基于觸摸技術的智能LED照明控制系統的設計

葉茂　關蓓蓓　曹志芬　張競　王康民　蘭歡　陳昊

摘 要：隨著LED照明以及觸摸傳感技術的快速發展，文章提出一種基于觸摸技術的智能LED照明控制系統。采用電容觸摸傳感技術設計觸摸式開關代替傳統的機械式開關；通過恒定電流、脈寬調制（PWM）等技術控制LED的照度與顏色調節，實現數字化、智能化的LED照明方式。該系統不僅可以實現LED照明的亮度調節、色彩調節、場景設置，同時具有溫濕度采集、手機APP控制等功能。

關鍵詞：觸摸技術；LED照明；智能控制；ARM處理器

1 概述

隨著社會經濟的發展和科技力量的提高，人們對于照明控制方式的要求也越來越高，逐步從傳統的機械開關走向智能化的觸摸控制。LED因其具有的發光效率高、耗電量少、使用壽命長、安全可靠性強、環保衛生等優越性，使得LED照明的應用前景在全世界都掀起了高潮，被寄予了厚望[1]。

近幾年，觸摸技術的快速發展使得各種觸控設備的應用范圍逐漸加大。從手機、相機等電子產品到觸摸開關、觸摸屏等工業產品，觸摸產品逐漸被更多人認可和使用。

針對LED照明在照明領域的廣泛應用，文章設計了一種基于觸摸技術的智能LED照明控制系統，實現了數字化、智能化的LED照明方式，系統原理框圖如圖1所示。

2 系統硬件設計

本系統的硬件設計實現LED照明系統的智能控制，主要包含核心控制模塊、傳感器模塊、觸摸面板、LED驅動模塊以及電源模塊等，其硬件設計原理圖如圖2所示：

2.1 控制模塊

本終端的核心模塊采用嵌入式ARM處理器：STM32F051，STM32系列微控制器使用來自于ARM公司具有突破性的Cortex-M3內核，工作頻率為72 MHz，內置高速存儲器，具有豐富的增強I/O 端口和外設：包含多達 18 電容感應通道支持接近、觸摸按鍵，線性和旋轉觸摸傳感器；另外還有多達11個定時器以及多個通訊接口，專門應用于觸摸產品的設計[2]。

2.2 傳感器模塊

傳感器模塊包含光照度檢測模塊和人體檢測模塊兩種：光照度檢測模塊采用光照傳感器芯片TSL2561，是一種專門用于檢測光照強度的數字芯片，TSL2561內部使用了兩個光敏二極管，分別作為通道0和通道1，同時在其內部集成了兩個A/D轉換器，用于將檢測到的光照信息由模擬信號轉換為數字信號輸出；人體檢測模塊采用人體熱釋電傳感器用于檢測是否有人存在，通過傳感器模塊可以實現“亮度調節，人來燈開，人走燈滅”的效果[3]。

2.3 觸摸面板模塊

觸摸面板模塊基于電容自身的電荷轉移特性，實現電容式觸摸傳感檢測，利用新一代ARM處理器STM32F051系列的觸摸軟件庫設計實現LED照明開關按鍵、滾動條亮度調節的操作，其電路設計原理圖如圖3所示。

2.4 LED驅動模塊

LED驅動模塊采用一款LED驅動專用芯片PT4115，該芯片是一款連續電感電流導通模式的降壓恒流源，用于驅動一顆或多顆串聯LED。PT4115 輸入電壓范圍從8 伏到30 伏，輸出電流可調，最大可達1.2 安培。PT4115 內置功率開關，采用高端電流采樣設置LED平均電流，并通過DIM引腳可以接受模擬調光和很寬范圍的PWM調光；當DIM的電壓低于0.3伏時，功率開關關斷，PT4115進入極低工作電流的待機狀態[4]。

3 系統軟件設計

在軟件系統設計中，我們移植了嵌入式操作系統μC/OS-II，由μC/OS-II操作系統來實現應用程序的多任務處理及調度。首先針對控制器的功能確定在μC/OS-II中建立Task的數量，優先級和任務，IDLE Task是優先級最低的，主要在系統空閑時運行，Task1是完成顯示的功能， Task1是最高一級的任務，主要用來響應中斷和定時的作用，所有的Task都在系統的調度下有序進行，高優先級的任務可以終端低優先級的，一個任務對應一個進程，任務結束了進程也就結束了，直到任務再次被調用。

4 結束語

文章提出一種基于觸摸技術的智能LED照明控制系統，綜合運用嵌入式技術、傳感器技術等實現了LED照明的智能化管理。基于電容觸摸感應原理設計了觸摸面板代替了傳統的機械開關，控制更便捷，使用更方便。同時通過光照度傳感器和人體熱釋電傳感器實現了智能化的LED照明控制，有效地節約了能源。

本系統充分利用LED照明技術實現通用照明應用的需求，在節約能源的同時研究智慧之光，打造智能LED照明控制系統，具有極大的市場前景。

參考文獻

[1]毛興武.新一代綠色光源LED及其應用技術[M].北京：人民郵電出版社，2008.

[2]意法半導體.STM32F051中文資料.http：//www.st.com/web/cn/home.html.

[3]虞楊陽，余紅英.基于TSL2561的溫室智能調光系統設計[J].科學之友，2011，4：12-13.

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