室內(nèi)智能LED照明系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)以及實(shí)現(xiàn)

何正為

摘要：時(shí)代的發(fā)展和科技的進(jìn)步，使得各項(xiàng)科技在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用也愈發(fā)廣泛，隨著全球能源危機(jī)，節(jié)能技術(shù)也不斷發(fā)展。照明是人們?nèi)粘Ｉ畈豢扇鄙俚囊徊糠郑牧舜罅康馁Y源，所以需要對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)和完善，使其體現(xiàn)出環(huán)保性能。這就為L(zhǎng)ED照明系統(tǒng)的發(fā)展提供了契機(jī)，這一系統(tǒng)涉及很多不同的方面，本文主要對(duì)室內(nèi)智能LED照明系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)的研究和分析，以便為這一系統(tǒng)的發(fā)展提供借鑒。

關(guān)鍵詞：室內(nèi)；LED；照明系統(tǒng)；設(shè)計(jì)；實(shí)現(xiàn)

中圖分類號(hào)：TM923 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）04（A）-00

1 引言

LED是第四代照明光源，具有能耗低、光效高、壽命比較長(zhǎng)、沒有污染等優(yōu)點(diǎn)，在世界范圍內(nèi)有很廣的應(yīng)用，在社會(huì)中各個(gè)方面都有很大影響。目前，全球能源短缺的局面日益嚴(yán)重，各個(gè)國(guó)家都在尋找一種高效節(jié)能的方式，所以LED的發(fā)展具有重要的意義。而且，隨著人們經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高，對(duì)照明的要求也不斷增加，不僅要發(fā)揮其基本的作用，還要塑造出舒適優(yōu)雅的環(huán)境，控制的方式也要方便、靈活，按照需求進(jìn)行配置。

2 LED系統(tǒng)的架構(gòu)

（1）技術(shù)路線的選擇。根據(jù)LED系統(tǒng)數(shù)據(jù)、軟件、硬件等資源空間分布的情況，可以把系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)劃分成集中與分布兩類。

集中控制的系統(tǒng)主要以中央的控制節(jié)點(diǎn)為核心，將外圍的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行連接，形成輻射式的系統(tǒng)架構(gòu)，系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)主要依靠中央控制的節(jié)點(diǎn)。這一結(jié)構(gòu)對(duì)故障進(jìn)行診斷與排除的方法相對(duì)簡(jiǎn)單，傳輸?shù)乃俾室脖容^高，但是卻比較依賴中央控制器，其可靠程度和經(jīng)濟(jì)效益較低。

分布式控制的系統(tǒng)由多臺(tái)不同的計(jì)算機(jī)對(duì)設(shè)備和對(duì)象分別進(jìn)行控制，各自又形成一個(gè)小的系統(tǒng)，這些系統(tǒng)之間會(huì)有網(wǎng)絡(luò)或者通信聯(lián)系，從系統(tǒng)的整體來看，他們是分散的。這一系統(tǒng)的擴(kuò)展性能比較好，對(duì)其范圍和功能進(jìn)行擴(kuò)展時(shí)，可以保留原有的軟件和硬件，借助網(wǎng)絡(luò)通信將新增的設(shè)備和已有的系統(tǒng)進(jìn)行連接，進(jìn)而形成整體。控制的功能一般由軟件實(shí)現(xiàn)，所以其靈活度與控制力比較高，系統(tǒng)的健壯性也比較好，如果一個(gè)點(diǎn)出現(xiàn)了故障，并不會(huì)使整個(gè)系統(tǒng)遭到癱瘓。

（2）LED系統(tǒng)的主要構(gòu)成和功能。LED系統(tǒng)將Adriord系統(tǒng)首次和設(shè)備當(dāng)作監(jiān)控的中心，借助WIFI對(duì)LED進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。主要的功能有以下方面：第一，能夠遠(yuǎn)程進(jìn)行調(diào)控，這一系統(tǒng)可把分區(qū)內(nèi)的設(shè)備和以太網(wǎng)相連接，借助手持設(shè)備，對(duì)LED進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。第二，具有廣播、組播和單播三種不同的控制手段，借助廣播對(duì)區(qū)域內(nèi)全部LED的亮度進(jìn)行統(tǒng)一控制；借助組播對(duì)分區(qū)轉(zhuǎn)發(fā)器進(jìn)行尋找，對(duì)LED分組的亮度進(jìn)行控制；借助單播對(duì)分區(qū)內(nèi)某個(gè)控制器進(jìn)行控制，對(duì)LED單燈的亮度進(jìn)行控制。第三，有七種不同的工作模式，每種模式都可以分成八個(gè)時(shí)間段，不同的時(shí)間段開關(guān)的狀態(tài)和亮度的等級(jí)也會(huì)不同，可以按照實(shí)際需要對(duì)各個(gè)模式的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，然后按照時(shí)間對(duì)其進(jìn)行自由的轉(zhuǎn)換，以便使LED在不同時(shí)間有不同模式進(jìn)行工作。

3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

（1）控制服務(wù)器的硬件設(shè)計(jì)。控制服務(wù)器不僅要對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)與處理，還要對(duì)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行創(chuàng)建，借助創(chuàng)建整個(gè)系統(tǒng)的主干網(wǎng)絡(luò)，使監(jiān)控中心和服務(wù)器間以太網(wǎng)的通信得以實(shí)現(xiàn)，使用模塊化思想，把SN32F707當(dāng)做核心，對(duì)其硬件進(jìn)行設(shè)計(jì)。外圍的電路主要有時(shí)鐘、LED指示電路以及網(wǎng)絡(luò)接口的電路等，控制服務(wù)器借助以太網(wǎng)的接口，接收監(jiān)控中心的各種命令，然后把數(shù)據(jù)的請(qǐng)求和調(diào)光的命令發(fā)送到串行通信總線，還可以借助串行通信接口，把各種信息反饋到監(jiān)控中心。

控制服務(wù)器主要把SN32F707的微控制器當(dāng)做核心，其外圍一般是阻容元件，其中，C11、C10可以接在地和電源之間，使系統(tǒng)抗干擾的性能得到提高。控制服務(wù)器還有兩組不同對(duì)電源進(jìn)行控制的線路，借助電器工作的狀態(tài)對(duì)LED電源線的斷開和接通進(jìn)行控制，進(jìn)而使相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)的LED得到關(guān)閉或者打開。時(shí)鐘電路主要對(duì)控制服務(wù)器時(shí)間進(jìn)行管理，不僅可以對(duì)系統(tǒng)的時(shí)間實(shí)時(shí)進(jìn)行更新，還可以為燈具出現(xiàn)故障的時(shí)間提供依據(jù)，以便故障的查詢。以太網(wǎng)的接口電路可以使數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)與串口的數(shù)據(jù)之間進(jìn)行雙向轉(zhuǎn)換，這一模塊工作的電壓是5v，使用這一模塊前，要借助上位機(jī)的軟件對(duì)串口、網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)以及IP地址等進(jìn)行有效的設(shè)置。

（2） 轉(zhuǎn)發(fā)器的硬件設(shè)計(jì)。轉(zhuǎn)發(fā)器是控制器與控制服務(wù)器之間的通信橋梁，不僅能夠使通信的效率得到提高，使通信的功耗得到降低，還可以對(duì)區(qū)域內(nèi)的LED分組進(jìn)行管理。外圍的電路一般有電源、上行與下行的通信電路等，微控制器的外圍電路主要是晶振與復(fù)位電路，為了使系統(tǒng)工作的成本得到降低，選擇使用內(nèi)部的高速為16M晶振當(dāng)做微控制器時(shí)鐘源。

（3）控制器的硬件設(shè)計(jì)。控制器一般是對(duì)LED恒流的輸出、溫度的采集、接入子控制網(wǎng)以及PWM調(diào)光等，按照其功能的要求，主要由兩部分組成：以SN8P2501SG為核心控制的電路和以GL8211為核心LED恒流的驅(qū)動(dòng)電路。

對(duì)溫度進(jìn)行檢測(cè)的電路，LED帶有負(fù)溫度的效應(yīng)，正向的電流增大會(huì)使接溫上升，反過來亦然。如果LED工作的溫度大于芯片承載的溫度，就造成LED發(fā)光的效率降低，對(duì)LED造成損害。對(duì)溫度進(jìn)行檢測(cè)，可以借助溫度傳感器，把溫度轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏麟妷盒盘?hào)，然后利用A/D轉(zhuǎn)換電路將信號(hào)送進(jìn)行單片機(jī)內(nèi)處理。

4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

（1）控制服務(wù)器的軟件架構(gòu)。使用層次化軟件的設(shè)計(jì)，把軟件分成底層驅(qū)動(dòng)層和接口層以及應(yīng)用層，底層驅(qū)動(dòng)層和硬件直接相對(duì)，位于架構(gòu)的最底層，包含運(yùn)行的環(huán)境改變。接口層一般由緩沖區(qū)和標(biāo)志位構(gòu)成，此功能是應(yīng)用層和底層驅(qū)動(dòng)層間數(shù)據(jù)交換的通道。應(yīng)用層主要被分為前臺(tái)與后臺(tái)兩種，其中，前臺(tái)應(yīng)用一般包括命令的解析和命令的執(zhí)行，后臺(tái)應(yīng)用包括命令的解析、故障的存儲(chǔ)、系統(tǒng)內(nèi)參數(shù)的存儲(chǔ)等任務(wù)。

（2）轉(zhuǎn)發(fā)器軟件的設(shè)計(jì)。轉(zhuǎn)發(fā)器能夠提高通信的效率，擴(kuò)展系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的通信范圍，對(duì)區(qū)域內(nèi)的燈具分組進(jìn)行管理，負(fù)責(zé)控制器與控制服務(wù)器之間數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)。這一軟件主要有數(shù)據(jù)的接受和發(fā)送的任務(wù)，對(duì)命令進(jìn)行解析的任務(wù)，數(shù)據(jù)的上傳和下穿等任務(wù)。轉(zhuǎn)發(fā)器軟件主要借助對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行接受和發(fā)送，解析命令幀，然后使數(shù)據(jù)的下傳任務(wù)得到觸發(fā)，借助觸發(fā)的數(shù)據(jù)上傳任務(wù)，向控制服務(wù)器反對(duì)控制器轉(zhuǎn)發(fā)其地址與故障的信息進(jìn)行回復(fù)。

（3）控制器軟件的設(shè)計(jì)。主要有四個(gè)子任務(wù)，第一，數(shù)據(jù)的接受和發(fā)送，主要對(duì)串行的數(shù)據(jù)進(jìn)行接受和發(fā)送。第二，命令的解析，主要是解析控制服務(wù)器發(fā)送出的命令。第三，漸變與調(diào)光，主要對(duì)LED亮度進(jìn)行控制。第四，溫度的采集，主要對(duì)光板的溫度進(jìn)行采集，進(jìn)而使LED過流保護(hù)得以實(shí)現(xiàn)。

5 結(jié)語

綜上所述，LED照明系統(tǒng)是一項(xiàng)非常復(fù)雜的技術(shù)，所以需要人們不斷加大研究力度，不斷對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)和完善，切實(shí)發(fā)揮其作用，促進(jìn)我國(guó)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。

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