LED智能照明系統(tǒng)的研究與設(shè)計

李翠鳳　　葉華杰

摘 要：智能照明系統(tǒng)的設(shè)想，不應(yīng)該只是基于“感知-控制”模式，應(yīng)該具備學(xué)習(xí)的能力，積累經(jīng)驗。搭建真正的智能照明系統(tǒng)，主機接受從機發(fā)送過來的數(shù)據(jù)并存儲、完成用戶行為分析及推理算法，并進(jìn)行命令發(fā)送；從機完成數(shù)據(jù)的采集，并對燈光進(jìn)行控制。本設(shè)計通過采集各個照明節(jié)點的使用數(shù)據(jù)，進(jìn)行處理后，再根據(jù)用戶行為分析算法和行為推理算法預(yù)測用戶某一時刻的行為，主動為用戶提供服務(wù)建議。

關(guān)鍵詞：智能控制；LED；用戶行為

引言

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在近年來迅猛發(fā)展，眾多產(chǎn)業(yè)之間互聯(lián)互通越來越得到重視。物聯(lián)網(wǎng)將資源信息化和網(wǎng)絡(luò)化，與LED照明產(chǎn)業(yè)的結(jié)合帶來了嶄新的產(chǎn)品模式[1]。信息化突破了傳統(tǒng)的局限，逐漸普及到智慧城市、智能交通、智能家居等眾多領(lǐng)域，利用物聯(lián)網(wǎng)，能把LED照明系統(tǒng)與互聯(lián)網(wǎng)連接，進(jìn)行信息共享，實現(xiàn)智能識控制，從而達(dá)到人們追求的環(huán)保、健康、綠色的生活方式。但是，目前的物聯(lián)網(wǎng)控制系統(tǒng)所采用的智能控制技術(shù)主要是基于“感知-控制”模式，但也存在不足之處，即沒有學(xué)習(xí)能力，從而難以積累經(jīng)驗，無法主動為用戶提供服務(wù)。

1 智能照明系統(tǒng)架構(gòu)

通過采集各個照明節(jié)點的使用數(shù)據(jù)，進(jìn)行處理后，再根據(jù)用戶行為分析算法和行為推理算法預(yù)測用戶某一時刻的行為，主動為用戶提供服務(wù)建議，隨著用戶使用數(shù)據(jù)的不斷增加，整個系統(tǒng)的預(yù)測結(jié)果會更加準(zhǔn)確和智能，與用戶心理的使用意向的吻合度也會不斷提高，逐步達(dá)到機器自學(xué)習(xí)和建立推理的目標(biāo)。

（1）系統(tǒng)整體框架如圖1所示，主機接受從機發(fā)送過來的數(shù)據(jù)并存儲、完成用戶行為分析及推理算法，并進(jìn)行命令發(fā)送；從機完成數(shù)據(jù)的采集，并對燈光進(jìn)行控制。

主機端擬采用VB+SQL架構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)，通過無線WIFI接收數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，利用數(shù)據(jù)庫SQL進(jìn)行存儲。

從機端采用專用的單片機進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并利用PWM和恒流技術(shù)對驅(qū)動芯片進(jìn)行調(diào)光和調(diào)色溫的控制，燈光采用LED燈。

無線傳輸利用現(xiàn)成的WIFI模塊，通過自定義的通信協(xié)議進(jìn)行通信。

（2）通過采集各個照明節(jié)點的使用數(shù)據(jù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，構(gòu)建統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型，然后進(jìn)行時間段劃分，計算其各個時段平均時間，通過相似度進(jìn)行有效性檢測，去除一些用戶偶爾的使用行為，再構(gòu)建用戶習(xí)慣模型和設(shè)置評估函數(shù)來得到結(jié)果，如圖2所示。

2 智能照明系統(tǒng)搭建

搭建真正的智能照明系統(tǒng)，主機接受從機發(fā)送過來的數(shù)據(jù)并存儲、完成用戶行為分析及推理算法，并進(jìn)行命令發(fā)送；從機完成數(shù)據(jù)的采集，并對燈光進(jìn)行控制。

2.1 主機系統(tǒng)架構(gòu)

采用1個主機，主機采用PC機，可以完成復(fù)雜的算法運算，對用戶行為分析和推理算法進(jìn)行運算，從機采用單片機，接受指令，并控制專用調(diào)光芯片，如圖1所示。

主機端擬采用VB+SQL架構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)，Visual Basic提供了可視化設(shè)計工具，從而可以大大提高程序設(shè)計的效率；并結(jié)合數(shù)據(jù)庫SQL進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲，用可以戶根據(jù)需要，可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的添加、刪除、修改和查找等工作。

2.2 從機系統(tǒng)架構(gòu)

預(yù)采用24個從機，總共3個房間，每個房間8個LED燈，對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和控制。

從機端預(yù)采用8位OTP型RISC結(jié)構(gòu)的多用途MCU來實現(xiàn)， 外設(shè)資源較豐富，性能好，擬采用該類單片機完成對LED驅(qū)動芯片的控制和WIFI數(shù)據(jù)的讀寫，單片機讀取無線WIFI或者按鍵的控制命令，并對驅(qū)動芯片進(jìn)行控制。市電電壓經(jīng)過穩(wěn)壓電源模塊，產(chǎn)生穩(wěn)定的直流電壓給LED模組供電；從其他主控系統(tǒng)傳來的指令經(jīng)過該專用芯片處理，將精準(zhǔn)的PWM信號輸入到驅(qū)動級的功率MOS管，控制開關(guān)管的導(dǎo)通和關(guān)斷，從而對LED燈的亮度進(jìn)行無級調(diào)節(jié)。PWM信號的開關(guān)速率很高，人眼視覺難以分辨。以這種頻率在零電流與最大電流之間切換，從而調(diào)節(jié)光源亮度。通過改變數(shù)字脈沖信號的占空比就可以等效的改變控制電流，從而平滑的實現(xiàn)256級甚至更大范圍的調(diào)光要求。同時，通過這種調(diào)光方法，LED光源只能處于完全接通或者關(guān)斷狀態(tài)，有效的避免了電流變化時LED光源產(chǎn)生的色偏現(xiàn)象。PWM控制技術(shù)以其控制簡單，靈活和動態(tài)響應(yīng)好的優(yōu)點而成為電力電子技術(shù)中最廣泛應(yīng)用的控制方式，也是學(xué)者研究的熱點。由此可見，PWM調(diào)光方式是進(jìn)行LED光源無級調(diào)光的適合方案。

2.3 無線數(shù)據(jù)傳輸

數(shù)據(jù)通過無線WIFI進(jìn)行傳輸，無線WIFI模塊開發(fā)周期較長，目前市面上擁有多種WIFI通信模塊預(yù)采用BL-8188-4M無線模塊，BL-8188-4M產(chǎn)品是一款低功耗，高線性輸出功率，支持WPA-PSK/WPA2-PSK，WPA/WPA2安全機制，無線傳輸速率高達(dá)150M，是普通11B產(chǎn)品的10倍，內(nèi)置全向智能高增益陶瓷天線，可適應(yīng)不同的工作環(huán)境，使臺式機或筆記本計算機用戶以及其它需要實現(xiàn)無線聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備方便地接入無線網(wǎng)絡(luò)。

參考文獻(xiàn)

[1]陳大華，章荷珍.物聯(lián)網(wǎng) LED 智能照明產(chǎn)業(yè)的崛起[J].中國照明電器，2013，2（1）：11-15.

[2]陳濤.照明控制與自動化系統(tǒng)的完美結(jié)合-智能照明控制系統(tǒng)的再認(rèn)識[J].照明工程學(xué)報，2003，1（4）：89-91.

[3]蔣月紅，馬小軍，殷文龍.智能照明控制通信協(xié)議的應(yīng)用分析[J].電氣應(yīng)用，2013，2（18）：28-32.

[4]黃凱峰.基于電力線載波的智能照明控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計[D].上海：同濟大學(xué)，2013：5-11.

[5]愈劍.基于 Zigbee 無限傳感網(wǎng)絡(luò)的 LED 智能照明控制系統(tǒng)的研究[D].杭州：浙江工業(yè)大學(xué)，2012：8-15.