任運業(yè)

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：針對傳統(tǒng)照明的有線、機械的控制方式，文章提出一種基于物聯(lián)網（InternetOfThings，IOT）技術的LED智能照明控制系統(tǒng)，將智能控制模塊嵌入LED照明終端，綜合運用嵌入式技術、無線傳感器網絡等技術，實現(xiàn)智能化、數(shù)字化、無線化的智能照明控制方式，同時還具有環(huán)境溫濕度、光照度等環(huán)境參數(shù)的監(jiān)測功能。

關鍵詞：物聯(lián)網；智能照明；環(huán)境監(jiān)測；ZigBee

1前言

隨著LED照明越來越普及以及移動互聯(lián)網技術的快速發(fā)展，人們對家居生活的網絡化、智能化、節(jié)能化的需求越來越強烈，將家用電器、照明燈具、安防報警等模塊通過無線網絡集成到控制平臺，實現(xiàn)智能控制和智能管理。隨著物聯(lián)網（TheInternetofthings，IOT）產業(yè)的發(fā)展，智能LED照明已成為IOT中重要的一部分。本文為了“綠色智慧照明”的實施而提供智能化的LED照明控制系統(tǒng)，利用物聯(lián)網技術、嵌入式技術等，實現(xiàn)對LED燈具多種照明模式的無線遠程控制，并對LED燈具工作范圍內的環(huán)境照度、LED燈具工作狀態(tài)進行實時監(jiān)測，同時利用傳感器技術實現(xiàn)LED照明的自適應光照調節(jié)以及多種組合的燈光色彩變換，從而創(chuàng)造出一種舒適、節(jié)能、安全的光環(huán)境，系統(tǒng)原理框圖如圖1所示：

2系統(tǒng)硬件設計

本系統(tǒng)的硬件設計包括LED燈具控制終端和觸控面板兩部分，用于實現(xiàn)LED燈具的智能照明控制；主要包含控制模塊、通信模塊、LED驅動模塊、電源模塊等。

2.1主控單元的硬件設計

LED智能照明控制系統(tǒng)的主控單元主要LED燈具控制終端和數(shù)據(jù)采集終端兩部分組成。LED燈具控制終端以ARM處理器STM32為控制核心，由電源電路，外圍電路，光照傳感器組成；數(shù)據(jù)采集終端則由溫濕度傳感器，照度傳感器，PM2.5傳感器組成，其硬件電路原理圖如圖2所示。

2.2觸控面板的硬件設計

觸控面板的硬件電路設計基于新一代ARM處理器STM8S來實現(xiàn)，STM8S系列處理器自帶觸摸軟件庫的設計，利用電容本身具有的電荷轉移特性，可以實現(xiàn)電容式的觸摸傳感檢測。在LED智能照明控制系統(tǒng)中，主要實現(xiàn)了LED照明燈具的開關按鍵以及滾動條亮度調節(jié)的設計，其電路原理圖如圖3所示。

2.3ZigBee無線通信模塊的設計

為了實現(xiàn)LED智能照明系統(tǒng)的集中管理以及環(huán)境監(jiān)測功能，本文采用基于物聯(lián)網的ZigBee無線模塊構成通信網絡。本系統(tǒng)的Zigbee無線通信模塊采用CC2530模塊，TICC2530是一個實質的系統(tǒng)芯片（SoC）CMOS解決方案。該解決方案將提高性能和適應基于頻段應用，和它的低成本、低功耗的要求。它結合一個高性能2.4GHzDSSS（直接序列擴頻）射頻收發(fā)器核心和一顆工業(yè)級小巧并且效能更高的8051控制器。

2.4電源模塊的設計

考慮到本設計應用在家庭場合，而家庭中一般提供的電源主要220V交流電源，因此電源模塊設計時需要采用多個分離元件來實現(xiàn)不同電壓輸出的穩(wěn)壓電路，其中3.3V和5V電源首先經開關電源將220V電源轉換成12V直流電源再得到。

+12V轉+5V使用的是LM2576系列的穩(wěn)壓器，LM2576能夠驅動3A的負載，有優(yōu)異的線性和負載調整能力，其+5V電源原理圖如圖4所示：

+5V轉+3.3V使用的是AMS1117電壓調節(jié)器，AMS1117可以提供1A的輸出電流，min輸入電壓為1V，輸出+1V。通過+5V穩(wěn)壓到+3.3V后供給CPU和其他芯片，其+3.3V電源原理圖如圖5所示。

3系統(tǒng)軟件設計

系統(tǒng)的軟件設計主要實現(xiàn)LED智能照明控制與環(huán)境數(shù)據(jù)的采集和傳輸，通過采用ZigBee無線通信網絡可以實現(xiàn)LED燈具的集中管理以及數(shù)據(jù)采集功能。

4安科瑞智能照明控制系統(tǒng)

4.1概述

ALIBUS智能照明產品采用RS485總線技術，技術成熟可靠，安全穩(wěn)定。開關驅動器具備獨立工作的能力，適用于一些中小型的項目；模塊化設計，可以任意拼接擴展，同時預留I/O口以及Modbus接口，還可以滿足與AcrelEMS企業(yè)微電網管理云平臺進行數(shù)據(jù)交換。

4.2應用場所

適合于各類智能小區(qū)、醫(yī)院、學校、酒店，以及體育場所、機場、隧道、車站等大型公建項目的照明控制需求。

4.3系統(tǒng)結構

4.4系統(tǒng)功能

1）實時檢測并顯示各個模塊的在線狀態(tài)，反饋現(xiàn)場受控回路的開關狀態(tài)，監(jiān)控界面按照樓層各分區(qū)的布局和回路列表來瀏覽。

2）當發(fā)生模塊離線、網關設備掉線或者狀態(tài)反饋和下發(fā)控制命令不一致時會發(fā)生故障報警，并將故障報警信息記錄并顯示在界面中。

3）可以對單個照明回路實現(xiàn)開關控制；每個模塊、樓層都有相應的模塊控制開關和樓層控制開關，也可以一個模塊或者整個樓層實現(xiàn)開關控制。

4）開關驅動器支持過零觸發(fā)功能，負載（燈具）的分合操作僅在交流電過零時進行；可有效減少電磁干擾以及對電網的沖擊，延長燈具與控制裝置的壽命。

5）對每個照明回路可以預設掉電狀態(tài)，當照明電源掉電時，開關驅動器會自動切換到預設的掉電狀態(tài)；確保重新上電時燈具的開關狀態(tài)是確定與可控的。

6）拖動調光控件，照明設備從0%到100%進行調光，可以對單個照明回路實現(xiàn)調光控制，調光總控可以對一個模塊的照明回路實現(xiàn)調光控制，也可以對多個照明回路實現(xiàn)調光控制，通過圖標的亮滅狀態(tài)反饋現(xiàn)場開關的狀態(tài)。

7）點擊場景控件，打開或者關閉對應場景設置，軟件界面上顯示不同的場景模式和場景功能，通過圖標的亮滅顯示對應的場景狀態(tài)是打開還是關閉。

8）設置定時時間，確認時間點后，對該事件點執(zhí)行的動作進行設置，設置燈在設定的時間點亮或者滅。

9）系統(tǒng)可以通過預設的當?shù)亟浘暥刃畔?，自動計算每天的日升日落時間；根據(jù)天文時鐘控制照明開關，實現(xiàn)日落開燈、日出關燈的功能。

10）所有定時控制計劃均可下發(fā)保存至驅動模塊；當上位機系統(tǒng)故障或模塊離線時，驅動模塊可以利用自帶的RTC時鐘維持定時控制計劃的正常執(zhí)行，不影響日常的照明控制效果。

11）系統(tǒng)結構是分布式總線結構；系統(tǒng)內各元件不依賴于其他元件而能夠獨立工作；系統(tǒng)內各元件可以通過程序的設定實現(xiàn)功能的多樣性。

12）預留BA或第三方集成平臺接口，采用modbus、opc等方式。

4.5設備選型

5結束語

本文通過對相關理論知識的學習，針對LED的特性，對LED燈具的亮度、色彩方面進行了調節(jié)，加入亮度傳感器、人體檢測傳感器實現(xiàn)LED照明系統(tǒng)的智能化、數(shù)字化、網絡化。

本系統(tǒng)的設計結構合理，充分利用智慧照明技術實現(xiàn)LED照明應用的需求，拓展能力好，可以有效的節(jié)約能源，具有實際推廣和應用價值，擁有廣闊的市場前景。

參考文獻

[1]俞建.基于ZigBee無線傳感網絡的LED智能照明控制系統(tǒng)的研究[D].浙江：浙江工業(yè)大學，2012.

[2]張虹.室內照明監(jiān)控系統(tǒng)的智能控制算法研究[D].華南理工大學，2012：28-29.

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

[4]殷駿，王巍.基于Zigbee的LED智能照明系統(tǒng)設計[J].照明工程學報，2011，22（4）：75-78.

[5]榮學娟.基于ZigBee協(xié)議室內情景照明控制系統(tǒng)開發(fā)[D].天津：天津工業(yè)大學，2010.

[6]熊少義，鐘洪聲.ZigBee無線自組網的LED節(jié)能燈控制系統(tǒng)[J].單片機與嵌入式系統(tǒng)應用，2011，7：46-48.

[7]關蓓蓓,田立國,李猛,劉雨.基于IOT的LED智能照明控制系統(tǒng)的設計，2017，17：35-36

[8]安科瑞企業(yè)微電網設計與應用手冊.2022年05版

作者簡介：任運業(yè)，男，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司。