照明玩出大花樣，LED智能照明系統(tǒng)的完整解決方案

一、項(xiàng)目概述

1.1 引言

該系統(tǒng)以太陽能供電，以AVR單片機(jī)作為整個(gè)系統(tǒng)控制核心， 使LED照明系統(tǒng)能依據(jù)外在的環(huán)境進(jìn)行智能最優(yōu)化調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)智能化、人性化、個(gè)性化的控制與管理，使人感到方便、輕松、愉悅，提高人們的生活質(zhì)量。

整個(gè)系統(tǒng)在充分挖掘利用AVR單片機(jī)資源的前提下，從能源(太陽能),材料(LED)，功能(智能家居)等多方面最大限度的體現(xiàn)了環(huán)保節(jié)能的思想，是未來的智能家居照明的一次嘗試與實(shí)踐。

1.2 項(xiàng)目背景/選題動機(jī)

太陽能作為清潔、可再生的能源在人類生活中將取代傳統(tǒng)的能源，而扮演越來越重要的角色。

LED被稱為第四代照明光源或綠色光源，具有節(jié)能、環(huán)保、壽命長、體積小等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是21世紀(jì)最有價(jià)值的新光源，將取代白熾燈和日光燈成為照明市場的主導(dǎo)。

LED照明系統(tǒng)的智能控制作為智能家居的基礎(chǔ)部分，擁有很大的市場需求與廣闊的市場前景。實(shí)現(xiàn)智能照明控制一般可以節(jié)約20—40%的電能，不但降低了用戶電費(fèi)支出，也減輕了供電壓力。在家居生活中，智能化照明設(shè)備通過預(yù)設(shè)及儲存不同的燈光場景，來調(diào)節(jié)房間內(nèi)的燈光變化，迎合房間主人不同的需要。例如在客人探訪、聚會，可能需要較明亮的燈光，而在欣賞古典音樂或輕音樂，則用柔和的燈光;而要把客廳變?yōu)榧彝ビ霸河^看精彩影片，燈光更需要調(diào)得暗淡，這一切，都可以安坐在沙發(fā)上從容操作，省卻以往費(fèi)事費(fèi)力逐一開燈關(guān)燈的麻煩。

因此，以清潔的太陽能作為供電模塊，基于AVR單片機(jī)的控制的LED照明系統(tǒng)，根據(jù)外在環(huán)境進(jìn)行節(jié)能調(diào)節(jié)，同時(shí)可以選擇情景模式或自定義情景模式照明，以滿足現(xiàn)實(shí)生活中不同生活場景對照明的需求，做到照明系統(tǒng)的智能化、人性化、個(gè)性化、環(huán)?；衔磥碇悄芗揖拥陌l(fā)展方向。

總之，智能照明系統(tǒng)將節(jié)能、低耗、長壽命、運(yùn)行節(jié)約、以人為本等綠色和可持續(xù)照明的理念充分演繹。

二、需求分析

2.1 功能要求

1、采用太陽能供電

2、環(huán)境亮度檢測：能夠檢測環(huán)境亮度，根據(jù)環(huán)境亮度進(jìn)行自動的適宜亮度調(diào)節(jié)，當(dāng)天氣發(fā)生變化，系統(tǒng)能夠自動調(diào)節(jié)，無論在什么場所或天氣如何變化，系統(tǒng)均能保證室內(nèi)的照度維持在預(yù)先設(shè)定的水平，

進(jìn)行智能化、節(jié)能化管理，做到低功耗。

3、紅外人體感應(yīng)：能夠檢測到有人進(jìn)入感應(yīng)范圍并做相應(yīng)的操作，人離開感應(yīng)范圍做相應(yīng)的操作。

4、無線控制：能夠無線控制LED，做到無線遠(yuǎn)程管理。

5、情景模式可選可定義：設(shè)置不同的情景模式供選擇(如自動模式、定時(shí)模式、睡眠模式、會客模式、派對模式、西餐模式、影院模式等)，從而控制LED等的顏色、亮度，燈光場景，發(fā)光方式等，并能在不同模式下配合不同音樂，以能適應(yīng)在各種不同場合照明系統(tǒng)的要求。

6、電腦控制：可以在電腦接上電腦接口，就可以用電腦接口附帶的應(yīng)用控制介面，實(shí)現(xiàn)對整個(gè)房屋的燈多種控制功能，并可隨意查詢及定時(shí)反饋房屋燈光及電器開關(guān)狀態(tài)。邊上網(wǎng)邊玩游戲，邊享受智能控制的樂趣。(此項(xiàng)功能暫不列入設(shè)計(jì)，視最后作品進(jìn)行改進(jìn))

2.2 性能要求

能夠最大限度地實(shí)現(xiàn)低功耗。

三、方案設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)原理

原理：以AVR32單片機(jī)作為主機(jī)控制器，輔以太陽能充電電源模塊，無線接收發(fā)射模塊，分機(jī)采用Atmega8L作為控制，以無線接收模塊、人體紅外感應(yīng)模塊，環(huán)境亮度檢測模塊，LED照明模塊，總體構(gòu)成一個(gè)基于單片機(jī)控制的智能照明系統(tǒng)。

具體：

以AVR32作為主機(jī)控制器、Atmega8L 作為分機(jī)控制器，結(jié)合控制系統(tǒng)整體工作。

采用芯片 PT4115 驅(qū)動四顆串聯(lián) LED，輸入電壓范圍從 6 伏到 30 伏，輸出電流可調(diào)，最大可達(dá)到 1.2 安。 通過控制 PT4115 的 DIM 引腳可以很寬范圍的 PWM 調(diào)光。

采用光敏三極管構(gòu)成環(huán)境亮度檢測模塊，當(dāng)前背景亮度信號經(jīng)光敏三極管轉(zhuǎn)換成電壓信號，送至單片機(jī)內(nèi)部的A/D 模塊進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換， 再根據(jù) A/D 轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)控制 LED點(diǎn)亮的頻率及占空比，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)亮度調(diào)節(jié)。

采用 CD-208 紅外人體感應(yīng)模塊構(gòu)成人體紅外感應(yīng)開關(guān)， 其靜態(tài)電流為 65 微安， 感應(yīng)范圍在 7 米以內(nèi)， 小于120°錐角。當(dāng)有人進(jìn)入感應(yīng)范圍則輸出高電平，人離開感應(yīng)范圍則自動延時(shí)關(guān)閉高電平，輸出低電平。

主機(jī)采用鋰電池作為電源，同時(shí)用太陽能進(jìn)行充電，做到當(dāng)主機(jī)不使用遙控功能時(shí)，能用太陽能進(jìn)行充電;分機(jī)采用鉛酸電池儲備備用電能， 并用太陽能電池進(jìn)行充電;當(dāng)停電時(shí)系統(tǒng)將會自動切換到備用電源。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

主機(jī)部分

分機(jī)部分 

3.2 硬件平臺選用及資源配置

主要：

AVR32單片機(jī)

EVK1100

AVR Dragon調(diào)試器

Atmega8L單片機(jī)

3.3系統(tǒng)軟件架構(gòu)

整個(gè)軟件流程分為主機(jī)主程序、子程序，分機(jī)程序

主機(jī)主程序

主機(jī)子程序

分機(jī)主程序

3.5 系統(tǒng)預(yù)計(jì)實(shí)現(xiàn)結(jié)果

以清潔的太陽能作為供電模塊，基于AVR單片機(jī)的控制的LED照明系統(tǒng)，能夠檢測環(huán)境亮度據(jù)環(huán)境亮度進(jìn)行自動的亮度調(diào)節(jié)，能夠檢測到有人進(jìn)入感應(yīng)范圍并做相應(yīng)的操作，能夠做到無線遠(yuǎn)程管理。能夠選擇不同的情景模式供選擇(如自動模式、定時(shí)模式、睡眠模式、會客模式、派對模式、西餐模式、影院模式等)，從而控制LED等的顏色、亮度，燈光場景，發(fā)光方式等，并能在不同模式下配合音樂，以能適應(yīng)在各種不同場合照明系統(tǒng)的要求。

總之，能夠根據(jù)外在環(huán)境進(jìn)行節(jié)能調(diào)節(jié)，同時(shí)可以選擇情景模式或自定義情景模式照明，以滿足現(xiàn)實(shí)生活中不同生活場景對照明的需求，夢幻燈光隨心創(chuàng)造!