远程无线灯光智能控制开关的设计

赵 虎

(阜阳职业技术学院，安徽 阜阳 236031)

随着经济的发展，人们生活水平也越来越高，对生活的城市环境以及居住的房屋质量要求越来越严格，在追求外形的同时在功能设计上要求更为便捷、自动化[1]。其中，对于照明系统要求更为严格。例如，当进行灯光打开或者关闭的时候，想要在原有的基础上添加人性化的设计理念，可以让灯光开关进行自动化的操作。当出门在外，可以在移动接口上控制灯光的关闭、亮度的调节、线路的自动断开等相关自动化控制。上述的需求，进一步促进了远程灯光开关智能化控制的研究，本文主要就电子系统在开关设计方面进行了系统、全面的分析，通过对于全过程的重点阐述，来达到优化照明控制系统的最终目的。

1 国内外照明灯光开关智能化设计的现状和定位

1.1 市场研究现状

智能化灯光远程控制系统是一个集计算机网络技术、无线通信技术以及智能化自动控制技术为一体的具有科学性的综合化的高效系统[2]。在运用该系统时，能够将处于不同方位和地段的室外灯光进行远程的操控，以用于日常设备的正常维护检查。该大型系统在国内市场使用场合较为广泛，可用于城市的道路照明系统、高速照明系统、铁路照明系统以及城市公交广告牌、广告楼宇等多个具有现代化标志的公共场合。因此，计算机信息化技术的发展，引导了智能化灯光开关控制系统的扩张以及普及。在原有的数据资料传输方式的标准之下，有关远程灯光控制体系的发展主要经历了以下四个发展阶段：第一，20世纪80年代末期，采用220V家用电压所形成的电力化有线控制方式；第二，20世纪90年代中期，在电话线和电力线的基础上进行线路的搭载进行灯光的控制；第三，20世纪末期，采用230赫兹频率的专用无线通信频道进行无线化传输，最终作用于开关的控制；第四，21世纪初期，在通讯网络化体系之下，借助中国移动、连通以及典型的短讯信息进行基础数据的传输与控制。相比于国外较为普遍的计算机网络技术来进行灯光电箱以及社会基础设施的照明自动化控制，国内在灯光电子照明控制系统上仍旧处于较为落后的状态。在城市的灯光控制上，采用安排大量的人力进行巡查和开关的方式，不仅需要一定的人力资源和管理费用，还降低了实际的效率，很难在现代化进程中站稳脚跟[3]。

1.2 发展定位

结合现代化发展进程，进行综合考究和分析，得知未来有关智能化远程灯光无线控制开关的研发和设计方向大致如下：第一，监控系统的数据传输速度更快、所包含的数据量更广、信息安全性能有所保障。随着现代化网络流量的大面积普及，在4G时代的背景之下，在灯光控制系统中有关基础数据的吞吐数量在原有基础上有所增加，从而有效地将系统功能进一步优化和拓展。可以建立远程控制中心来进行通信的连接和处理，全面实现互联网和无线灯光智能化控制的搭建[4]。在接入网络数据以后，工作人员可以借助电子设备对灯光系统进行全方位的实时监控，并保障设备的正常化运作，以提高照明系统的稳定性。第二，在整个灯光照明系统中，还可以加入一定的节能化操控设置。根据实际照明系统的运行情况，有针对性地对于某个时间段或区域化设置各种节能化控制系统，这样不仅可以节约成本还能促进生态资源的可持续发展。例如：可以通过在控制系统上集成光敏传感器来进行成本的把控。当周围的自然光线强度等级低于光敏传感器设置的最低参数数值时，灯光智能化控制系统会发出信息指令，打开灯光开关进行日常的照明。相反，当光线强度高于设定的最大值时，便自动关闭灯光，以达到节约电力。第三，建设更加科学化的管理制度。对于城市公共基础设施的照明系统，在管理上要趋于现代化和先进化。在运行智能化灯光控制系统时，要对系统产生和传输的信息进行系统的收集与处理。只有保证信息化及时处理，才能在第一时间发现系统产生故障的原因和解决方案。同样的，该系统的科学化管理也在很大程度上提高了整体灯光控制系统的运行效率，对于城市的建设有着极其重要的应用价值和现代化意义。当全面实现智能化灯光系统控制时，在获取设备的运行参数上更加快速、准确，能及时做出故障的维修，将传统的人工巡查方式转变为轮换值班的方式，极大程度上减轻了城市灯光控制的成本资源，提高了照明体系的设备使用寿命。

2 远程无线灯光智能化开关控制系统的科学设计

在进行远程无线灯光智能化开关控制系统设计过程中，需要准备以下几种电子元件或通信元件：微型处理器、无线系统接收模块、光线采集模块、太网接口模块、开关按键、显示器、储存器、固态继电器以及进行功率调整的模块[5]，其整体结构组成框架图如图1所示。

图1 远程无线灯光智能控制开关组成

为进一步实现远程无线灯光控制开关时，可采用三种系统的控制方式：无线遥感技术、按键以及远程终端控制[6]。第一种遥感方式是利用通信技术来进行频率上的对应；远程终端控制则是通过太网以及微型处理器之间的通信数据来进行有效的控制。整个控制系统就其工作原理上可以归纳为，相关操作者根据实际的情况来选用最为便捷的方式进行智能化的灯光开关控制，当系统发出一系列的操控指令以后，微型处理器要对接收到的指令进行密码破译，从而调动相应的处理程序对灯光开关或者光照强度等级进行准确的调动。同时，当光线感应模块在进行正常的光线采集过程中，将采集的光线数据及时送入到微型处理器中，随后仍旧会根据接收的指令做出智能化的执行操作。如果当远端控制系统要进行数据的整理和收集操作时，只需要将太网通信程序进行调动便可以进行远程的通信。

3 远程无线智能化开关控制系统相关硬件电路设计

3.1 信号接收无线化模块的设计

在进行数据信号接收的过程中采用无线的方式是借助射频通信的技术来完成的[7]。通常是采用内部包含有常用的编码芯片PT2262的发射电路以及具有解码芯片的接收模块。在原有编解码芯片所包含的3种地址管脚基础上，进行重新的组合，可以任意组合出大约600000个地址码。只有当接收地址保持一致的时候，才能进行正确的信息收发操作。因此，在进行无线接收模块的设计时，可以利用该地址码更快地实现无线通信，其硬件电路相比于此就显得更加简单了。具体的设计细节：在进行集成电路设计的实际过程中，所选用和设置的有效震荡电阻要进行性能上的匹配，否则会导致当信号接收的距离变短后无法准确的接受到信息。其次，对于无线通信的距离问题要进行充分的考虑，再进行灯光智能化控制开关系统的布局。

3.2 光线采集模块化设计

对于整个系统的光线采集所利用的是光线传感器。ISL29004是新的一代光感数字传感器，其内部结构主要是由电流放大器以及转换器、过滤波器等相关电子元件所组成[8]。这个系统能够在照明系统正常运作的过程中，通过传感器将光强进行数字化的标准转换从而经过输出信号器，进行信号的输出。该数字传感器包含有一个命令寄存器、一个控制寄存器以及两个中断阈值寄存器、四个数据寄存器。将命令寄存器在控制系统之间进行模式和数据位数的转换并使得寄存器在系统设定的信号上进行一定的增益，从而根据增益的大小范围来选择实际的光照强度等级的检测大小。设计中为节约系统运行的成本，要对无线智能化开关的系统在安装布局上进行综合的考虑，所选取的光线传感器其选址编码为11。下图2是该系统的光线收集模块以及微型处理器的相关连接示意图。

图2 光线采集模块与微处理器的连接

3.3 接口模块采用以太网的设计

在实现远程无线灯光智能化控制开关的设计时，要进一步实现对智能化开关的远程控制功能，需要借助网络科技技术。在此基础上，在系统的接口模块设计上采用以太网的网络模式进行接口芯片的安装。目前，以太网接入的网络接口在其自身的形式上存在很多种类，常见的有：RTL8019AS、PT2000等[9]。由于上述的芯片在自身结构上具有一定的局限性，在结构上较为复杂且开发难度大，当使用这些芯片的时候会出现开发周期较长、体积大、成本较高等一系列不利于经济效益的影响因素。为有效避免出现上述的局限，在进行接口模块设计时最优的方案是在减少产品开发周期的同时，减小产品的相关体积以及造价成本。在本文的设计中，选用的是美国微软科技公司研发生产的一种太网网络接口芯片。该芯片是通过在总线与处理器之间搭设连接方式，来实现通信的，在一定程度上简化了系统的设计程序，更加快速便捷进行接口信号的处理。

3.4 进行系统功率模块化调整的设计

在整个照明系统中，对于光线以及光照强度的调整，主要是通过对电子元件的功率进行调整来达到光能的转换。因此，当系统在正常运行的过程中，需要对灯光的强度等级进行处理时，需要借助微型处理器进行功率的调整。

4 智能化灯光开关软件的设计

在进行灯光开关的智能化设计时，其系统主要由无线通信数据处理程序、光线传感器驱动程序、光线采集数据处理程序以及网络化接口驱动程序等相关部分组成[10]。其中，无线通信程序主要是通过远程遥感技术对系统的命令进行一定的解码和有效的识别，根据制定的系统协议将相应的数字编码进行处理和传输。光线传感器程序则是在整个照明系统中安装具有光感传感性能的数字化传感器。当进行光线采集的时候，则是利用光线采集数据处理程序以及波形程序进行数据的处理和运算。在对智能化开关软件进行硬件设施选取时，要对整体资源进行综合的考量。当系统完整的协议无法实现目标时，需要对其进行可行的精简。根据实际的工作原理，当进行系统远程控制时，需要对相关协议进行简化的修改来达到实现自动化驱动的目的。

图3 光强功率调整模块的电路原理

例如：在对现代家居进行灯光设计时，为起到智能化的操控，可将灯光系统设计为智能化操控，并与移动客户端建立起紧密的联系，用户只需要根据设定的环境来选择灯光类型即可。当外部环境较为明亮时，室内灯光控制系统设置光敏感应器，超过设定的光度值便自动调节成最佳的照明亮度，光强功率调整模块的电路原理(如图3所示)，真正意义上实现智能化的有效设计，为人们的现代化生活提供更为便捷的服务。

5 结束语

由此可见，在现代科技不断发展的背景之下进行远程无线灯光智能化开关设计时，可通过无线网络通信技术、光线传感技术以及以太网网络接口芯片的综合应用来实现控制系统的现代化和智能化。采用上述技术不但能在原有的灯光照明控制系统基础上实现对城市基础设施的照明系统的有效、无线、自动化控制，还能在一定程度上减少人力物力资源，节约社会成本造价。总的来说，该智能化灯光控制系统具有操作简便、体积小以及运作效率高的特征，是现代化城市建设以及公共设施建设的必备产品，相信随着系统的不断研发和改善能够有效地推动国家的经济资源可持续稳定发展。