基于单片机的智能照明系统设计探究

2018-03-23张林

数字通信世界 2018年6期

张林

（上海彪迪电业有限公司，上海 201501）

基于节能降耗理念，现在智能照明系统不断增多，且技术设计上优势更为明显，对提高生活质量具有重要意义。基于ZigBee和单片机智能照明控制系统的设计，通过各节点的有效连接，可以有效采集数据，并对其进行显示和评估，所设置的应用程序则可以对照明设备进行控制，实现系统基础照明功能。

1 基于单片机的智能照明系统设计方案

智能照明系统具有智能化、多元化以及简便性等特点，相比传统照明控制系统其在实际应用中具有更大技术优势，更符合节能降耗基本发展原则。其可以综合环境参数与用户需求，形成系统反馈与响应，并融合了大量计算机相关技术，通过各技术的优越性，来发挥自身功能性，使得系统运行可靠性更高。基于ZigBee单片机智能照明系统的设计，其融合了嵌入式技术与无线短距离通讯技术，确定嵌入式处理器中心控制作为中间层，结合网络信息互联技术，确保通过远程照明智能系统的控制，可以满足用户对照明终端的智能化需求。对于整个系统的设计，应确保其能够定时通过企业以及个人对相关参数进行修改，可采用系统单独节点化设计方法，即包括传感器节点、协调器节点、服务器节点以及内容服务节点四部分。各节点之间相互联系通信，即传感器节点对传感器接口数据进行有效接收，并上传给中继器节点，然后由中继器节点按照组别对不同位置的传感器节点进行划分，并以JSON格式文件的形式被保存在中继器节点的存储器内[1]。最后利用网络来讲中继器节点内JSON格式的文件上传至基于云平台的服务器节点。内容服务器节点通过将带有控制信号JSON格式的文件发送到所述中继器节点，利用串口来对JSON格式文件进行接收与解析，且通过ZigBee无线通信方式将解析出的控制信号传输给传感器节点，并由传感器节点来结合控制信号实现对照明灯具亮度的控制。

2 基于单片机的智能照明系统设计要点

2.1 硬件系统设计

2.1.1 传感器节点

系统选择应用CC2530芯片进行系统设计，具有功耗低、结构简单特点，且有可实现在线编程的Flash储存器，以减少材料使用降低成本来建立强大的网络节点。设计共分为CPU、功能不同的存储器模块、电源管理模块、外设与定时器、时钟以及无线通信模块等几部分。对于CC2530芯片来讲，其具有1.8V低压稳压供电，可维持低功耗运行模式，可有效延长电池寿命。且其含有四个不同功能的定时器，具有定时器功能、PWM功能、计数器功能等，可以作为芯片开发环境中的各种通信协议的时钟，并为软件系统时钟、时序提供依据。另外，CC2530具有众多的外部设备，能够满足程序开发人员进行各种特定高级性能应用程序开发要求，其所具有的较多通用I/O引脚，每个I/O端口均可以由MCU配置对应的寄存器来实现各种功能[2]。

2.1.2 外围电路设计

在针对CC2530主控芯片及外围电路的设计时，确定其主要对象为传感器电路接口、带通滤波电路、RF射频电路、电源去耦电路、PL2303通信电路以及频率晶体振荡电路等。其中，RF无线射频电路的主要功能是负责接收和发送无线数据，其自身具备RC晶振，运行能耗小，启动时间短。另外，电源去耦电路的VCC，应尽量选择经过滤波后的稳压3.3V直流电源输出到接口。为向晶体振荡电路提供稳定电流，应将接口内置偏置电阻控制在0.5以内[3]。对各晶振电路均设置两个高精度电容，使其能够有效协同CC2530内部电路，来提供高精度的内部系统时钟。设计时还需要在带通滤波电路中设置尽可能多的去耦电容，与电源模块配合，为CC2530提供稳定和高精度电压。

2.2 软件系统设计

对软件系统进行设计时，首先需要确定各软件功能，基于此来将系统软件划分为多个相互独立的部分，并确定软件总体结构，保证设计结果清晰、合理以及简洁。要求各功能程序可实现子程序化与模块化，可根据实际需求来进行调试、链接等操作，移植以及修改要便利。一般在对程序应用软件编写之前，需要先画出软件流程图，为后面程序编辑调试打好基础，节约更多设计所花费的时间。最后还需要对系统资源进行合理分配，例如RAM、ROM、中断源、定时器/中断器等，尤其是要做好RAM分配。如果选择应用C51进行软件编程，通过强大的KEIL51可以对系统资源进行自动分配，相比汇编语言在实际应用中优势更大。