智能家居系統(tǒng)中智能化燈光控制的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

1. 概述

智能家居以家為平臺，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)字技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和綜合布線技術(shù)，將與家庭生活密切相關(guān)的防盜報(bào)警系統(tǒng)、家電控制系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)信息服務(wù)系統(tǒng)等各子系統(tǒng)有機(jī)的結(jié)合在一起。

通過中央管理平臺，讓家居生活舒適、安全、便利、節(jié)能、健康、環(huán)保。類似名稱的還有數(shù)碼家居、數(shù)字字園、網(wǎng)絡(luò)家庭、家庭自動化、E-HOME等等。目前，智能家居可為用戶提供家居安全報(bào)警、可視對講、家電、照明調(diào)光、設(shè)備的室內(nèi)外遙控、電話遠(yuǎn)程控制、INTERNET遠(yuǎn)程控制等多種功能。產(chǎn)品類型包括有線、無線或者有線和無線結(jié)合，無線方式具有無布線，移動，安裝方便、應(yīng)用場合廣等優(yōu)點(diǎn)逐漸成為應(yīng)用主流。

2. 方案設(shè)計(jì)

貝能科技采用IAI公司的無線系列芯片結(jié)合MICROCHIP的PIC系列單片機(jī)已開發(fā)出一系列的智能家居方案，如小區(qū)的水氣無線抄表方案、家居終端無線開關(guān)方案、無線燈光控制方案、終端控制器大屏幕界面QVGA方案、終端INTERNET接入方案等等。IAI公司的無線芯片系列具有集成度高、外圍元件少、功耗低、性能穩(wěn)定可靠等特點(diǎn)，芯片內(nèi)部集成了FSK無線收發(fā)必需的全部功能模塊，包括多邊帶PLL合成器、PA、LNA、混頻器、基帶濾波器、中頻放大器、信號強(qiáng)度指示RSSI、數(shù)據(jù)質(zhì)量偵測DQD、電池電壓偵測、AFC和微控制器等，同時MICROCHIP的PIC系列芯片單片機(jī)具有低功耗、高穩(wěn)定性、抗干擾性好等特點(diǎn)。為此我司采用IA4421芯片已開發(fā)了兩種小通訊模塊PHY和EV-IA4421-433M-3，可以為用戶提供串口或者SPI接口,方便用戶使用和開發(fā)。

本文從軟、硬件兩方面介紹一款智能燈光控制方案，該方案分為手持RF遙控和燈光控制兩部分，可以通過手持設(shè)備實(shí)現(xiàn)家居燈光明暗的調(diào)節(jié)、全開全關(guān)、定時控制和軟啟功能。

2.1 燈光控制部分硬件組成框架

燈光控制部分硬件組成框圖如圖1所示，其中各部分接口電路如下：

圖1 無線燈光控制電路

圖2 非隔離電源電路圖

①非隔離電源電路為MCU和無線模塊提供工作電壓，如圖2所示，采用PI的LinkSwitch-TN，由于功率MOSFET和控制器集成在一個IC當(dāng)中，設(shè)計(jì)過程可得到極大地簡化。電路路中所用元件數(shù)目很少，無需變壓器，即可以利用設(shè)計(jì)速成部分，使用標(biāo)準(zhǔn)元件完成常用輸出電壓和電流的設(shè)計(jì)。

②無線模塊連接電路如圖3所示，PHY只需使用5個I/O口即可工作，同時采用SPI兼容的控制接口作為數(shù)據(jù)通訊接口，我們測試板也正是使用這種方式與PHY模塊進(jìn)行連接的。各個接口功能如下：SCK：SPI串口時鐘輸入;SDI：SPI串口數(shù)據(jù)輸入;NSEL：SPI片選輸入(低電平有效);SDO：SPI串口數(shù)據(jù)輸出;NIRQ：中斷請求輸出(低電平有效);PHY模塊用作數(shù)據(jù)。該模塊具有體積小、功耗底等優(yōu)點(diǎn)，非常適合用于無線設(shè)備上。

圖3 無線模塊連接電路

③調(diào)光模塊電路如圖4所示，包括一個EMI濾波器、一個無源功率因數(shù)校正、鎮(zhèn)流器控制和燈諧振輸出級，輸出級采PWM輸出驅(qū)動信號，通過驅(qū)動變壓器驅(qū)動半橋MOS管，實(shí)現(xiàn)燈光的控制。

圖4 調(diào)光控制電路

2.2 手持RF遙控部分硬件組成框架

手持RF遙控部分硬件組成框架如圖5所示，具體電路接口如下

圖6 按鍵電路

①按鍵電路如圖6所示，

4*4輕觸按鍵作為用戶的輸入，用戶按鍵的輸入判斷是采用普通的I/O方式。具體每個按鍵定義為,可以根據(jù)開發(fā)著設(shè)計(jì)需要而定。

②無線模塊連接電路與手持RF無線模塊的電路與燈光控制部分基本一樣，電路如圖3所示，都是使用SPI方式與無線模塊通信。

③電源電路如圖7所示，手持遙控使用5V～9V干電池為系統(tǒng)供電。

圖7 電源電路

2.3 燈光控制軟件組成框

軟件流程如圖8所示，分為系統(tǒng)初始化、主循環(huán)流程與中斷服務(wù)程序，各功能說明分別如下：

①M(fèi)CU初始化函數(shù)：包括MCU定時器的設(shè)置、PWM設(shè)定、中斷設(shè)置和各個I/O口的輸入、輸出設(shè)置等等。

②IA4421初始化：對IA4421各個寄存器進(jìn)行設(shè)定，包括頻率、發(fā)送速率、發(fā)送功率、頻偏等設(shè)置。

③主循環(huán)程序：主要包括無線信號的檢測和工作電流電壓的檢測。

主循環(huán)程序是軟件的基本控制部分，為一個無限循環(huán)程序，通過這一系列的管理函數(shù)，不斷的檢測事件的發(fā)生并執(zhí)行相應(yīng)的功能操作。包含許多子程序，諸如：Check if it’s time to execute events(定時器時間事件處理)、通信握手識別、地址識別、PWM輸出處理、電流電壓采樣處理、電源管理等等。

圖8 軟件流程圖

2.3 手持RF遙控軟件組成框架

軟件流程圖如圖9所示，軟件系統(tǒng)包括：MCU初始化、變量初始化、IA4421初始化、主程序的循環(huán)檢測。

主循環(huán)程序包括用戶按鍵輸入檢測、無線數(shù)據(jù)發(fā)送、無線信號的接收和反饋數(shù)據(jù)的處理，正確發(fā)送用戶輸入的信息以及把燈光控制狀態(tài)及時反饋回手持設(shè)備，讓用戶一目了然。

圖9 RF遙控軟件流程圖

3. 小結(jié)

本文介紹的智能化燈光控制方案，可以通用到任一智能家居設(shè)計(jì)方案中，方便的應(yīng)用于各種智能家居系統(tǒng)上。