2015年福建省大学生“合泰杯”单片机应用设计竞赛参赛作品创意书.doc

可视化智能照明系统2015年福建省大学生“合泰杯”单片机应用设计竞赛参赛作品创意书可视化智能照明系统公元 2015 年 2 月 4 日-作 品 创 意 书一、 摘要本次可视化智能照明系统是针对现在各类传统普通开关单一功能的一种创新，并采用第四代照明LED光源作为本设计照明系统被控制对象，以HT66F70A芯片作为该系统核心，在发挥LED光源节能、绿色环保特色的同时，实现室内照明系统的可视化，既让室内各个独立的照明光源都可以通过NRF2401成为一个独立可控的节点，并通过多个节点之间相互通信，在一块触摸面板实现总体显示，人们可通过对本作品通俗简明设计图案及各种色彩等的识别便能在室内随时随地的了解和控制冷暖光色温、定时亮度的变化、以及房屋灯的开关情况等方面的内容。基于这种思路，我们设计了这一款新型无线可视化智能照明控制系统。二、 作品介绍照明技术发展到今天，已经不能只停留在满足照亮环境了。尤其是计算机技术、计算机网络技术、各种新型总线技术和自动化技术日新月异的今天，利用现代前沿技术结合当代新型LED光源，使光照环境更节能、更舒适、更健康甚至智能化，才可更好地满足人们工作学习休闲等各种需求。但到目前为止，国内的智能照明设计产品很多，但可视化的智能照明系统不多，绝大多数存在成本过高，功能不够完善，为此我们觉得有必要利用我们所学的知识，用HT66F70A设计这个款设计出一款功能齐全而性价比又高可视化照明系统。该可视化智能照明系统具有全自动调光、自然光源的充分利用、光环境场景智能转换、运行中节能、可调色调光等基本功能。创新之处在于能够能够实现无线可视化总分控制，每个房间都有独立遥控器及可视化触控面板可以实现对房间的单独控制，位于正厅的触控面板，可以查看所有房间的灯的使用情况，并对其控制。由于采用了触控面板作为每个灯的控制开关，少去了是各类普通的开关的呆板。使用NRF2401无线通信基础不仅解决了复杂线路的铺设问题，还可自由修改开关摆放位置，且不影响正常使用。本参赛作品未曾发表过，全部由我们自主开发研制。三、 工作原理由ADS7843制作成的触控面板模块，采集、处理并传输相应的信号给HT66F70A，HT66F70A具有多个引脚与外部中断口共用多个定时器模块用于时间测量、捕捉输入、比较匹配输出、PWM 输出及单脉冲输出双比较器功能;HT66F70A对信号进行处理之后传输给NRF24L01模块；通过双边的NRF24L01模块发送/接收相应的调制参数，再由接收端 HT66F70A结合光环境检测模块、人体红外检测模块采集到的数据进行综合处理转换为合适PWM的占空比，对调光调色温硬件驱动模块进行调制，来实现控制来调节 LED灯，如图1所示。触控面板显示模块总板显示部分手持遥控部分HT66F70AMCURF模块RF模块人体红外检测模块光环境检测模块HT66F70AMCULED驱动部分调光调色温硬件驱动模块LED图1 系统结构框图四、 作品功能、特色 1.可视化触摸面板显示：该作品直接将房间的平面简图显示在操作界面上，轻轻触碰，便可以对界面上的各个房间的LED灯进行调光调色温等操作，界面简洁易懂，操作简单。 2.全自动调光功能：该作品可采用全自动状态工作。在未对其操控时，系统会根据预先设定时间在的若干个基本状态间自由切换，并依据室内的照度情况自动调整到其最适宜的状态。 3.自然光源的充分利用：系统依据天气变化，自动控制有控光功能的建筑设备（如百页窗帘）来调节控制天然光，还可以和灯光系统连动，来保证室内的照度维持在预先设定的水平。 4.光环境场景智能转换：该作品系统可预先设置不同的场景模块，需要时只要在相应的控制面板上进行操作即可调入所需的场景。 5.运行中节能：该作品系统能在房间内没人或光线充足时自动进入待机模式并及时关掉不需要的LED灯，充分利用自然光，节能效果明显。实现智能照明控制一般可以节约 20-40%的电能，不但降低了用户电费支出，也减轻了供电压力。 6、可移植性强：由于是采用无线通信作为LED灯与控制器之间的连接方式，少去了复杂的线路连接，可以任意改变控制器的位置，实现控制器的转移，且不破坏其可靠性。五、 作品结构(一) 硬件部分1、RF模块： NRF24L01是一款工作在2.4-2.5GHz世界通用ISM频段的单片无线收芯片，NRF24L01的SPI接口可以利用单片机的硬件SPI口连接或用单片机I/O口进行模拟，内部有FIFO可以与各种高低速微处理器接口，便于使用低成本单片机，由于链路层完全集成在模块上，非常便于开发。RF 模块的硬件电路在整个系统设计中尤为重要，如图 2 所示。图 22、触摸屏显示模块：ADS7843是一个内置12位模数转换、低导通电阻模拟开关的串行接 口芯片。供电电压2.75 V，参考电压VREF为1 V+VCC，转换电压的输入范围为0 VREF，最高转换速率为125 kHz。ADS7843的典型应用如图 3所示。假设P接口与HT66F70A单片机的PF3PF7相连。图 33、光环境检测模块： 光敏传感器的使用使得 LED 照明系统能够实现亮度自调节功能，硬件电路如图 4 所示。光敏传感器使用的是光敏电阻，因其有着良好的光电特性以及价格优势，非常适合于光强检测场合的使用。系统中主要通过对HT66F70A的PB0电压的检测，反映光强的变化，进而对 PWM 进行相应的调制。如图4所示。图 44、调光调色温硬件驱动模块：HT66F70A输出PWM信号AC-DC恒压带PWM恒流DC-DCLED黄光灯珠LED白光灯珠带PWM恒流DC-DC电压范围根据恒流DC-DC确定 图 5(二) 软件部分 控制端/接收端软件的流程图如图 6、7 所示：待机显示 模式选择NY触摸？收到产生对应的PWM信号发送图 6RF发送/接收假如接收假如自动运行假如PWM改变Y传感器检测PWM模式A/DLED灯图7 上方为控制端HT66F70A的软件设计，在待机模式时保持系统