對控制終端的系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)信息進(jìn)行讀取，并將讀取的結(jié)果進(jìn)行顯示；控制終端實(shí)現(xiàn)兩部分功能。其一是完成和主機(jī)的通信，將當(dāng)前設(shè)備運(yùn)行信息發(fā)送給主機(jī)。其二是接收和處理傳感器的輸出數(shù)據(jù)，并根據(jù)處理的結(jié)果下發(fā)控制命令給照明燈驅(qū)動模塊，控制照明燈的打開或關(guān)閉。系統(tǒng)組成框圖見圖1。

圖1 系統(tǒng)組成框圖

2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計

智能照明控制系統(tǒng)的硬件由兩部分組成，分別是主機(jī)和控制終端。主機(jī)和終端之間通DL-20無線通信模塊進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)終端設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的讀取和控制命令的下發(fā)。

2.1 控制終端設(shè)計

控制終端電路由輸入采集電路、單片機(jī)最小系統(tǒng)電路、輸出控制和通信電路組成。

輸入采集電路利用HC-SR501紅外熱釋電模塊，判斷是否出有人出現(xiàn)在檢測的范圍內(nèi)。利用光敏電阻實(shí)現(xiàn)環(huán)境光照強(qiáng)度采集。設(shè)計四個按鍵分別代表“手動按鍵”、“自動按鍵”、“開燈控制按鍵”和“關(guān)燈控制按鍵”，實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)當(dāng)前工作狀態(tài)的識別。

主控單元由STC89C52單片機(jī)、晶振電路和復(fù)位電路三部分組成；晶振電路負(fù)責(zé)為單片機(jī)工作提供時序；復(fù)位電路作用是為單片機(jī)提供一個復(fù)位信號，使程序能夠正常地運(yùn)行。

輸出控制電路由照明燈控制電路和LED提示模塊兩個部分組成。照明燈驅(qū)動電路由單片機(jī)控制繼電器的線圈實(shí)現(xiàn)對照明燈供電電源的控制。LED提示電路由單片機(jī)控制“手動指示燈”和“自動指示燈”，對系統(tǒng)當(dāng)前所處的工作狀態(tài)進(jìn)行指示。通信部分采用基于ZigBee技術(shù)的DL-20通信模塊，單片機(jī)通過操作內(nèi)部串口與模塊之間進(jìn)行通信，完成數(shù)據(jù)的收發(fā)操作。主控電路見圖2。

圖2 主控電路

2.2 主機(jī)設(shè)計

主機(jī)由單片機(jī)最小系統(tǒng)、通信電路、液晶顯示電路、電源電路和按鍵電路組成。主機(jī)各電路中，通信電路、電源電路和單片機(jī)最小系統(tǒng)采用和控制終端電路進(jìn)行設(shè)計相同。液晶顯示電路選擇LCD1602進(jìn)行顯示，按鍵電路中設(shè)置兩個獨(dú)立按鍵。在“開燈按鍵”和“關(guān)燈”按鍵均未按下時，主機(jī)定時下發(fā)查詢命令，查詢節(jié)點(diǎn)工作狀態(tài)；當(dāng)“開燈按鍵”按下時，主機(jī)向所有終端節(jié)點(diǎn)下發(fā)開燈控制命令，當(dāng)“關(guān)燈”鍵按下時，主機(jī)向所有終端節(jié)點(diǎn)下發(fā)關(guān)燈控制命令。主機(jī)電路見圖3。

3 系統(tǒng)軟件程序設(shè)計

3.1 控制終端主流程設(shè)計

系統(tǒng)軟件工作后，首先執(zhí)行初始化程序，初始化程序中完成對單片機(jī)IO引腳的分配，模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片引腳配置和串口的初始化。初始化完成后程序進(jìn)入一個while（1）無限循環(huán)體。在循環(huán)中順序執(zhí)行如下操作：

1）初始化完成后，掃描輸入按鍵，判斷出系統(tǒng)當(dāng)前的工作狀態(tài)，若為手動模式，根據(jù)輸入按鍵值，控制繼電器動作，進(jìn)行開關(guān)燈操作；若為自動模式，執(zhí)行第2）步操作；

2）首先調(diào)用通訊程序，接收主機(jī)發(fā)送的命令并進(jìn)行處理，若接收命令為控制命令，則根據(jù)命令值，進(jìn)行開/關(guān)燈控制，執(zhí)行完成后返回上一步操作執(zhí)行。若為查詢命令，調(diào)用傳感器檢測程序，采集當(dāng)前環(huán)境參數(shù)，并根據(jù)采集結(jié)果進(jìn)行開/關(guān)燈控制，控制完成后，上傳本節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)信息，發(fā)送完成后，返回到上操作執(zhí)行?？刂平K端主程序流程見圖4。

圖3 主機(jī)電路

圖4 控制終端主程序流程

3.2 主機(jī)主流程設(shè)計

系統(tǒng)軟件工作后，首先執(zhí)行初始化程序，初始化程序中完成對單片機(jī)IO引腳的分配，定時器初始化和串口的初始化。初始化完成后進(jìn)入一個while（1）無限循環(huán)體。在循環(huán)中順序執(zhí)行如下操作：

1）初始化完成后，對輸入的按鍵進(jìn)行掃描，若為“開/關(guān)燈命令”，主機(jī)下發(fā)開關(guān)燈控制命令，第3）步操作。若無鍵按下，則執(zhí)行下一步操作。2）判斷是否到輪詢時間，到輪詢時間，則下發(fā)輪詢控制命令，等待節(jié)點(diǎn)回復(fù)信息，收到回復(fù)后，程序進(jìn)行第3）步執(zhí)行，未收到回復(fù)，一直等待節(jié)點(diǎn)回復(fù)信息；若未到輪詢時間，程序回第1）步執(zhí)行。3）當(dāng)前節(jié)點(diǎn)地址加1，液晶上顯示當(dāng)前節(jié)點(diǎn)狀態(tài)信息，顯示完成后，判斷當(dāng)前節(jié)點(diǎn)是否為最后節(jié)點(diǎn)，若為不是最后節(jié)點(diǎn)，程序回到第1）步開始執(zhí)行。若最后節(jié)點(diǎn)，程序進(jìn)行第4）步執(zhí)行。4）節(jié)點(diǎn)地址清零后，返回到第1）步操作執(zhí)行。主機(jī)主流程如圖5所示。

圖5 主機(jī)主流程

3.3 通信程序設(shè)計

在通信過程中，主機(jī)下發(fā)查詢命令，實(shí)現(xiàn)控制節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行狀態(tài)查詢。主機(jī)下發(fā)控制命令，可對控制節(jié)點(diǎn)所控制的照明燈工作狀態(tài)進(jìn)行控制。下面將對主機(jī)和控制終端之間的通信協(xié)議介紹：

主機(jī)和控制終端之間數(shù)據(jù)采用16進(jìn)制方式進(jìn)行傳輸，一幀數(shù)據(jù)由9字節(jié)組成。其中幀開始為FF，終端地址用（00～FF）進(jìn)行表示，命令字符（01～02），用于表示主機(jī)下發(fā)控制命令或查詢命令。數(shù)據(jù)字符由四個組成，用于表示主機(jī)和控制終端之間的通信數(shù)據(jù)。狀態(tài)字符（00～01）用于從機(jī)回復(fù)主機(jī)的控制性命令完成狀態(tài)。幀結(jié)束用AA表示。下面以控制終端回復(fù)命令為例，端對通信協(xié)議進(jìn)行舉例說明?？刂平K端回復(fù)數(shù)據(jù)見下表。

表 控制終端數(shù)據(jù)回復(fù)幀格式

根據(jù)通信協(xié)議可知，表中控制終端回復(fù)的數(shù)據(jù)代表05號控制終端收到主機(jī)下發(fā)的關(guān)燈控制命令，當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的光照強(qiáng)度為64xl，沒有人員出現(xiàn)在監(jiān)控范圍內(nèi)，當(dāng)前照明燈處于關(guān)閉狀態(tài)，關(guān)燈控制命令已執(zhí)行完成。

4 結(jié)束語

本文主要介紹了一種基于Zigbee通信模塊和單片機(jī)的智能照明控制系統(tǒng)設(shè)計方案，對系統(tǒng)的硬件電路進(jìn)行設(shè)計，完成了主機(jī)和控制終端的硬件電路設(shè)計。并在此硬件基礎(chǔ)上，對軟件程序進(jìn)行了設(shè)計，實(shí)現(xiàn)對照明燈的自動控制、手動控制和遠(yuǎn)程控制等功能。從實(shí)際應(yīng)用效果來看，該系統(tǒng)具有控制靈活、實(shí)用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足對照明燈的自動控制要求，具有很高的推廣價值和市場應(yīng)用前景。

[1]賈正松.基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)智能照明控制系統(tǒng)設(shè)計[J].現(xiàn)代電子技術(shù).2009(17):105～107.

[2] 顧大成,陳麗,張子郡.基于ZigBee技術(shù)的物流監(jiān)控設(shè)計[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2013， 3(2): 79-81.

2016-11-15）