基于单片机的室内智能照明系统设计

王 旋

贵州电子信息职业技术学院，贵州 黔东南 556000

0 引言

随着时代的发展，人们对于照明系统的要求越来越高，照明系统也在朝着智能化方向发展。智能照明系统是将电子技术、计算机网络技术、通信技术等融入照明系统当中，形成一个整体，实现有效的照明管理和控制，从而提高人们的生活质量。文章主要以基于单片机的室内智能照明系统设计为主要内容，在实现基础照明功能的同时，实现智能化的管理，同时减少电源的浪费。

1 室内智能照明系统设计的背景

在当前社会，由于信息产品的普及，智能家电的种类也越来越丰富。在人们生活质量提高的同时，部分人并不注重节约资源，自觉性和节约意识较为薄弱。例如，即使在光线充足的情况下依旧会打开照明设备，或是由于着急出门以及其他原因忘记关闭照明设备，造成资源的浪费。此外，一般室内照明系统运用的是人工管理方式，需要手动开启或关闭灯光开关，因而会在一定程度上造成资源浪费。随着现阶段自动化技术越来越成熟，针对照明系统也研制出了单片机的室内智能照明系统，灯光的管理越来越自动化和智能化。比如，公共卫生间、停车场、楼道等区域的灯光，都应用了自动控制功能，使室内灯光也越来越智能化，有效地提高了人们的生活质量，也在很大程度上节约了电能[1]。

2 室内智能照明系统设计的特点

目前，室内智能照明系统主要管控的是室内的灯具，因为智能照明系统是通过感应外界环境来自动调节灯光，所以具备智能化、便捷性的特点，也具备更大的技术优势，符合我国倡导的节能降耗的发展原则。室内智能照明系统可以完全满足用户对于灯光的需求，而且可以尽可能地减少对电能的消耗。文章论述的智能照明系统中并没有涉及被动调光技术，所需要参考的参数值主要是感知值和照度值。

3 基于单片机的室内智能照明系统硬件设计

文章所述的智能照明控制系统，其硬件设施主要分为三个模块，即单片机的主控系统、智能显示模式以及其他的辅助模式（主要包括语音播报、蓝牙模块、红外线监测模式以及光电感应模块等）。这三个模块之间相互作用，能够对室内的灯光进行有效的控制，从而达到节能减排的效果。比如，光电监测模块主要针对室内灯光的强弱进行检测，并将检测的信息通过网络信息技术反馈到单片机的主控系统，主控系统会结合接收到的信息进行合理的选择，并发出相应的指令，对灯光的强弱进行调节。同时，安卓手机、蓝牙模块、单片机系统共同配合，实现对室内灯光的无线控制。这是单片机室内智能照明系统的硬件设备，也是智能照明系统中的关键设备[2]。

3.1 主控系统思维设计

在单片机的主控系统中，最主要的三个条件是电源、时钟电路以及复位电路。在其内部一共包含三个定时器，整个照明系统结构可以分为控制器、运行器、储存器等。

（1）时钟的电路设计。在智能照明系统中，针对时钟的电路设计采用内部振荡的方式进行。在XTAL1和XTAL2引脚两端跨接11.059 2 MHz石英晶体振荡器和2个电容30 pF，共同形成较为稳定的自激振荡电路，满足智能照明系统对时钟的需求。

（2）复位电路的设计。复位电路是一种大规模数字集成电路，是在智能照明系统中位于主板上的电路。在设计复位电路时，主要包含两个方面的电路设计：一是手动复位，工作过程是通过RST端经两个电阻对电源VCC接通分压产生的高电平来实现；二是上电复位，主要是通过VCC（+5 V）电源给电容C充电，以此方式传输一个较为短暂的高电平信号给RST引脚，传输的信号会随着系统充电过程慢慢回落[3-4]。

3.2 液晶显示接口电路设计

首先，在智能照明系统中，液晶显示屏是反映照明实施过程的模块。在单片机的室内照明系统中，液晶显示模块采用的型号为LCD12864，其中运用的控制芯片型号为ST7920-0B。其次，在该智能显示屏中针对数据的传递采用了8位并行口，能有效提升数据传递的效率。其中一共包含20个引脚，分别有电源、复位电路、数据传输I/O口以及背光电路等。在进行外部连接时，需分别将这几部分内容一一对应，才能有效启动显示屏。针对数据的输出线和输入线是由单片机控制的。照明系统会先对室内的光线进行检测，启动光电检测功能，并在进行A/D转换之后将相应的数据通过单片机传输到液晶显示屏上，进而准确地表达目标照明系统的工作状态，让用户可以更为准确地了解。

3.3 语音播报的电路设计

语音播报模块最主要的功能在于接收用户下达的指令，并将其反映到智能系统当中，使用户可以通过语音的方式关闭或打开照明系统，从而使照明系统摆脱手动的束缚，更为智能化。另外，语音播报系统也会播放语音，回应用户的需求。在智能照明系统中，语音播报模块采用VS1003B型号的芯片进行设计，在这一芯片的作用下，与外围电路共同作用，当用户使用按键时，音频文件就会停止播放。VS1003B属于单片MP3/WMA/MIDI音频解码器和ADPCM编码器，通过智能照明系统中的单片机收集相关的数据，当单片机收到数据之后，如果涉及语音播报模块，那么该数据会自动传输到VS1003上进行解码，解码后，再通过VS1003将数据传输出去，驱动智能照明系统中的喇叭实施语音播报功能。

3.4 模拟蓝牙控制电路设计

在智能照明系统当中模拟蓝牙模块是非常重要的功能，能够使用户通过其他软件操作灯光。在照明系统中模拟蓝牙控制的电路是由nRF2401系统作用，从而实现数据的传输功能。 nRF2401属于单片无线收发的芯片，在频段为2.4 GHz ISM的环境工作，与手机蓝牙所具备的功能非常相似，但是要比蓝牙功能更为全面。比如，nRF2401芯片编程方便，与传统蓝牙模式相比传播速度更快，同时功耗较低，电源的兼容性比较好。将其应用在智能照明系统当中，当接收到来自手机终端发出的信号指令之后，nRF2401芯片就会自动将其转化成照明系统能够识别的数据，再通过串口将数据传达到单片机之中，再由单片机分析传输来的数据，下达相应的指令，实施具体的操作过程。

3.5 红外自动控制电路设计

在智能照明系统中，红外自动控制系统的主要功能是识别人体发射的红外线，并通过菲泥尔滤光片将红外线增强之后将其聚集在红外感应源上，从而实现自动调节灯光亮度的功能。在红外线自动控制电路当中，所采用的传感器是CS9803GP热释电红外控传感器，能够准确检测人体的活动情况。在经过CS9803GP系统化的处理之后，从人体传输来的信号会整合成系统可以识别的数据传输到单片机上，进行集中处理，进而完成对灯光亮度的调解，实现智能化管理。

4 基于单片机的室内智能照明系统软件设计

4.1 按键调光控制的设计

在智能照明系统当中存在按键调光控制，所采用的是双向可控硅。在实际操作中，用户会通过按键来调节灯光，在发出相应的指令之后，智能照明系统中的单片机会控制双向可控硅的导通来调节亮度。在用户发出指令之后，双向可控硅会保持导通的状态。当用户停止操作，双向可控硅就会自动关闭。因此，用户触发的时间越长，智能照明系统中的交流电控制双向可控硅的时间也会越长，反映到实际当中的灯光也会越亮，反之灯光会变暗。单片机也会结合光电检测信号来反映室内环境以及灯光的亮度。同时，照明系统的串口也会接收数据，调整触发的时间，进而达到调节灯光的目的。

4.2 无线通信的软件设计

该智能照明系统可以通过安卓手机控制系统中的蓝牙模块，并将其转化为相应的数据上传到单片机的内部系统当中，从而指导照明系统完成用户在手机上下达的指令。文章设计的照明系统是将无线通信技术与语音播报模块相互结合，完成对灯光的控制。

4.3 语音播报的软件设计

在智能系统实施语音播报功能时，nRF24L01芯片会被触发，呈接收状态，待语音识别模块VS1003B传输相应的控制信号，nRF24L01启动，将数据传输给单片机，由单片机处理数据。经过一系列的系统反应，语音识别模式会被打开，以此控制开关灯，在真正意义上实现对语音播报的控制。

5 结束语

文章从软件设施和硬件设计方面对基于单片机的室内智能照明系统设计进行了讨论。在单片机智能照明系统中，显示屏、调光、按键、语音播报以及蓝牙等技术相互作用，完成用户的需求，通过这样的方式使室内灯光更为智能化，增强用户体验，也更加节能。在照明系统的设计中，该项技术能够有效提高智能系统的运行效率。