浅析家庭智能照明控制系统的研究应用

安科瑞 于洋 周洁

摘要：随着科技的不断进步，经济也在飞速的发展，人民的生活水平日益提高，家庭住宅的功能性房间也在不断增多，传统的家庭照明系统已经不能满足人们对家居环境的需求，智能、节能型的家庭照明控制系统更具有环保、时尚、节能概念。 该系统能够面向使用者，可根据个人的需求选择手动、自动两种控制方式，自动方式能够随意定制照明系统定时开关的时间，为大家带来便利。该系统可以扩展到其他家用电器的定时启动关闭，具有很强的通用性、实用性。

关键词：家庭；智能照明控制系统

0.引言

随着现代生活节奏的加快,人们总是希望有个帮手，帮助完成每天重复性的工作，为了实现家庭照明的智能开启和关闭，方便人们日常工作生活，创建节能型社会，使用智能控制系统完成这样的目标。

1.系统的硬件设计与实现

1.1 系统概述

本文所设计的智能照明控制系统目的在于控制主电源，从而适用于能瞬间断电的照明、热水器、空调等电器，能在指定的日期时间准时接通，在指定的日期时间内准时断开，给人们日常生活带来了方便。

该智能控制系统具备以下几个特点：

1.采用 C 语言编写程序，与汇编语言相比便于修改和增减功能；

2.所采用的芯片51系列单片机、1602液晶显示器，DS1302 时钟芯片功耗低、可靠高；

3.与其它智能控制器相比，该系统运行无噪声，更加准确，且使用寿命要长。时钟芯片液晶显示器单片机按键电路继电器提示电路。

1.2 模块电路的设计

1.2.1 时钟电路

时钟电路为整个单片机系统产生时间基准，是单片机系统组成的部分；本系统DS1302 实时时钟芯片，工作电压为2.5V-5.5V，采用三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据，接下来我们来分析一下DS1302的性能与原理。

DS1302 的引脚功能排列及描述如下图所示

管脚描述

X1 X2 32.768KHz 晶振管脚

GND 地

RST 复位脚

I/O 数据输入/输出引脚

SCLK 串行时钟

Vcc1,Vcc2 电源供电管脚

DS1302 串行时钟芯片8 脚DIP

DS1302S 串行时钟芯片8 脚SOIC 200mil

DS1302Z 串行时钟芯片8 脚SOIC 150mil

1.2.2 单片机的选型

本系统主控芯片为单片机,因此单片机的选型显得非常重要。为了设计方便，更容易上手，同时考虑性能要求和程序大小，单片机采用51系列的单片机。

1.2.3 液晶显示电路

通过单片机指令控制1602 光标是否闪烁，是否清除原来数据以及显示的具体位置，并不停地对数据显示进行刷新，从而显示了准确的时间，并为系统提供了智能的人机对话模式。

2.利用 protel绘制电路图制作线路板

2.1智能控制系统的原理图如下

图3 智能控制系统的原理图

2.2 具体操作

选择和放置元件在元件库中选择电气元件杂项库，在工作区内适当的位置放置电阻，请连续放置5个电阻，按鼠标右键结束放置操作。再按上述方法操作，先后放置4个电容(Cap)、2个电解电容(Cap Pol1)、1个二极管(Diode)、1个稳压二极管(Tunnel2)、1个保险丝(Fuse 1)、1个变压器(Trans Eq)、1个全桥(Bridge1)、1个复合三极管(NPN1)和 1个继电器(Relay-SPST)，放置后的结果如图所示。

2.3 调整布局

2.4 放置导线和端口

(1)在原理图中放置导线，将电路连通。在系统默认设置下，如果有不相连的导线交叉，将会使导线分层叠置，表面上看是连在一起，实际上是不相连的；如果有相连的支线将会在相连的接点上出现一个红色的节点，表示此节点在电路上相通。

2.5 放置连接器和注释

在放置的过程中，还要进行属性的个性化设置，具体操作如下：

(1) 在元件库可选栏中选择常用的Miscellaneous Connectors.IntLib。在【关键字】

过滤栏中输入关键字“mhdr”，进行查找，找到连接器MHDR1×8后，单击上方的Place MHDR1×8按钮，移动鼠标，可以在工作区内适当的位置放置连接器，单击鼠标右键结束放置操作。

(2) 请使用系统自动配置注释功能，将本原理图所有器件进行注释编辑。

3.系统软件设计

本系统采用单片机的C语言编写程序对整个系统的硬件进行管控。实现了对DS1302的控制，1602的显示，时间管控。其中时间管控包括：

系统时间以及开启与关闭时间的设定，系统时间与开启或关闭时间相同时继电器、蜂鸣器和指示灯工作状态的管控。系统程序流程如图4所示。

图4 系统程序流程图

DS1302的RST、SCLK和I/O分别与单片机的 P2.0、P2.1和P2.2相连。单片机与DS1302 进行数据交换时，首先要将RST变为高电位，也就是单片机P2.0逻辑1。在RST保持为高电位时候，SCLK 时钟由低电位变为高电位的上升沿时，数据被写入DS1302中，数据从低位通过I/O开始写入。在RST保持高电位，SCLK 时钟由高电位变为低电位的下降沿时，从DS1302读取数据，数据也是从DS1302 的低位通过I/O读取。

4.安科瑞为家庭智能照明控制系统提供解决方案

4.1安科瑞智能照明监控系统采用分层分布式结构，即站控层，通讯层与间隔层； 如图（1）所示： 

图（1）网络拓扑图

间隔设备层主要为：开关驱动器，这些装置分别对应相应的一次设备安装在电气柜内，这些装置均通过现场KNX总线组网通讯，实现数据现场采集。 

网络通讯层主要为：智能照明网关，其主要功能为把分散在现场采集装置集中控制，同时远传至站控层，完成现场层和站控层之间的数据交互。 

站控管理层：设有高性能工业计算机、显示器、UPS电源、打印机等设备。监控系统安装在计算机上，集中采集显示现场设备运行状况，以人机交互的形式显示给用户。 以上开关模块均采用KNX总线传输，一般都采用4根连线，接线简单方便，传输距离可达1.2km。

4.2安科瑞智能照明系统组成

1.定时控制 

通过时钟管理器，实现整个系统的有关区域照明的定时和自动管理功能，实现公共通道、景观照明、泛光照明、车库照明定时控制。如百叶窗定时升降、集中供热定时调节、节假日照明定时关闭、定时通知等。 

2.场景控制 

智能照明控制系统根据各个部门的需求，设定不同种类的场景模式，进行各种照明灯光的组合，达到美化工作环境的效果；结合人体感应传感器，当人员离开时，关闭所有该会议室照明。 

3.实时监控 

中心控制室，配置一台中控主机，所有照明控制设备，通过KNX网关，接入监控系统，操作管理人员，可以通过中控电脑，实时监视总线、区域、楼层、楼栋等照明状态，并可根据需求进行控制调整。系统绘图工具支持向量图和多层页面，图形页面缩放方便，切换简单，支持DXF、WMF、BMP、JPG、ICON等图形对象的嵌入、支持二维、三维图元的绘制，增加可视化的空间效果。 

4.报警处理 

系统提供了警报处理能力，用户可采用编程来完成不同的任务，当某种警报条件出现时应做什么，可由用户自行确定。 5.事件通报 系统提供了事件通报功能，支持邮件通报、文本输出以及事件驱动打印，可按照用户预先设置的条件，触发事件通报功能。 

4.3设备选型

5.结束语

本次实践活动根据提出的问题，确定并论证了设计方案，详细阐述了家庭智能照明控制系统的设计思路，设计了相应的硬件电路和软件程序。并通过实验模拟出了控制系统的全部功能。本系统由于成本极低、可靠性好、不受房屋装修空间束缚，具有良好的扩展性和实用价值，符合未来家庭智能化的要求。