基于2ASK调制解调的智能照明系统设计.doc

基于2ASK调制解调的智能照明系统设计 高家宝，靳鹏飞，邵炳乾，刘开尧 （海南大学应用科技学院，海南儋州571730） 摘要：设计采用二进制振幅键控（2ASK）调制解调技术，以AT89C52作为微控制器的智能照明系统，包括智能照明系统硬件电路设计和软件设计两大部分。该文着重设计了系统的无线收发模块、红外传感检测、功耗检测、继电器控制等电路，使设计的系统具有对组内照明灯的开关控制、调光控制、功耗显示等功能，所有功能均可远程和本地实现。该系统作为2ASK在智能家居系统方面的一个典型应用，在实际运行中得到了比较满意的效果。 关键词：2ask调制解调；at89c52；智能照明系统；功耗检测 ：TN915.05?34：A：1004?373X（xx）20?0095?03 Designofanintelligentlightingsystembasedon2ASKmodemGAOJiabao，JINPengfei，SHAOBingqian，LIUKaiyao （CollegeofAppliedScienceandTechnology，HainanUniversity，Danzhou571730，China） Abstract：Anintelligentlightingsystembasedon2ASKmodemisdesigned，whichtakesAT89C52asmicro?controller.Itmainlyincludeshardwarecircuitdesignandsoftwaredesignoftheintelligentlightingsystem.Thecircuitsofwirelesstransceivermodule，infraredsensorexamination，powerconsumptiondetectionandrelaycontrolaredesignedemphaticallyinthehardwaredesign.Theintelligentlightingsystemhasthefunctionsofswitchingcontrol，dimmingcontrol，powerconsumptiondisplayforin?tra?classfloodlights，whichcanberealizedbyremoteandlocalcontrol.Thissystemasatypicalapplicationof2ASKinthesmarthomesystemhasgotsomesatisfactoryresultsintheactualoperation. Keywords：modulationanddemodulationof2ASK；AT89C52；intelligentlightingsystems；powerconsumptiondetection 0引言 随着电子技术的迅速发展和社会的不断进步，基于无线网络的智能家居控制系统应运而生。智能照明系统作为智能家居控制系统的一个重要的子系统，充分利用电子技术、通信技术和计算机网络将建筑物内的各种照明器具有机连接在一起，实现有效的管理和控制1?4。 由于ASK具有调制解调设备简单、成本低廉、工作可靠等优点5?6，本文选择了数字通信技术2ASK作为智能照明系统的通信技术。在深入研究通信协议的基础上，提出了相应的照明系统解决方案，并设计开发产品。本系统具有对组内照明灯的开关控制、调光控制、功耗显示等功能，所有功能均可远程和本地实现。 1系统硬件设计 1.1系统硬件框图设计 结合微处理器和无线通信技术为核心的家居系统是未来智能家居的发展趋势7?8，本次设计的系统是基于AT89C52单片机和315MHzASK调制的智能照明控制系统。建立智能照明控制系统，硬件是关键和基础，它对整个照明系统的稳定性控制和测量的准确性以及灯泡功耗的检测都有直接的影响9?10。 无线照明系统的主控模块硬件组成如图1所示，它由控制器、ASK无线收发电路、LCD1602显示屏等部分组成；无线照明系统的从控模块硬件组成如图2所示，它由控制器、ASK无线收发电路、LCD12864显示屏、继电器控制、A/D转换等部分组成；主控模块由6V干电池供电；从控模块由50Hz/24V交流电供电，50Hz/24V交流电直接通过变压器将市电转换后获得，方便在室内应用，另外，该模块的5V直流电是50Hz/24V交流电经过整流电路和三端稳压器LM7805之后获得。 1.2系统核心电路设计 2ASK通信部分的发射电路采用高频三极管 2SC3357、三极管J3Y、晶振R315、电阻、电容、电感和天线等来实现，具体电路如图4（a）所示；2ASK通信部分的接收电路采用三极管2SC3356、双运算放大器LM358、电阻、电容、电感和天线等来实现，具体电路见图4（b）。 该2ASK通信电路具有结构简单、成本低廉、工作可靠等优点，不足之处是无线通信距离较短，可是已基本满足于智能家居系统的应用。在本次设计2ASK无线通信的收发电路时，因为未加入编码集成电路和解码集成电路，所以2ASK通信电路具有较强的灵活性，方便与微控制器配合完成自定义的编码和解码，从而达到主控模块控制从控模块的目的。当无线发射电路停止数据信号发射时，发射电流降为零，节省功率。为了有效地发射和接收电磁波信号，天线阻抗必须较好的匹配11，根据无线收发电路的工作频率是315MHz，且对要求天线的尺寸不小于电磁波波长的110，确定天线的尺寸为15cm。 2系统的软件设计 主控模块主要是命令的发送者，其软件设计流程图如图5所示，微控制器先进行一系列的初始化，为数据的采集和发送做准备的。主控模块实现的功能是检测是否有按键中断产生以及对按键中断进行处理。 从控模块主要是信息的采集者和命令的执行者。 图6为从控模块软件设计流程图，微控制器先进行一系列的初始化，再进行A/D采样计算出其功耗值一方面在液晶屏上进行显示，同时由2ASK无线发送电路向主控模块发送，以供人们了解当前的功耗值，更加方便地控制电灯亮度。 3测试方案与测试结果 系统上电运行后效果良好，图7为主控模块和从控模块的初始化结果。主控模块的显示屏LCD1602第1行显示的为2个照明灯的亮灭状态，第2行显示的为2个照明灯的亮度等级；从控模块的显示屏LCD12864第1行显示的为时间，第2行显示的为2个照明灯的亮灭状态，第3行显示的是电压和电流以及智能照明系统的总功耗，第4行显示的为2个照明灯的亮度等级。 系统正常初始化后，调节照明灯的亮度有两种方式：一是通过操作主控模块的功能按键，以无线通信方式发送指令控制从控模块实现调节照明灯的亮度；二是通过从控模块的功能按键，以本地控制方式调节照明灯的亮度。图8为以第一种方式成功调节照明灯亮度。 经过一系列测试验证，该系统的其他功能均正常实现。红外感应电路测试方案：当监测到有人靠近主控模块时，主控模块通过无线发射电路向从控模块发送指令，从控模块由无线接收电路接收指令并发送给微控制器进行处理。其不仅能自动开启照明灯，同时主控模块和从控模块的显示屏同步显示照明灯的状态。功耗检测电路测试方案：本系统仅加入了2盏照明灯，分别对开启任何一个照明灯和同时开启2盏照明灯两种情况的电流有效值进行监测，并将该电流有效值的模拟量由A/D转换电路转换成数字量后再由微处理器处理，同时显示屏同步显示。 4结语 本文基于AT89C52微处理器为核心，以2ASK数字调制解调为无线通信技术设计了无线智能照明系统，该系统实现了对组内照明灯的智能开关控制，6级亮度档位调节，功耗检测等功能，在实际运行中取得比较满意的效果，属于2ASK数字调制解调在智能家居系统方面的初步应用，对此领域的研究起到了一定指导作用。另外，该系统具有较强的灵活性和可扩展性，例如加入语音播报相关状态信息和增加照明灯数量。 参考文献 1傅炜钢.基于DALI的智能照明系统设计D.杭州：浙江大学，xx. 2单浩仁.基于DALI的智能照明系统硬件设计D.西安：西安电子科技大学，xx. 3黄鹏飞.智能室内照明：管理系统设计及实现D.广州：华南理工大学，xx. 4崔阳，张维华，白云峰.一种基于Arduino的智能家居控制系统J.电子技术应用，xx（4）：123?125. 5郭颖娜.一种FSK信号调制解调电路的设计J.现代电子技术，xx，29（1）：138?139. 6王斌，朱昌平，单鸣雷，等.水声传感网中的高效调制解调器的设计J.声学技术，xx（4）：436?441. 7玉娟.智能家居借势突围从智慧城市到美丽中国J.中国住宅设施，xx（z1）：86?87. 8蔡雪佳，李旭，邓枫.基于无线传感网的嵌入式远程测控系统研究J.现代电子技术，xx，34（16）：