基于CC1100無線通信模塊的智能照明系統設計

郭蕓君 丁學用

（三亞學院理工學院，海南 三亞 572022）

基于CC1100無線通信模塊的智能照明系統設計

郭蕓君 丁學用

（三亞學院理工學院，海南 三亞 572022）

設計采用CC1100無線通信模塊和AT89C52RC單片機為主控芯片構成的無線通信智能照明系統，可遠程通過控制模塊來設置照明模塊的開關、亮暗調節，也可通過光敏電阻自行調整亮度。該系統具備開發成本低、操作簡單、維護方便的優點，具有一定的市場推廣價值。

CC1100;無線通信;智能照明;控制

1 引言

隨著人們生活水平的不斷提高，人們對生活品質提出了更高的要求。采用傳統簡易開關控制的照明系統只能夠滿足照明的基本需求，很難滿足不同消費者在不同環境下對照明氛圍、照明亮度、照明效果、節能要求等方面的需求。因此，如何實現照明控制系統的智能化已成為當今智能家居系統迫切需要解決的問題之一。

雖然目前國內有很多企業在智能照明控制系統產品在穩定性、功能定位等方面已經取得了長足進步，且新型產品也在不斷地開發、研制、推廣，但是，無論是照明設備行業，還是智能家居領域，整體基礎較為薄弱[1]。由于市場的需求量仍然很大，為了滿足消費者對高效節能、管理簡單、成本較低的需求，本文在面向智能照明控制系統的研究設計上，完成了一種由單片機控制、低成本的無線程控智能照明系統。

2 系統方案

根據無線程控交流電照明系統的設計原則、功能要求以及系統整體構架，系統的硬件設計和選擇要能夠完成系統的功能，還需考慮低成本、使用便捷、可擴展性等要求。本設計采用了CC1100無線通信模塊，aT89C52RC為主控芯片以及相應的外圍電路構成的智能照明系統。系統方框圖如圖1和圖2所示。系統主要是由遠程控制端、照明終端及無線通信模塊構成。其中，遠程控制端是由aT89C52單片機、LCD1602、4X4矩陣按鍵和無線通信子模塊組成的。照明終端是由aT89C52單片機、調節電路、光敏電阻和無線通信子模塊組成[2]。

整個系統工作過程如下：

用戶遠程控制時，遠程控制端和照明終端的無線通信子模塊需配對，遠程控制端通過矩陣按鍵將用戶的命令傳送給單片機，并在LCD1602上顯示用戶的命令，同時，單片機再將用戶的命令通過無線通信子模塊傳送給照明終端。當照明終端收到命令后，由單片機控制調節電路將用戶的命令實現。

圖1 照明終端框圖

圖2 遠程控制端框圖

3 主要模塊介紹

3.1 aT89C52RC最小系統電路設計

aT89C52是片內有ROM/FPEROM的單片機，這種芯片構成的最小系統簡單、可靠。用aT89C52單片機構成最小應用系統時，只要將單片機接上時鐘電路和復位電路即可[3]。由于集成度的限制，最小應用系統只能用作一些小型的控制單元[4]。

3.2 無線通信模塊

無線通信模塊采用的是低功耗射頻芯片CC1101，相比NRF24L01+通信距離更遠，穿透性更好。相比Si4432通信速率更高，功耗更低。

無線通信模塊以半雙工的方式傳送數據。兩個模塊的波特率和通信頻道必須設為一樣的。如果周圍有多個模塊，頻道的設置就很有必要了，因為頻道數一樣的模塊間，數據都是透傳的[5]。本設計的無線通信模塊默認設置是：通信波特率9600，無線通信頻道001。

3.3 調光電路設計

調光電路通過單片機控制雙向可控硅的導通來實現照明終端設備亮度的調整。雙向可控硅的特點是導通后即使觸發信號去掉，它仍將保持導通；當負載電流為零(交流電壓過零點)時，它會自動關斷。所以需要在交流電的每個半波期間都要送出觸發信號，觸發信號的送出時間就決定了燈泡的亮度。調光的實現方式就是在過零點后一段時間才觸發雙向可控硅開關導通，這段時間越長，可控硅導通的時間越短，燈的亮度就越低；反之，燈就越亮。這就要求確定交流電源同步信號的過零點，并以此為基礎，控制觸發信號觸發角的大小，達到照明終端設備亮度調節的目的[5]。交流電源同步信號的產生如圖3電路所示。

如圖4所示控制信號通過控制三極管的導通來控制光耦三極管EL817的導通，光耦三極管EL817的導通又控制光耦雙向可控硅MOC33021的導通，再用MOC3021控制雙向可控硅BTa16的導通，從而控制照明設備的開關。

3.4 液晶顯示電路設計

照明終端的亮度等級，通過LCD1602液晶顯示器在遠程控制終端上顯示。LCD1602液晶顯示屏的D0～D7八個數據引腳與aT89C52單片機的P0的八個I/O口相連，通過單片機的I/O口將處理好的BCD碼傳輸給LCD1602的8個數據口。LCD1602的控制信號端RS、RW、EN分別連接P2.7、P2.6、P2.5三個I/O口，GND引腳接上電源地，VCC和VL同時連接+5V電源，背光正極BL+通過一個滑動變阻器與+5V電源相連，這樣改變滑動變阻器的阻值就能改變液晶顯示屏的背光強度，背光負極BL-接地。

3.5 按鍵控制電路設計

按鍵鍵盤采用的是陣列式，可以最大限度地使用單片機資源。陣列式按鍵鍵盤是將各個開關排列成行和列的陣列結構。其中，單片機的I/O接口一部分作為行線，一部分作為列線，按鍵布置在行線和列線的交叉點上。采用3*3陣列式按鍵鍵盤，只是用其中的8個按鍵，剩下的1個則是無功能按鍵。其中0鍵代表開，1鍵代表關，2鍵代表使用鍵盤控制亮度變化，3鍵代表亮度等級加1，4鍵代表亮度等級減1，5鍵代表使用滑動變阻器控制照明設備亮度連續變化，6鍵代表使用光敏電阻控制照明設備亮度變化，7鍵無功能，8鍵代表加1、減1功能的使用。

圖3 同步信號產生電路

圖4 可控硅觸發電路

4 結束語

采用CC1100無線通信模塊，aT89C52RC為主控芯片以及相應的外圍電路構成的無線程控交流電照明系統，可以擺脫有線束縛，具有低成本、使用便捷、維護方便等優點。目前，由于我國居民消費水平整體不高，而市面上的家居產品大多是高端產品，系統過于龐大，價格昂貴，因此普及率很低[8]。基于單片機控制的智能照明系統因其成本低，在家居市場上的應用會越來越廣泛，具有一定的市場推廣價值。

[1]陳功．樓宇智能照明控制設計與實現[D]．電子科技大學，2014．3．

[2]穆云田．基于單片機控制的直流恒流源的設計[D]．天津：河北工業大學，2007．

[3]郭巧惠．基于AT89C51單片機智能電動小車設計[J]．福建電腦，2009，10：139-140．

[4]王幸之．單片機應用系統抗干擾技術/單片機應用技術叢書[M]．北京航空航天大學出版社，2000．

[5]楊輝．基于MSP430和CC1100組成的無線集抄系統[J]．河南科技學院學報，2008，36(4)：101-105．

[6]白曉亮．基于嵌入式Linux系統的無線智能家居控制系統的設計與實現[D]．河北大學，2014．

[7]唐鵬光；付蔚．基于無線傳感網智能家居照明控制系統的研究與實現[J]．世界電子元器件，2012：52-55．

[8]譚浩廣．基于虛擬儀器的風力發電機組故障診斷系統開發與實驗研究[D]．內蒙古科技大學，2013．

Design of Intelligent Lighting System Based on CC1100 Wireless Communication Module

Guo Yunjun Ding Xueyong
(Engineering Branch,Sanya College Hainan University，Hainan572022,Sanya)

Wireless intelligent lighting system is designed using CC1100 wireless communication module and aT89C52RC MCU as the main control chip.It can set the lighting module by the remote control module,and also can adjust the brightness through the photosensitive resistance.The system has the advantages of low cost,simple operation and convenient maintenance, which has certain market value.

CC1100;wireless communication;intelligent lighting;control

G242

a

1008-6609(2016)03-0025-03

郭蕓君，女，海南瓊海人，本科，實驗師，研究方向：通信實驗教學研究。

海南省教育廳教改項目，項目編號：Hnjg2015-61。