摘要：伴隨科技的持續(xù)進(jìn)步，經(jīng)濟(jì)也在快速的發(fā)展，人們的生活水平日益提高，家庭住宅的功能性房間也在不斷增多，傳統(tǒng)的家庭照明系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足人們對(duì)家居環(huán)境的需求，智能、節(jié)能型的家庭照明控制系統(tǒng)更具有環(huán)保、時(shí)尚、節(jié)能概念。 該系統(tǒng)能夠面向使用者，可根據(jù)個(gè)人的需求選擇手動(dòng)、自動(dòng)兩種控制方式，自動(dòng)方式能夠隨意定制照明系統(tǒng)定時(shí)開關(guān)的時(shí)間，為大家?guī)肀憷?。該系統(tǒng)可以擴(kuò)展到其他家用電器的定時(shí)啟動(dòng)關(guān)閉，具有很強(qiáng)的通用性、實(shí)用性。

0.引言

伴隨現(xiàn)代生活節(jié)奏的加快,人們總是希望有個(gè)幫手，幫助完成每天重復(fù)性的工作，為了實(shí)現(xiàn)家庭照明的智能開啟和關(guān)閉，方便人們?nèi)粘９ぷ魃?，?chuàng)建節(jié)能型社會(huì)，使用智能控制系統(tǒng)完成這樣的目標(biāo)。

1.系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1.1 系統(tǒng)概述

本文所設(shè)計(jì)的智慧照明控制系統(tǒng)目的在于控制主電源，從而適用于能瞬間斷電的照明、熱水器、空調(diào)等電器，能在日期時(shí)間準(zhǔn)時(shí)接通，在日期時(shí)間內(nèi)準(zhǔn)時(shí)斷開，給人們?nèi)粘Ｉ顜砹朔奖恪?/p>

該智能控制系統(tǒng)具備以下幾個(gè)特點(diǎn)：

1.采用 C 語言編寫程序，與匯編語言相比便于修改和增減功能；

2.所采用的芯片51系列單片機(jī)、1602液晶顯示器，DS1302 時(shí)鐘芯片功耗低、可靠高；

3.與其它智能控制器相比，該系統(tǒng)運(yùn)行無噪聲，更加準(zhǔn)確，且使用壽命要長。時(shí)鐘芯片液晶顯示器單片機(jī)按鍵電路繼電器提示電路。

1.2 模塊電路的設(shè)計(jì)

1.2.1 時(shí)鐘電路

時(shí)鐘電路為整個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)生時(shí)間基準(zhǔn)，是單片機(jī)系統(tǒng)組成的部分；本系統(tǒng)DS1302 實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，工作電壓為2.5V-5.5V，采用三線接口與CPU進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)式一次傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號(hào)或RAM數(shù)據(jù)，接下來我們來分析一下DS1302的性能與原理。

DS1302 的引腳功能排列及描述如下圖所示

管腳描述

X1 X2 32.768KHz 晶振管腳

GND 地

RST 復(fù)位腳

I/O 數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳

SCLK 串行時(shí)鐘

Vcc1,Vcc2 電源供電管腳

DS1302 串行時(shí)鐘芯片8 腳DIP

DS1302S 串行時(shí)鐘芯片8 腳SOIC 200mil

DS1302Z 串行時(shí)鐘芯片8 腳SOIC 150mil

1.2.2 單片機(jī)的選型

本系統(tǒng)主控芯片為單片機(jī),因此單片機(jī)的選型顯得非常重要。為了設(shè)計(jì)方便，更容易上手，同時(shí)考慮性能要求和程序大小，單片機(jī)采用51系列的單片機(jī)。

1.2.3 液晶顯示電路

通過單片機(jī)指令控制1602 光標(biāo)是否閃爍，是否清除原來數(shù)據(jù)以及顯示的具體位置，并不停地對(duì)數(shù)據(jù)顯示進(jìn)行刷新，從而顯示了準(zhǔn)確的時(shí)間，并為系統(tǒng)提供了智能的人機(jī)對(duì)話模式。

2.利用 protel繪制電路圖制作線路板

2.1智能控制系統(tǒng)的原理圖如下

圖3 智能控制系統(tǒng)的原理圖

2.2 具體操作

選擇和放置元件在元件庫中選擇電氣元件雜項(xiàng)庫，在工作區(qū)內(nèi)適當(dāng)?shù)奈恢梅胖秒娮?，?qǐng)連續(xù)放置5個(gè)電阻，按鼠標(biāo)右鍵結(jié)束放置操作。再按上述方法操作，先后放置4個(gè)電容(Cap)、2個(gè)電解電容(Cap Pol1)、1個(gè)二極管(Diode)、1個(gè)穩(wěn)壓二極管(Tunnel2)、1個(gè)保險(xiǎn)絲(Fuse 1)、1個(gè)變壓器(Trans Eq)、1個(gè)全橋(Bridge1)、1個(gè)復(fù)合三極管(NPN1)和 1個(gè)繼電器(Relay-SPST)，放置后的結(jié)果如圖所示。

2.3 調(diào)整布局

2.4 放置導(dǎo)線和端口

(1)在原理圖中放置導(dǎo)線，將電路連通。在系統(tǒng)默認(rèn)設(shè)置下，如果有不相連的導(dǎo)線交叉，將會(huì)使導(dǎo)線分層疊置，表面上看是連在一起，實(shí)際上是不相連的；如果有相連的支線將會(huì)在相連的接點(diǎn)上出現(xiàn)一個(gè)紅色的節(jié)點(diǎn)，表示此節(jié)點(diǎn)在電路上相通。

2.5 放置連接器和注釋

在放置的過程中，還要進(jìn)行屬性的個(gè)性化設(shè)置，具體操作如下：

(1) 在元件庫可選欄中選擇常用的Miscellaneous Connectors.IntLib。在【關(guān)鍵字】

過濾欄中輸入關(guān)鍵字“mhdr"，進(jìn)行查找，找到連接器MHDR1×8后，單擊上方的Place MHDR1×8按鈕，移動(dòng)鼠標(biāo)，可以在工作區(qū)內(nèi)適當(dāng)?shù)奈恢梅胖眠B接器，單擊鼠標(biāo)右鍵結(jié)束放置操作。

(2) 請(qǐng)使用系統(tǒng)自動(dòng)配置注釋功能，將本原理圖所有器件進(jìn)行注釋編輯。

3.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用單片機(jī)的C語言編寫程序?qū)φ麄€(gè)系統(tǒng)的硬件進(jìn)行管控。實(shí)現(xiàn)了對(duì)DS1302的控制，1602的顯示，時(shí)間管控。其中時(shí)間管控包括：

系統(tǒng)時(shí)間以及開啟與關(guān)閉時(shí)間的設(shè)定，系統(tǒng)時(shí)間與開啟或關(guān)閉時(shí)間相同時(shí)繼電器、蜂鳴器和指示燈工作狀態(tài)的管控。系統(tǒng)程序流程如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)程序流程圖

DS1302的RST、SCLK和I/O分別與單片機(jī)的 P2.0、P2.1和P2.2相連。單片機(jī)與DS1302 進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)，首先要將RST變?yōu)楦唠娢唬簿褪菃纹瑱C(jī)P2.0邏輯1。在RST保持為高電位時(shí)候，SCLK 時(shí)鐘由低電位變?yōu)楦唠娢坏纳仙貢r(shí)，數(shù)據(jù)被寫入DS1302中，數(shù)據(jù)從低位通過I/O開始寫入。在RST保持高電位，SCLK時(shí)鐘由高電位變?yōu)榈碗娢坏南陆笛貢r(shí)，從DS1302讀取數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)也是從DS1302 的低位通過I/O讀取。

4.安科瑞為家庭智慧照明控制系統(tǒng)提供解決方案

4.1安科瑞智慧照明監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，即站控層，通訊層與間隔層；如圖（1）所示：

圖（1）網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

間隔設(shè)備層主要為：開關(guān)驅(qū)動(dòng)器，這些裝置分別對(duì)應(yīng)相應(yīng)的一次設(shè)備安裝在電氣柜內(nèi)，這些裝置均通過現(xiàn)場(chǎng)KNX總線組網(wǎng)通訊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)現(xiàn)場(chǎng)采集。

網(wǎng)絡(luò)通訊層主要為：智慧照明網(wǎng)關(guān)，其主要功能為把分散在現(xiàn)場(chǎng)采集裝置集中控制，同時(shí)遠(yuǎn)傳至站控層，完成現(xiàn)場(chǎng)層和站控層之間的數(shù)據(jù)交互。

站控管理層：設(shè)有高性能工業(yè)計(jì)算機(jī)、顯示器、UPS電源、打印機(jī)等設(shè)備。監(jiān)控系統(tǒng)安裝在計(jì)算機(jī)上，集中采集顯示現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行狀況，以人機(jī)交互的形式顯示給用戶。以上開關(guān)模塊均采用KNX總線傳輸，一般都采用4根連線，接線簡(jiǎn)單方便，傳輸距離可達(dá)1.2km。

4.2安科瑞智慧照明系統(tǒng)組成

1.定時(shí)控制

通過時(shí)鐘管理器，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的有關(guān)區(qū)域照明的定時(shí)和自動(dòng)管理功能，實(shí)現(xiàn)公共通道、景觀照明、泛光照明、車庫照明定時(shí)控制。如百葉窗定時(shí)升降、集中供熱定時(shí)調(diào)節(jié)、節(jié)假日照明定時(shí)關(guān)閉、定時(shí)通知等。

2.場(chǎng)景控制

智慧照明控制系統(tǒng)根據(jù)各個(gè)部門的需求，設(shè)定不同種類的場(chǎng)景模式，進(jìn)行各種照明燈光的組合，達(dá)到美化工作環(huán)境的效果；結(jié)合人體感應(yīng)傳感器，當(dāng)人員離開時(shí)，關(guān)閉所有該會(huì)議室照明。

3.實(shí)時(shí)監(jiān)控

中心控制室，配置一臺(tái)中控主機(jī)，所有照明控制設(shè)備，通過KNX網(wǎng)關(guān)，接入監(jiān)控系統(tǒng)，操作管理人員，可以通過中控電腦，實(shí)時(shí)監(jiān)視總線、區(qū)域、樓層、樓棟等照明狀態(tài)，并可根據(jù)需求進(jìn)行控制調(diào)整。系統(tǒng)繪圖工具支持向量圖和多層頁面，圖形頁面縮放方便，切換簡(jiǎn)單，支持DXF、WMF、BMP、JPG、ICON等圖形對(duì)象的嵌入、支持二維、三維圖元的繪制，增加可視化的空間效果。

4.報(bào)警處理

系統(tǒng)提供了警報(bào)處理能力，用戶可采用編程來完成不同的任務(wù)，當(dāng)某種警報(bào)條件出現(xiàn)時(shí)應(yīng)做什么，可由用戶自行確定。

5.事件通報(bào)

系統(tǒng)提供了事件通報(bào)功能，支持郵件通報(bào)、文本輸出以及事件驅(qū)動(dòng)打印，可按照用戶預(yù)先設(shè)置的條件，觸發(fā)事件通報(bào)功能。

4.3設(shè)備選型

5.結(jié)束語

本次實(shí)踐活動(dòng)根據(jù)提出的問題，確定并論證了設(shè)計(jì)方案，詳細(xì)闡述了家庭智慧照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的硬件電路和軟件程序。并通過實(shí)驗(yàn)?zāi)M出了控制系統(tǒng)的全部功能。本系統(tǒng)由于成本極低、可靠性好、不受房屋裝修空間束縛，具有良好的擴(kuò)展性和實(shí)用價(jià)值，符合未來家庭智能化的要求。