曾學(xué)仁

【摘 ?要】隨著科學(xué)技術(shù)的不斷創(chuàng)新優(yōu)化，傳統(tǒng)的教室照明系統(tǒng)由于智能化不足，擴(kuò)展性較差，維修成本與能耗較高已經(jīng)不再適用于現(xiàn)今的各大高校。為了保證教室內(nèi)部的正常照明，現(xiàn)今的教室智能照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)都是基于WiFi條件下進(jìn)行的，基于 WiFi的無(wú)線照明系統(tǒng)將避免傳統(tǒng)燈光控制系統(tǒng)的功能單一、智能化程度不夠高等缺點(diǎn)的出現(xiàn)，同時(shí)其還具有操作簡(jiǎn)單、擴(kuò)展性良好的優(yōu)點(diǎn)。因而在其的應(yīng)用設(shè)計(jì)中多采用STC89C52與HLK-M35 WiFi無(wú)線傳輸芯片，將二者相結(jié)合，完成終端控制節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)。Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)作為照明系統(tǒng)的通信方式，其可以將終端控制節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行連接，進(jìn)而形成星型網(wǎng)絡(luò)，在實(shí)際的應(yīng)用時(shí)只要通過(guò)手機(jī)系統(tǒng)軟件 app的操控，就能實(shí)現(xiàn)智能終端設(shè)計(jì)以及無(wú)線燈光控制，最終將控制功能和情景調(diào)節(jié)進(jìn)行良好的完成。

【關(guān)鍵詞】WiFi教室;智能照明系統(tǒng);設(shè)計(jì)

進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，各大學(xué)校對(duì)于其內(nèi)部的基礎(chǔ)設(shè)施都較為關(guān)注。現(xiàn)今的很多學(xué)校內(nèi)的教室照明系統(tǒng)還在應(yīng)用傳統(tǒng)的模式，其主電源經(jīng)過(guò)配電箱可以分出很多個(gè)支路，這些支路可以而分別向燈具供電;而想要使供電斷開(kāi)就必須將這些支路串聯(lián)在照明中的單雙極開(kāi)關(guān)上，所以，傳統(tǒng)的照明控制系統(tǒng)只能通過(guò)開(kāi)關(guān)來(lái)控制燈具，這樣無(wú)法實(shí)現(xiàn)人性化、多功能化的系統(tǒng)管理。由于現(xiàn)今的大學(xué)校園規(guī)模正在不斷的擴(kuò)大，其教室的數(shù)量也在大幅度的增加，大學(xué)的教學(xué)又是一個(gè)開(kāi)放型的教學(xué)管理模式，其內(nèi)部的人員流量較大，節(jié)能意識(shí)較為淡薄，因而就造成了高校的教室在白天室內(nèi)光照強(qiáng)度很高的情況下，仍然普遍存在開(kāi)燈作業(yè);

1、系統(tǒng)總體框架設(shè)計(jì)

文中設(shè)計(jì)的智能照明控制系統(tǒng)由終端控制節(jié)點(diǎn)、智能網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)、手機(jī)智能終端等組成。終端控制節(jié)點(diǎn)作為受控設(shè)備，主要負(fù)責(zé)接受來(lái)自 WiFi接入點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)的控制信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)LED燈的控制。智能網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)作為 WiFi無(wú)線智能照明系統(tǒng)通訊的核心樞紐，主要為了實(shí)現(xiàn)協(xié)議的轉(zhuǎn)換和 AT 指令的存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)。安卓手機(jī)智能終端則通過(guò)用戶界面把行動(dòng)指令和套接字送到WiFi節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)LED燈的控制。整個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)采用星型連接。

2、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

教室智能照明系統(tǒng)能對(duì)教室內(nèi)所有燈光進(jìn)行監(jiān)控和管理，終端控制節(jié)點(diǎn)替代傳統(tǒng)的機(jī)械開(kāi)關(guān)，利用單片機(jī) STC89C52 產(chǎn)生一個(gè) PWM 波實(shí)現(xiàn)對(duì)亮度控制。PWM 調(diào)光（Pulse Width Modulation Dimming）實(shí)現(xiàn)脈寬制調(diào)光，通過(guò)利用頻率超過(guò)100 Hz的亮度閃爍而肉眼難以發(fā)現(xiàn)的閃爍頻率這一特性，只要通過(guò)控制 LED燈開(kāi)通和斷開(kāi)時(shí)間的占空比，來(lái)實(shí)現(xiàn)改變 LED流過(guò)的平均電流，最終實(shí)現(xiàn)亮度的控制。采用 WIFI通信模塊來(lái)確?？刂浦噶畹目煽總鬏敚岣邤?shù)據(jù)傳輸可靠性。微控制器是采用了 MCS-51 內(nèi)核的 STC89C51系列 52單片機(jī)，MCS-51是8位CPU，具有性能高、成本低、功耗小的特點(diǎn)。STC89C52處理性能強(qiáng)大，低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器;不僅滿足了上述對(duì)MCU的所有需求，并且目前已經(jīng)得到了非常廣泛的應(yīng)用，擁有較成熟的開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)的借鑒;其次存儲(chǔ)足夠大，給 WiFi智能網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)移植和 TCP/IP協(xié)議移植提供支持。目前STC89C51系列開(kāi)發(fā)最廣泛和常用的開(kāi)發(fā)環(huán)境是 keil，使用熟練簡(jiǎn)單，開(kāi)發(fā)工具和仿真工具采用 SEGGER 公司為支持仿真 ARM 內(nèi)核芯片推出的 JTAG仿真器，價(jià)格較低，降低了開(kāi)發(fā)成本。其中，STC89C52采用 5 V 的供電電壓。

3、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 WiFi模塊程序設(shè)計(jì)

HLK-M35模塊是使用 AT+指令集方式配置。而AT+指令集方式是用戶人工通過(guò)串口輸入命令來(lái)配置參數(shù)的。HLK-M35模塊向使用用戶提供了 3個(gè)GPIO引腳，這 3個(gè) GPIO功能引腳不僅可以通過(guò) udp控制還可以使用AT指令讀寫(xiě)控制。GPI000 功能：輸出高低電平，輸入高低電平;特點(diǎn)：通過(guò)AT命令控制讀寫(xiě);類型：I/O;GPI001 功能：輸出高低電平，輸入高低電平;特點(diǎn)：通過(guò)AT命令控制讀寫(xiě);類型：I/O;GPI002 功能：輸出高低電平，輸入高低電平;特點(diǎn)：通過(guò)AT命令控制讀寫(xiě);類型：I/O;AT指令控制示例：AT+GW=0，1 -- GPI000輸出高電平AT+GR=2，GPI02輸入電平HLK-M45 上電后，進(jìn)入透?jìng)髂Ｊ?，用戶通過(guò)串口命令把透?jìng)髂Ｊ角袚Q到 AT 命令模式進(jìn)行配置。當(dāng)正常上電后，HLK-M35模塊會(huì)先檢查當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)串口配置正常與否，是的話，則模塊自動(dòng)進(jìn)入透?jìng)髂K;否的話，則模塊進(jìn)入 AT指令模式。透?jìng)髂Ｊ竭M(jìn)入 AT指令模式：在任何狀態(tài)下，拉低模塊第 33腳也就是 ES/RST腳的時(shí)間大于 0.5 s并且小于 5 s，HLK-M35 模塊立即進(jìn)入 AT 指令模式。

3.2 PWM調(diào)光

設(shè)計(jì)中利用STC89C52單片機(jī)產(chǎn)生一個(gè)PWM波。初始化 P1.0=1，當(dāng) T0、T1兩個(gè)定時(shí)器同時(shí)打開(kāi)，在定時(shí)器T1中斷時(shí)就將P1.0拉低，在T0中斷時(shí)再將P1.0拉 高，同時(shí)將這兩個(gè)定時(shí)初始值初始化，T0為65 536～1 000，T1為65 536～200。設(shè)定一個(gè)定時(shí)，如果設(shè)置周期是500 μs，那么，用count控制占空比，如果占空比是實(shí)時(shí)變化的，那么用一個(gè)變量代替count就可。PWM 調(diào)光其實(shí)就是通過(guò)調(diào)節(jié)可變占空比的方波信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的亮燈模式，半夜燈的占空比為100%，1/2的占空比為 50%，1/3的占空比為 33%，1/4的占空比為 25%。當(dāng)接收到調(diào)光命令時(shí)，PWM波上升沿中斷，設(shè)置定時(shí)器的時(shí)間等于高電平時(shí)間，然后提供PWM信號(hào)，可以按照所需調(diào)光模式來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)PWM 的占空比，當(dāng)定時(shí)器中斷時(shí)，該亮燈模式也隨之關(guān)閉。

3.3 無(wú)線組網(wǎng)

在無(wú)線組網(wǎng)設(shè)置中，HLK-M35模塊既可以配置成一個(gè)無(wú)線 STA，還可以配置為 AP。為了實(shí)現(xiàn)串口轉(zhuǎn) WiFi STA 和串口轉(zhuǎn) WiFi AP。AP，即是一個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的中心節(jié)點(diǎn)的無(wú)線接入點(diǎn)。其實(shí)，通常使用的無(wú)線路由器也是一個(gè) AP，而且，其他無(wú)線終端也是可以通過(guò) AP相互連接的。STA，是一個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的終端就是無(wú)線站點(diǎn)，不如PDA。HLK-M35模塊工作在STA的模式下。這是一種基本組網(wǎng)方式，由一個(gè)AP和多個(gè)STA組成。其特點(diǎn)是 AP 作為無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的中心節(jié)點(diǎn)，所以 AP 處于中心地位，而通過(guò) AP轉(zhuǎn)發(fā)實(shí)現(xiàn) STA 相互之間的通訊。在 STA 模 式 下，WiFi 模 塊 的 工 作 主 要 在 STA（CLIENT）模式。在適當(dāng)設(shè)置后，COM的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)與WiFi的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的互相轉(zhuǎn)換。當(dāng)工作在 AP的模式下，手機(jī)、電腦等設(shè)備就能夠?qū)崿F(xiàn)直接連上模塊，可以很方便實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶的受控設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控。

3.4 手機(jī)終端程序

APP 主要包含的功能模塊包括：WiFi設(shè)備搜索與匹配，燈光的打開(kāi)和關(guān)閉功能，調(diào)節(jié)燈光的亮度。而在智能手機(jī)終端，當(dāng)打開(kāi)APP時(shí)，手機(jī)會(huì)自動(dòng)檢測(cè) WiFi是否已經(jīng)打開(kāi)，是的話則會(huì)查找設(shè)備，否則會(huì)退出程序;當(dāng)查找設(shè)備時(shí)，沒(méi)有找到設(shè)備則會(huì)繼續(xù)查找，直到找到為止，找到設(shè)備則會(huì)連接匹配;匹配成功則可以選擇功能并控制實(shí)現(xiàn)，然后退出程序。在 WiFi配對(duì)成功后，用戶進(jìn)入了 APP的功能界面，可以看到選擇所想要控制的地方，選擇完成后，可以進(jìn)入所選地方界面的控制界面，在這里，可以選擇燈光的開(kāi)啟和關(guān)閉。這樣就可以完成智能地控制燈光的開(kāi)啟與關(guān)閉。其次，針對(duì)選擇控制的燈管，選擇燈光的亮度調(diào)節(jié)，這樣就可以完成智能地控制燈光的亮度，并調(diào)節(jié)。

結(jié)語(yǔ)

總而言之，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，各種能源的需求也在不斷的擴(kuò)大，為此，進(jìn)行各種項(xiàng)目的能源節(jié)約已經(jīng)是國(guó)家社會(huì)未來(lái)發(fā)展的必然趨勢(shì)。對(duì)于現(xiàn)今的高校教室燈光控制不完善的問(wèn)題，進(jìn)行基于 WiFi 的教室照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)，在保證照明質(zhì)量的前提下，對(duì)教室燈光進(jìn)行自動(dòng)控制，將很好的實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)，降低學(xué)校的經(jīng)費(fèi)支出，為教室內(nèi)人員提供更加靈活便捷，可靠性高，節(jié)能與舒適并存的照明系統(tǒng)。

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（作者單位：浙江雙宇電子科技有限公司）