家用智能照明系统的设计与实现

2018-08-03梁肖裕李彦君

数字通信世界 2018年7期

关键词：光敏电阻调光日光

梁肖裕，李彦君，苗晨

（山东科技大学，济南 250000）

1 研究背景

在电力能源迅速发展的时代，人造光点亮夜空，构成了辉煌的夜景。然而，伴随而来的问题是越来越严重的光污染与资源浪费。当下，如何防止光污染成为环境问题中的重点。我们选择从改变家用室内灯具的光源入手，设计实现家用智能照明调节系统。

2 系统设计与实现

我们设计实现的灯具主要功能为根据外界光照强度改变自身亮度、调整色温，以达到最适宜人体的光照水平，并且兼顾低能耗和使用寿命长的特点。

图1 光控灯具技术模块图

我们采用两片ST公司生产的32位超高速主控芯片，并且分别将其作为上位机和下位机。随着无线技术的发展，采用nrf24L01无线通信模块作为数据传输的通道。在下位机搭载光敏电阻和数据发送模块，上位机搭载LCD显示屏和无线数据接收模块。

然后利用光敏电阻与模拟数字量转换器，将光敏电阻采集的数据通过算法转变为0-100%的数字量区间并通过无线模块发送到上位机，通过光线百分比的大小来驱动PWM来调节对LED灯具电压的大小，进一步实现对灯光的控制，PWM调节技术日渐成为了光线调整中的重要技术，有很强的应用价值。

具有触摸功能的LCD显示屏可以让用户有效的与系统进行交互，使得开关控制与个性化照明控制功能得以实现，灯具配有三个操控端，消费者可以通过固定的电子屏查看光照数据，也可以通过手机微信端操控，还可以通过微型遥控器改变设置。三种方式都可以实现对灯光的开关进行控制。

灯光操控划分为自动挡和手动挡，既可以让灯具自行检测光照进行调节，也可以通过手动强制改变亮度，在基础数据模式中，也可以选择更低或更高光照度区间以适应不同人群的身体素质。

总的来说，将上述方案从物联网的角度来看，感知层是利用了光敏电阻的数据采集，网络层是利用了无线模块的数据传输，应用层是将采集到的光线数据通过算法以及PWM技术来实现自动调节亮度的功能。

3 应用场景

为了减小在强日光下不必要的照明，可以采用光敏自动调光调节LED灯具。光敏元件的作用是感受周围的日光，如果日光越强那么就输出一个PWM信号到所有靠近日光的LED灯具，把它们的亮度调暗。一个调光信号发生器可以调节很多LED灯具，只要这些灯具的恒流驱动源带有PWM调光控制接口。这种调光系统本身的效率高达92%以上。这种全自动的自适应节能调光是任何荧光灯、节能灯、高压钠灯等气体放电管根本无法实现的，而却是LED灯具最擅长的。

我们设计的家用照明智能调节系统可以提供不同模式的照度，设置多种拟态，通过划分不同环境、不同用途来设置不同亮度区间。医学研究证明，视觉系统会将外界光环境的明暗信息传递给大脑从而影响人的日常活动。例如，日本学者曾用50Lx的白炽灯和1000Lx的红、绿、蓝三种荧光灯对睡眠前的人进行照明，发现在白炽灯和红色荧光灯照明时，人们更容易进入较深的睡眠状态。

照明设计应有一个合适的照度值，照度值过低，不能满足人们正常工作、学习和生活的需要；照度值过高，容易使人产生疲劳，影响健康。根据GB50034-2013《住宅建筑照明标准》对房间照度均与度进行了明确规定。

与此同理，夜间环境光较暗的情况下，灯具会自动调节亮度，选择最适宜人眼的光照强度。并且根据GB 50034-2013《住宅建筑照明标准》对光源颜色的标准，选择最适宜的光照颜色。