摘要：針對傳統照明的有線(xiàn)、機械的控制方式，文章提出一種基于物聯(lián)網(wǎng)（InternetOfThings，IOT）技術(shù)的LED智能照明控制系統，將智能控制模塊嵌入LED照明終端，綜合運用嵌入式技術(shù)、無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )等技術(shù)，實(shí)現智能化、數字化、無(wú)線(xiàn)化的智能照明控制方式，同時(shí)還具有環(huán)境溫濕度、光照度等環(huán)境參數的監測功能。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；智能照明；環(huán)境監測；ZigBee

1前言

隨著(zhù)LED照明越來(lái)越普及以及移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，人們對家居生活的網(wǎng)絡(luò )化、智能化、節能化的需求越來(lái)越強烈，將家用電器、照明燈具、安防報警等模塊通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )集成到控制平臺，實(shí)現智能控制和智能管理。隨著(zhù)物聯(lián)網(wǎng)（TheInternetofthings，IOT）產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，智能LED照明已成為IOT中重要的一部分。本文為了“綠色智慧照明"的實(shí)施而提供智能化的LED照明控制系統，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、嵌入式技術(shù)等，實(shí)現對LED燈具多種照明模式的無(wú)線(xiàn)遠程控制，并對LED燈具工作范圍內的環(huán)境照度、LED燈具工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監測，同時(shí)利用傳感器技術(shù)實(shí)現LED照明的自適應光照調節以及多種組合的燈光色彩變換，從而創(chuàng )造出一種舒適、節能、安全的光環(huán)境，系統原理框圖如圖1所示：

2系統硬件設計

本系統的硬件設計包括LED燈具控制終端和觸控面板兩部分，用于實(shí)現LED燈具的智能照明控制；主要包含控制模塊、通信模塊、LED驅動(dòng)模塊、電源模塊等。

2.1主控單元的硬件設計

LED智能照明控制系統的主控單元主要LED燈具控制終端和數據采集終端兩部分組成。LED燈具控制終端以ARM處理器STM32為控制核心，由電源電路，外圍電路，光照傳感器組成；數據采集終端則由溫濕度傳感器，照度傳感器，PM2.5傳感器組成，其硬件電路原理圖如圖2所示。

2.2觸控面板的硬件設計

觸控面板的硬件電路設計基于新一代ARM處理器STM8S來(lái)實(shí)現，STM8S系列處理器自帶觸摸軟件庫的設計，利用電容本身具有的電荷轉移特性，可以實(shí)現電容式的觸摸傳感檢測。在LED智能照明控制系統中，主要實(shí)現了LED照明燈具的開(kāi)關(guān)按鍵以及滾動(dòng)條亮度調節的設計，其電路原理圖如圖3所示。

2.3ZigBee無(wú)線(xiàn)通信模塊的設計

為了實(shí)現LED智能照明系統的集中管理以及環(huán)境監測功能，本文采用基于物聯(lián)網(wǎng)的ZigBee無(wú)線(xiàn)模塊構成通信網(wǎng)絡(luò )。本系統的Zigbee無(wú)線(xiàn)通信模塊采用CC2530模塊，TICC2530是一個(gè)實(shí)質(zhì)的系統芯片（SoC）CMOS解決方案。該解決方案將提高性能和適應基于頻段應用，和它的低成本、低功耗的要求。它結合一個(gè)高性能2.4GHzDSSS（直接序列擴頻）射頻收發(fā)器核心和一顆工業(yè)級小巧并且效能更高的8051控制器。

2.4電源模塊的設計

考慮到本設計應用在家庭場(chǎng)合，而家庭中一般提供的電源主要220V交流電源，因此電源模塊設計時(shí)需要采用多個(gè)分離元件來(lái)實(shí)現不同電壓輸出的穩壓電路，其中3.3V和5V電源首先經(jīng)開(kāi)關(guān)電源將220V電源轉換成12V直流電源再得到。

+12V轉+5V使用的是LM2576系列的穩壓器，LM2576能夠驅動(dòng)3A的負載，有優(yōu)異的線(xiàn)性和負載調整能力，其+5V電源原理圖如圖4所示：

+5V轉+3.3V使用的是AMS1117電壓調節器，AMS1117可以提供1A的輸出電流，min輸入電壓為1V，輸出+1V。通過(guò)+5V穩壓到+3.3V后供給CPU和其他芯片，其+3.3V電源原理圖如圖5所示。

3系統軟件設計

系統的軟件設計主要實(shí)現LED智能照明控制與環(huán)境數據的采集和傳輸，通過(guò)采用ZigBee無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )可以實(shí)現LED燈具的集中管理以及數據采集功能。

4安科瑞智能照明控制系統

4.1概述

ALIBUS智能照明產(chǎn)品采用RS485總線(xiàn)技術(shù)，技術(shù)成熟可靠，安全穩定。開(kāi)關(guān)驅動(dòng)器具備獨立工作的能力，適用于一些中小型的項目；模塊化設計，可以任意拼接擴展，同時(shí)預留I/O口以及Modbus接口，還可以滿(mǎn)足與AcrelEMS企業(yè)微電網(wǎng)管理云平臺進(jìn)行數據交換。

4.2應用場(chǎng)所

適合于各類(lèi)智能小區、醫院、學(xué)校、酒店，以及體育場(chǎng)所、機場(chǎng)、隧道、車(chē)站等大型公建項目的照明控制需求。

4.3系統結構

4.4系統功能

1）實(shí)時(shí)檢測并顯示各個(gè)模塊的在線(xiàn)狀態(tài)，反饋現場(chǎng)受控回路的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，監控界面按照樓層各分區的布局和回路列表來(lái)瀏覽。

2）當發(fā)生模塊離線(xiàn)、網(wǎng)關(guān)設備掉線(xiàn)或者狀態(tài)反饋和下發(fā)控制命令不一致時(shí)會(huì )發(fā)生故障報警，并將故障報警信息記錄并顯示在界面中。

3）可以對單個(gè)照明回路實(shí)現開(kāi)關(guān)控制；每個(gè)模塊、樓層都有相應的模塊控制開(kāi)關(guān)和樓層控制開(kāi)關(guān)，也可以一個(gè)模塊或者整個(gè)樓層實(shí)現開(kāi)關(guān)控制。

4）開(kāi)關(guān)驅動(dòng)器支持過(guò)零觸發(fā)功能，負載（燈具）的分合操作僅在交流電過(guò)零時(shí)進(jìn)行；可有效減少電磁干擾以及對電網(wǎng)的沖擊，延長(cháng)燈具與控制裝置的壽命。

5）對每個(gè)照明回路可以預設掉電狀態(tài)，當照明電源掉電時(shí)，開(kāi)關(guān)驅動(dòng)器會(huì )自動(dòng)切換到預設的掉電狀態(tài)；確保重新上電時(shí)燈具的開(kāi)關(guān)狀態(tài)是確定與可控的。

6）拖動(dòng)調光控件，照明設備從0%到100%進(jìn)行調光，可以對單個(gè)照明回路實(shí)現調光控制，調光總控可以對一個(gè)模塊的照明回路實(shí)現調光控制，也可以對多個(gè)照明回路實(shí)現調光控制，通過(guò)圖標的亮滅狀態(tài)反饋現場(chǎng)開(kāi)關(guān)的狀態(tài)。

7）點(diǎn)擊場(chǎng)景控件，打開(kāi)或者關(guān)閉對應場(chǎng)景設置，軟件界面上顯示不同的場(chǎng)景模式和場(chǎng)景功能，通過(guò)圖標的亮滅顯示對應的場(chǎng)景狀態(tài)是打開(kāi)還是關(guān)閉。

8）設置定時(shí)時(shí)間，確認時(shí)間點(diǎn)后，對該事件點(diǎn)執行的動(dòng)作進(jìn)行設置，設置燈在設定的時(shí)間點(diǎn)亮或者滅。

9）系統可以通過(guò)預設的當地經(jīng)緯度信息，自動(dòng)計算每天的日升日落時(shí)間；根據天文時(shí)鐘控制照明開(kāi)關(guān)，實(shí)現日落開(kāi)燈、日出關(guān)燈的功能。

10）所有定時(shí)控制計劃均可下發(fā)保存至驅動(dòng)模塊；當上位機系統故障或模塊離線(xiàn)時(shí)，驅動(dòng)模塊可以利用自帶的RTC時(shí)鐘維持定時(shí)控制計劃的正常執行，不影響日常的照明控制效果。

11）系統結構是分布式總線(xiàn)結構；系統內各元件不依賴(lài)于其他元件而能夠獨立工作；系統內各元件可以通過(guò)程序的設定實(shí)現功能的多樣性。

12）預留BA或第三方集成平臺接口，采用modbus、opc等方式。

4.5設備選型

5結束語(yǔ)

本文通過(guò)對相關(guān)理論知識的學(xué)習，針對LED的特性，對LED燈具的亮度、色彩方面進(jìn)行了調節，加入亮度傳感器、人體檢測傳感器實(shí)現LED照明系統的智能化、數字化、網(wǎng)絡(luò )化。

本系統的設計結構合理，充分利用智慧照明技術(shù)實(shí)現LED照明應用的需求，拓展能力好，可以有效的節約能源，具有實(shí)際推廣和應用價(jià)值，擁有廣闊的市場(chǎng)前景。

參考文獻

[1]俞建.基于ZigBee無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )的LED智能照明控制系統的研究[D].浙江：浙江工業(yè)大學(xué)，2012.

[2]張虹.室內照明監控系統的智能控制算法研究[D].華南理工大學(xué)，2012：28-29.

[3]麻朋威.基于PT4115的LED照明燈系統設計[J].科技視界，2015，16：69-70.

[4]殷駿，王巍.基于Zigbee的LED智能照明系統設計[J].照明工程學(xué)報，2011，22（4）：75-78.

[5]榮學(xué)娟.基于ZigBee協(xié)議室內情景照明控制系統開(kāi)發(fā)[D].天津：天津工業(yè)大學(xué)，2010.

[6]熊少義，鐘洪聲.ZigBee無(wú)線(xiàn)自組網(wǎng)的LED節能燈控制系統[J].單片機與嵌入式系統應用，2011，7：46-48.

[7]關(guān)蓓蓓,田立國,李猛,劉雨.基于IOT的LED智能照明控制系統的設計，2017，17：35-36

[8]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2022年05版