基于CC1100无线通信模块的智能照明系统设计

郭芸君 丁学用

（三亚学院理工学院，海南 三亚 572022）

基于CC1100无线通信模块的智能照明系统设计

郭芸君 丁学用

（三亚学院理工学院，海南 三亚 572022）

设计采用CC1100无线通信模块和AT89C52RC单片机为主控芯片构成的无线通信智能照明系统，可远程通过控制模块来设置照明模块的开关、亮暗调节，也可通过光敏电阻自行调整亮度。该系统具备开发成本低、操作简单、维护方便的优点，具有一定的市场推广价值。

CC1100;无线通信;智能照明;控制

1 引言

随着人们生活水平的不断提高，人们对生活品质提出了更高的要求。采用传统简易开关控制的照明系统只能够满足照明的基本需求，很难满足不同消费者在不同环境下对照明氛围、照明亮度、照明效果、节能要求等方面的需求。因此，如何实现照明控制系统的智能化已成为当今智能家居系统迫切需要解决的问题之一。

虽然目前国内有很多企业在智能照明控制系统产品在稳定性、功能定位等方面已经取得了长足进步，且新型产品也在不断地开发、研制、推广，但是，无论是照明设备行业，还是智能家居领域，整体基础较为薄弱[1]。由于市场的需求量仍然很大，为了满足消费者对高效节能、管理简单、成本较低的需求，本文在面向智能照明控制系统的研究设计上，完成了一种由单片机控制、低成本的无线程控智能照明系统。

2 系统方案

根据无线程控交流电照明系统的设计原则、功能要求以及系统整体构架，系统的硬件设计和选择要能够完成系统的功能，还需考虑低成本、使用便捷、可扩展性等要求。本设计采用了CC1100无线通信模块，aT89C52RC为主控芯片以及相应的外围电路构成的智能照明系统。系统方框图如图1和图2所示。系统主要是由远程控制端、照明终端及无线通信模块构成。其中，远程控制端是由aT89C52单片机、LCD1602、4X4矩阵按键和无线通信子模块组成的。照明终端是由aT89C52单片机、调节电路、光敏电阻和无线通信子模块组成[2]。

整个系统工作过程如下：

用户远程控制时，远程控制端和照明终端的无线通信子模块需配对，远程控制端通过矩阵按键将用户的命令传送给单片机，并在LCD1602上显示用户的命令，同时，单片机再将用户的命令通过无线通信子模块传送给照明终端。当照明终端收到命令后，由单片机控制调节电路将用户的命令实现。

图1 照明终端框图

图2 远程控制端框图

3 主要模块介绍

3.1 aT89C52RC最小系统电路设计

aT89C52是片内有ROM/FPEROM的单片机，这种芯片构成的最小系统简单、可靠。用aT89C52单片机构成最小应用系统时，只要将单片机接上时钟电路和复位电路即可[3]。由于集成度的限制，最小应用系统只能用作一些小型的控制单元[4]。

3.2 无线通信模块

无线通信模块采用的是低功耗射频芯片CC1101，相比NRF24L01+通信距离更远，穿透性更好。相比Si4432通信速率更高，功耗更低。

无线通信模块以半双工的方式传送数据。两个模块的波特率和通信频道必须设为一样的。如果周围有多个模块，频道的设置就很有必要了，因为频道数一样的模块间，数据都是透传的[5]。本设计的无线通信模块默认设置是：通信波特率9600，无线通信频道001。

3.3 调光电路设计

调光电路通过单片机控制双向可控硅的导通来实现照明终端设备亮度的调整。双向可控硅的特点是导通后即使触发信号去掉，它仍将保持导通；当负载电流为零(交流电压过零点)时，它会自动关断。所以需要在交流电的每个半波期间都要送出触发信号，触发信号的送出时间就决定了灯泡的亮度。调光的实现方式就是在过零点后一段时间才触发双向可控硅开关导通，这段时间越长，可控硅导通的时间越短，灯的亮度就越低；反之，灯就越亮。这就要求确定交流电源同步信号的过零点，并以此为基础，控制触发信号触发角的大小，达到照明终端设备亮度调节的目的[5]。交流电源同步信号的产生如图3电路所示。

如图4所示控制信号通过控制三极管的导通来控制光耦三极管EL817的导通，光耦三极管EL817的导通又控制光耦双向可控硅MOC33021的导通，再用MOC3021控制双向可控硅BTa16的导通，从而控制照明设备的开关。

3.4 液晶显示电路设计

照明终端的亮度等级，通过LCD1602液晶显示器在远程控制终端上显示。LCD1602液晶显示屏的D0～D7八个数据引脚与aT89C52单片机的P0的八个I/O口相连，通过单片机的I/O口将处理好的BCD码传输给LCD1602的8个数据口。LCD1602的控制信号端RS、RW、EN分别连接P2.7、P2.6、P2.5三个I/O口，GND引脚接上电源地，VCC和VL同时连接+5V电源，背光正极BL+通过一个滑动变阻器与+5V电源相连，这样改变滑动变阻器的阻值就能改变液晶显示屏的背光强度，背光负极BL-接地。

3.5 按键控制电路设计

按键键盘采用的是阵列式，可以最大限度地使用单片机资源。阵列式按键键盘是将各个开关排列成行和列的阵列结构。其中，单片机的I/O接口一部分作为行线，一部分作为列线，按键布置在行线和列线的交叉点上。采用3*3阵列式按键键盘，只是用其中的8个按键，剩下的1个则是无功能按键。其中0键代表开，1键代表关，2键代表使用键盘控制亮度变化，3键代表亮度等级加1，4键代表亮度等级减1，5键代表使用滑动变阻器控制照明设备亮度连续变化，6键代表使用光敏电阻控制照明设备亮度变化，7键无功能，8键代表加1、减1功能的使用。

图3 同步信号产生电路

图4 可控硅触发电路

4 结束语

采用CC1100无线通信模块，aT89C52RC为主控芯片以及相应的外围电路构成的无线程控交流电照明系统，可以摆脱有线束缚，具有低成本、使用便捷、维护方便等优点。目前，由于我国居民消费水平整体不高，而市面上的家居产品大多是高端产品，系统过于庞大，价格昂贵，因此普及率很低[8]。基于单片机控制的智能照明系统因其成本低，在家居市场上的应用会越来越广泛，具有一定的市场推广价值。

[1]陈功．楼宇智能照明控制设计与实现[D]．电子科技大学，2014．3．

[2]穆云田．基于单片机控制的直流恒流源的设计[D]．天津：河北工业大学，2007．

[3]郭巧惠．基于AT89C51单片机智能电动小车设计[J]．福建电脑，2009，10：139-140．

[4]王幸之．单片机应用系统抗干扰技术/单片机应用技术丛书[M]．北京航空航天大学出版社，2000．

[5]杨辉．基于MSP430和CC1100组成的无线集抄系统[J]．河南科技学院学报，2008，36(4)：101-105．

[6]白晓亮．基于嵌入式Linux系统的无线智能家居控制系统的设计与实现[D]．河北大学，2014．

[7]唐鹏光；付蔚．基于无线传感网智能家居照明控制系统的研究与实现[J]．世界电子元器件，2012：52-55．

[8]谭浩广．基于虚拟仪器的风力发电机组故障诊断系统开发与实验研究[D]．内蒙古科技大学，2013．

Design of Intelligent Lighting System Based on CC1100 Wireless Communication Module

Guo Yunjun Ding Xueyong
(Engineering Branch,Sanya College Hainan University，Hainan572022,Sanya)

Wireless intelligent lighting system is designed using CC1100 wireless communication module and aT89C52RC MCU as the main control chip.It can set the lighting module by the remote control module,and also can adjust the brightness through the photosensitive resistance.The system has the advantages of low cost,simple operation and convenient maintenance, which has certain market value.

CC1100;wireless communication;intelligent lighting;control

G242

a

1008-6609(2016)03-0025-03

郭芸君，女，海南琼海人，本科，实验师，研究方向：通信实验教学研究。

海南省教育厅教改项目，项目编号：Hnjg2015-61。