安科瑞 繆凱倫

摘(zhai)要：隨著科(ke)技的(de)(de)(de)(de)不(bu)(bu)斷進步，經濟(ji)也在飛速的(de)(de)(de)(de)發展(zhan)，人民的(de)(de)(de)(de)生活水平(ping)日益提(ti)高，家(jia)庭住宅的(de)(de)(de)(de)功能性房間也在不(bu)(bu)斷增(zeng)多，傳統(tong)(tong)的(de)(de)(de)(de)家(jia)庭照明系(xi)統(tong)(tong)已(yi)經不(bu)(bu)能滿足人們對家(jia)居環境的(de)(de)(de)(de)需求，智能、節能型的(de)(de)(de)(de)家(jia)庭照明控(kong)制系(xi)統(tong)(tong)更具有(you)環保(bao)、時(shi)尚、節能概念(nian)。 該系(xi)統(tong)(tong)能夠(gou)面向(xiang)使用者(zhe)，可根據個人的(de)(de)(de)(de)需求選擇手動、自(zi)(zi)動兩種控(kong)制方(fang)式，自(zi)(zi)動方(fang)式能夠(gou)隨意定制照明系(xi)統(tong)(tong)定時(shi)開關的(de)(de)(de)(de)時(shi)間，為大家(jia)帶來便利。該系(xi)統(tong)(tong)可以擴(kuo)展(zhan)到其他家(jia)用電器(qi)的(de)(de)(de)(de)定時(shi)啟動關閉，具有(you)很強的(de)(de)(de)(de)通用性、實(shi)用性。

關鍵詞：家庭；智能照明控(kong)制系統

0.引言

隨著現代生活節奏的(de)加快,人(ren)們總(zong)是希(xi)望有個幫手(shou)，幫助完(wan)成每天(tian)重復(fu)性的(de)工(gong)作，為了實現家庭照明的(de)智能(neng)開啟和(he)關閉，方(fang)便人(ren)們日常(chang)工(gong)作生活，創建節能(neng)型社會，使用智能(neng)控制系統完(wan)成這樣(yang)的(de)目標。

1.系(xi)統的(de)硬件設計與實(shi)現

1.1 系統概述

本文(wen)所設計的智(zhi)能(neng)照(zhao)明(ming)控制(zhi)系統(tong)目的在(zai)于控制(zhi)主(zhu)電源，從而適用于能(neng)瞬間(jian)(jian)斷電的照(zhao)明(ming)、熱水器(qi)、空調等(deng)電器(qi)，能(neng)在(zai)日期時(shi)間(jian)(jian)準時(shi)接通，在(zai)日期時(shi)間(jian)(jian)內(nei)準時(shi)斷開，給人們日常生活(huo)帶(dai)來(lai)了(le)方便。

該智能控制系統具備以(yi)下幾個(ge)特點：

1.采用 C 語言編寫程序，與匯編語言相(xiang)比便于修改和(he)增減功能；

2.所采用的芯片51系(xi)列(lie)單片機、1602液晶顯(xian)示(shi)器(qi)，DS1302 時(shi)鐘芯片功耗(hao)低、可(ke)靠高；

3.與其它智能控制器(qi)(qi)相(xiang)比，該系統運行無噪聲，更加準確，且使用(yong)壽(shou)命要長。時鐘芯片液晶顯(xian)示器(qi)(qi)單(dan)片機按(an)鍵電路繼(ji)電器(qi)(qi)提示電路。

1.2 模塊(kuai)電路的設計

1.2.1 時鐘電路(lu)

時(shi)(shi)鐘電(dian)路為(wei)整個(ge)單(dan)片(pian)(pian)機系(xi)統(tong)產生時(shi)(shi)間(jian)基準，是單(dan)片(pian)(pian)機系(xi)統(tong)組(zu)成(cheng)的(de)部分(fen)；本系(xi)統(tong)DS1302 實時(shi)(shi)時(shi)(shi)鐘芯片(pian)(pian)，工作電(dian)壓為(wei)2.5V-5.5V，采(cai)用(yong)三線接口(kou)與CPU進行同(tong)步通信，并可采(cai)用(yong)突發式一(yi)次(ci)傳送(song)多個(ge)字節的(de)時(shi)(shi)鐘信號或(huo)RAM數據，接下來(lai)我們(men)來(lai)分(fen)析一(yi)下DS1302的(de)性能與原理。

DS1302 的引腳功能排列及(ji)描述(shu)如下圖(tu)所(suo)示

管腳描述

X1 X2 32.768KHz 晶振管腳(jiao)

GND 地

RST 復位腳

I/O 數(shu)據輸入/輸出引腳

SCLK 串行時鐘

Vcc1,Vcc2 電源供電管(guan)腳

DS1302 串行時鐘芯片8 腳DIP

DS1302S 串行時鐘芯片(pian)8 腳(jiao)SOIC 200mil

DS1302Z 串行時鐘芯片8 腳(jiao)SOIC 150mil

1.2.2 單片(pian)機的選(xuan)型(xing)

本系統主(zhu)控芯片為單(dan)片機(ji)(ji),因此單(dan)片機(ji)(ji)的選型顯(xian)得非常重要。為了設計(ji)方便，更容(rong)易上手，同時考慮性能要求(qiu)和程序大小，單(dan)片機(ji)(ji)采用51系列(lie)的單(dan)片機(ji)(ji)。

1.2.3 液(ye)晶(jing)顯示電路

通(tong)過單片機指令控制1602 光標是(shi)否(fou)(fou)閃(shan)爍，是(shi)否(fou)(fou)清(qing)除原來數據(ju)以及顯(xian)示(shi)的(de)(de)具體位置(zhi)，并(bing)不停(ting)地對數據(ju)顯(xian)示(shi)進行刷新，從而(er)顯(xian)示(shi)了(le)準(zhun)確的(de)(de)時間，并(bing)為系統提供了(le)智能(neng)的(de)(de)人機對話(hua)模式(shi)。

2.利用 protel繪(hui)制電路圖制作線(xian)路板(ban)

2.1智能控(kong)制系統的原(yuan)理圖如下(xia)

圖3 智能控制系統的原(yuan)理圖

2.2 具體操作

選擇和放(fang)置(zhi)元(yuan)(yuan)件在(zai)元(yuan)(yuan)件庫中選擇電氣元(yuan)(yuan)件雜項(xiang)庫，在(zai)工作區(qu)內適當的(de)位置(zhi)放(fang)置(zhi)電阻，請連續放(fang)置(zhi)5個電阻，按(an)鼠標右鍵結(jie)束放(fang)置(zhi)操作。再(zai)按(an)上述方法(fa)操作，先后(hou)放(fang)置(zhi)4個電容(rong)(Cap)、2個電解電容(rong)(Cap Pol1)、1個二(er)極管(guan)(guan)(Diode)、1個穩壓二(er)極管(guan)(guan)(Tunnel2)、1個保(bao)險絲(Fuse 1)、1個變壓器(Trans Eq)、1個全橋(Bridge1)、1個復合三極管(guan)(guan)(NPN1)和 1個繼電器(Relay-SPST)，放(fang)置(zhi)后(hou)的(de)結(jie)果如圖所示。

2.3 調整布局

2.4 放置導線和(he)端口

(1)在(zai)(zai)原理圖中放置(zhi)(zhi)導線，將電路連通。在(zai)(zai)系(xi)統(tong)默認(ren)設置(zhi)(zhi)下(xia)，如(ru)果(guo)有(you)不(bu)相連的(de)(de)導線交叉(cha)，將會(hui)使導線分(fen)層疊置(zhi)(zhi)，表面上(shang)看是(shi)連在(zai)(zai)一起，實際上(shang)是(shi)不(bu)相連的(de)(de)；如(ru)果(guo)有(you)相連的(de)(de)支線將會(hui)在(zai)(zai)相連的(de)(de)接點(dian)(dian)上(shang)出現一個紅(hong)色的(de)(de)節(jie)點(dian)(dian)，表示此節(jie)點(dian)(dian)在(zai)(zai)電路上(shang)相通。

2.5 放置連接器和(he)注釋

在放(fang)置的過程中(zhong)，還要進行屬性的個性化設置，具體操作如下(xia)：

(1) 在元件庫(ku)可選(xuan)欄(lan)中選(xuan)擇常用(yong)的Miscellaneous Connectors.IntLib。在【關鍵字】

過濾欄中輸(shu)入(ru)關鍵(jian)(jian)字“mhdr"，進行(xing)查找(zhao)，找(zhao)到(dao)連接器(qi)MHDR1×8后，單擊(ji)上方的(de)(de)Place MHDR1×8按鈕，移動鼠標，可以在工作區內適當的(de)(de)位(wei)置(zhi)放置(zhi)連接器(qi)，單擊(ji)鼠標右(you)鍵(jian)(jian)結束(shu)放置(zhi)操作。

(2) 請使用(yong)系統自動配置注(zhu)釋功能，將本原理圖所有器件進行注(zhu)釋編輯。

3.系統軟件設計

本系統(tong)采用單片(pian)機的(de)C語言編寫程序對(dui)整個系統(tong)的(de)硬件進行管(guan)控。實(shi)現(xian)了對(dui)DS1302的(de)控制，1602的(de)顯示(shi)，時間管(guan)控。其中時間管(guan)控包括：

系(xi)統時(shi)間(jian)以(yi)及開啟與關閉(bi)時(shi)間(jian)的設定，系(xi)統時(shi)間(jian)與開啟或關閉(bi)時(shi)間(jian)相同(tong)時(shi)繼電器、蜂鳴(ming)器和指示(shi)燈工作(zuo)狀(zhuang)態的管(guan)控。系(xi)統程(cheng)序流程(cheng)如圖4所示(shi)。

圖(tu)4 系統程(cheng)序(xu)流程(cheng)圖(tu)

DS1302的(de)RST、SCLK和(he)I/O分別與單(dan)片機的(de) P2.0、P2.1和(he)P2.2相連。單(dan)片機與DS1302 進行數據(ju)(ju)交換時(shi)，首先要(yao)將RST變為(wei)(wei)高(gao)電(dian)(dian)(dian)位(wei)，也(ye)就是單(dan)片機P2.0邏輯1。在RST保(bao)(bao)持(chi)為(wei)(wei)高(gao)電(dian)(dian)(dian)位(wei)時(shi)候，SCLK 時(shi)鐘由低(di)電(dian)(dian)(dian)位(wei)變為(wei)(wei)高(gao)電(dian)(dian)(dian)位(wei)的(de)上升沿(yan)時(shi)，數據(ju)(ju)被寫入DS1302中，數據(ju)(ju)從(cong)低(di)位(wei)通(tong)過I/O開(kai)始寫入。在RST保(bao)(bao)持(chi)高(gao)電(dian)(dian)(dian)位(wei)，SCLK 時(shi)鐘由高(gao)電(dian)(dian)(dian)位(wei)變為(wei)(wei)低(di)電(dian)(dian)(dian)位(wei)的(de)下降(jiang)沿(yan)時(shi)，從(cong)DS1302讀取數據(ju)(ju)，數據(ju)(ju)也(ye)是從(cong)DS1302 的(de)低(di)位(wei)通(tong)過I/O讀取。

4.安科瑞為(wei)家庭(ting)智能照明控(kong)制系(xi)統提供(gong)解決(jue)方(fang)案

4.1安科瑞智(zhi)能照(zhao)明(ming)監控系統采用分層(ceng)分布(bu)式結(jie)構，即站控層(ceng)，通訊層(ceng)與間隔層(ceng)； 如圖(tu)（1）所示：

圖（1）網絡拓撲圖

間隔設備層主要為(wei)：開(kai)關驅動器，這(zhe)些裝(zhuang)置分別(bie)對應(ying)相應(ying)的一(yi)次(ci)設備安裝(zhuang)在(zai)電氣柜內，這(zhe)些裝(zhuang)置均通過現場KNX總線組網通訊，實現數據(ju)現場采集。

網(wang)絡通訊層主(zhu)(zhu)要為(wei)：智(zhi)能照明網(wang)關，其主(zhu)(zhu)要功能為(wei)把分散(san)在現場采集裝置集中控制，同時遠傳至站控層，完(wan)成現場層和(he)站控層之間的數據交(jiao)互。

站(zhan)控(kong)管理(li)層：設(she)有(you)高性能工業計(ji)算(suan)機(ji)、顯示器、UPS電(dian)源(yuan)、打印(yin)機(ji)等設(she)備。監控(kong)系(xi)統安裝在計(ji)算(suan)機(ji)上，集中采(cai)集顯示現場設(she)備運行(xing)狀況，以人機(ji)交互的形式顯示給(gei)用(yong)戶。 以上開(kai)關模塊均采(cai)用(yong)KNX總(zong)線(xian)傳(chuan)輸，一般都采(cai)用(yong)4根連線(xian)，接線(xian)簡(jian)單方便，傳(chuan)輸距離可達1.2km。

4.2安(an)科瑞智能照(zhao)明系統組(zu)成

1.定時控制

通過時(shi)(shi)鐘管(guan)理器(qi)，實現整個(ge)系(xi)統的(de)有關(guan)區域照(zhao)明(ming)(ming)(ming)的(de)定(ding)(ding)時(shi)(shi)和自動管(guan)理功能，實現公共(gong)通道、景觀照(zhao)明(ming)(ming)(ming)、泛光照(zhao)明(ming)(ming)(ming)、車(che)庫照(zhao)明(ming)(ming)(ming)定(ding)(ding)時(shi)(shi)控制。如(ru)百葉窗定(ding)(ding)時(shi)(shi)升降(jiang)、集中供熱定(ding)(ding)時(shi)(shi)調(diao)節(jie)、節(jie)假日照(zhao)明(ming)(ming)(ming)定(ding)(ding)時(shi)(shi)關(guan)閉、定(ding)(ding)時(shi)(shi)通知等(deng)。

2.場景控制

智能(neng)照(zhao)明(ming)控制系(xi)統根據各(ge)個部門的(de)需求，設定(ding)不同種類的(de)場景模式，進行(xing)各(ge)種照(zhao)明(ming)燈(deng)光(guang)的(de)組(zu)合，達(da)到美化工作環境的(de)效果；結合人體感(gan)應(ying)傳感(gan)器，當人員離開時，關閉所(suo)有該會議室照(zhao)明(ming)。

3.實時監控

中(zhong)心(xin)控(kong)制(zhi)室，配置(zhi)一臺中(zhong)控(kong)主機，所有照(zhao)明(ming)控(kong)制(zhi)設備，通(tong)過(guo)(guo)KNX網(wang)關，接入監(jian)控(kong)系統，操作管理人(ren)員，可以通(tong)過(guo)(guo)中(zhong)控(kong)電腦，實時監(jian)視總線、區域、樓層(ceng)、樓棟等照(zhao)明(ming)狀(zhuang)態，并可根據(ju)需求進行(xing)控(kong)制(zhi)調整。系統繪圖工具支持向量圖和多層(ceng)頁(ye)面(mian)，圖形頁(ye)面(mian)縮放方便，切換簡單，支持DXF、WMF、BMP、JPG、ICON等圖形對象的嵌入、支持二(er)維、三維圖元的繪制(zhi)，增加可視化的空間效果。

4.報警處理

系(xi)統(tong)提供(gong)了(le)警報(bao)處(chu)理(li)能(neng)力，用戶可采用編程來完成不同的任(ren)務(wu)，當(dang)某(mou)種警報(bao)條(tiao)件(jian)(jian)(jian)出現(xian)時應做什么，可由(you)用戶自行確定。 5.事(shi)(shi)件(jian)(jian)(jian)通(tong)報(bao) 系(xi)統(tong)提供(gong)了(le)事(shi)(shi)件(jian)(jian)(jian)通(tong)報(bao)功能(neng)，支(zhi)持郵(you)件(jian)(jian)(jian)通(tong)報(bao)、文本輸出以(yi)及(ji)事(shi)(shi)件(jian)(jian)(jian)驅動打印(yin)，可按照用戶預(yu)先設置(zhi)的條(tiao)件(jian)(jian)(jian)，觸發(fa)事(shi)(shi)件(jian)(jian)(jian)通(tong)報(bao)功能(neng)。

4.3設備選型

5.結束語

本次實(shi)(shi)踐(jian)活動根(gen)據提出的(de)(de)(de)問題(ti)，確定并論證了設(she)(she)計(ji)方案，詳細闡述了家庭智能(neng)照明(ming)控制系(xi)統(tong)的(de)(de)(de)設(she)(she)計(ji)思路，設(she)(she)計(ji)了相應的(de)(de)(de)硬件電路和軟(ruan)件程序。并通過實(shi)(shi)驗模擬出了控制系(xi)統(tong)的(de)(de)(de)全部功能(neng)。本系(xi)統(tong)由于成(cheng)本極低、可靠性好、不受房屋裝修空間束縛，具有良好的(de)(de)(de)擴展性和實(shi)(shi)用(yong)價值，符合未來(lai)家庭智能(neng)化的(de)(de)(de)要求。