智能家居燈光控制電路的模塊化設計

楊建國，李自威，梁 毅

（徐州生物工程職業技術學院，江蘇 徐州 221006）

0 引言

燈光智能控制系統就是對燈光進行智能控制與管理的系統，與傳統照明系統相比，它主要可以實現對燈的自動控制、分區控制、調光控制、遠程控制等功能。那么如何設計智能家居燈光控制電路來實現上述功能呢？采用模塊化設計就是有效的途徑之一。模塊化設計的智能家居燈光控制電路將自動控制技術、網絡通信技術、傳感器技術等一系列的現代信息技術進行融合，控制功能豐富，布線簡易，易于維護且擴展性好。

1 智能家居燈光控制電路模塊化設計

1.1 智能家居燈光控制電路基本功能設計

智能家居燈光控制模塊化電路，是基于物聯網技術設計的。首先由光照度傳感器或熱釋電傳感器重點采集環境信息，如室內的自然光強弱、是否有人體移動等，然后將傳感器采集的信息經過處理后，加到模塊上的LM393電壓比較器的同相端，并與基準電壓比較后，輸出高電平或低電平，將這些信息傳送到控制機構去控制負載動作［1］。實際上根據需要，客廳和衛生間照明燈一般由光照度傳感器自動控制，即：當環境光照較弱，客廳和衛生間照明燈會自動點亮，這是因為客廳是人們主要的家庭活動場所，充足的照明是必需的。而一般家庭的衛生間面積小，采光條件較差，更需要提供照明。廚房燈、臥室燈、入戶門燈和戶外燈不安裝于家庭成員經常活動的場所，故選用人體紅外探測變送器模塊進行控制。

為了便于人們遠程控制燈光，本設計選用了WiFi總控模塊進行控制，因為物聯網的技術核心與基礎部分是互聯網技術［2］。借助手機上安裝的相應的App控制軟件，可以方便地控制WiFi總控模塊上自帶的繼電器觸點，進而對照明設備進行集中控制或多點操作。該模塊還自帶延時和調光功能，可以根據需求對燈光點亮的時間或明暗進行調節。

1.2 智能家居燈光控制電路的模塊化設計

智能家居燈光控制電路由于功能較復雜，常見的電路設計方法不易優化，因此本文采用的模塊設計理念，能夠將復雜的電路設計問題進行分解和細化，盡可能地降低電路設計的復雜程度［3］。

圖1為燈光控制電路模塊化設計原理，圖2為WiFi模塊和傳感器模塊上自帶的繼電器控制原理。在圖1中，QF0為總空氣開關，保護整個電路，QF1保護開關電源模塊和傳感器模塊，QF2保護WiFi遠程控制模塊。

燈光控制電路模塊化設計的工作原理如下：當人接近入戶門時，人體釋放的紅外線信號被紅外傳感器模塊1收集(見圖1），模塊1上的運算放大器對輸入信號計算后，發出低電平信號，使繼電器K1的線圈得電。如圖2繼電器控制原理可知，K1的線圈得電使K1常開觸點閉合，入戶門燈L1和戶外燈同時點亮。當人離開紅外傳感器感應范圍后，入戶門燈自動熄滅。入戶門燈自動熄滅的時間，可以由模塊1自帶的延時裝置靈活設置。手動開關S1平時應處于閉合狀態，當需要手動關閉入戶門燈時，可以將S1斷開。WiFi遠程控制模塊上的繼電器K5的動作，由手機上安裝的相關App軟件控制。點擊手機面板上的K5按鈕，使繼電器K5得電后，K5的常開觸點閉合，入戶門燈L1點亮，同時K5的常閉觸點打開，使紅外傳感器模塊1上的繼電器K1的線圈不能得電，屏蔽了紅外傳感器模塊1。再次點擊手機面板上的K5按鈕，使繼電器K5失電后，K5的常開觸點打開，同時K5的常閉觸點閉合，紅外傳感器模塊1上的繼電器即可恢復作用。

圖1 燈光控制電路模塊化設計原理

圖2 繼電器控制原理

臥室主燈的控制電路設計和入戶門燈相同，采用紅外傳感器模塊2控制。臥室主燈的控制原理是：當紅外傳感器模塊2感應到人體信號的時候，其自帶的繼電器K2線圈得電，K2常開觸點閉合，臥室主燈L2點亮。由于臥室主燈照明時間因人而異，故熄滅時間的長短由用戶在模塊2自帶的延時裝置靈活設置。另外，為了提供更多的方便，臥室主燈L2的開和關，和入戶門燈L1一樣，也可以由手動開關S2和WiFi遠程控制模塊上的K6觸點控制，工作原理相同。

客廳是人們主要的活動場所，所以在設計時會采用光電傳感器自動控制。即當光電傳感器模塊1感應到光照度弱的時候，其自帶的繼電器K3得電，K3的常開觸點閉合，客廳主燈點亮，反之，客廳主燈熄滅。手動開關S3平時應處于閉合狀態，當不需要客廳主燈照明時，可以將S3斷開。另外，客廳主燈的控制，同樣也可以由WiFi遠程控制模塊上的K7繼電器在手機上控制，更加方便，工作原理和入戶門燈L1相同。另衛生間照明原理和客廳主燈照明相同。

當需要全屋照明設備熄滅時(睡眠模式），由WiFi遠程控制模塊上的K9繼電器控制。在手機控制面板上使繼電器K9得電后，K9的常閉觸點打開，由圖2可知，繼電器控制電路被斷開，所有的照明設備失電，全屋照明熄滅。手動開關S為安全開關，即當照明設備出現安全故障時，可以迅速斷開手動開關S，切斷整個電路，確保用電安全。

2 結語

對智能家居燈光控制電路的模塊化設計，設計者可以使照明功能基本相同的每個房間或每盞燈的電路設計實現標準化。如廚房的照明，由于廚房并非主要的活動場所，僅僅是人們餐食料理的地方，故照明電路的設計可以參照臥室主燈。同理，晚上人們很少到陽臺活動，故陽臺的照明電路設計可以參照入戶門燈。由此可知，智能家居燈光控制電路由于采用了模塊化設計，降低了電路設計的難度，簡化了電路元器件的種類，方便了電路的布線以及元器件的安裝和維護，使智能家居系統的運行呈現高效率、低成本、低能耗的特點。