基于CC2530控制器的智能节能照明控制系统设计

基于CC2530控制器的智能节能照明控制系统设计

的时代。据中央对教育部门颁发的《教育信息行动计划》，该文件中强调了对高校基础设施改善，合理规划、设计对基础设计推行智能、节能化进程。推动智能、节能的使用，同时推动高校的教学与管理。借助智能化发展与应用，高校对照明系统的运用具有重要的发展意义。

在人们的生活与生产中都离不开对能源的使用，随着经济与时代在不断发展变革中，能源也在不断的减少，能源的使用远远不及能源的再生来的更快，使得人们更加重视对能源的损耗与合理利用。高校是巨多人口的聚集之处，同时高校在使用照明系统也是电能的消耗主力军。因此对于高校在照明系统的中进行合理设计。针对高校照明系统中所存在的问题进行设计：首先，设计实现功能如：能够感知教室是否存在人，设计红外传感器；对人体经过时人体体温变化检测是否存在人；对光的感应使用光照传感器，同时使用LED对光照进行PWM调试等等。硬件设计，硬件主要含CC2530控制器、WIFI无线网络通讯、、LED模块等等，对硬件设计并搭建。软件设计，对系统进行设计、嵌入式进行设计、对传感器软件部分进行流程图设计等等。最后，方便管理员对教室内环境更直观的监控与管理，同时实现降低能耗，智能化节能化的系统照明。

关键词：高校教室;智能节能;无线通信;传感器

第一章绪论 1

1.1研究背景与意义 1

1.2国内外研究现状 2

1.2.1国外照明系统研究现状 2

1.2.2国内照明系统研究现状 3

1.3研究内容 4

第二章方案总体结构 6

2.1智能节能照明系统设计要求 6

2.2总体设计 7

2.3无线网络通信技术 13

2.4 LED照明设计 15

第三章照明系统硬件设计 19

3.1硬件总体设计 19

3.2控制电路 20

3.3外部电路 24

3.4传感电路 28

第四章软件设计 31

4.1 IAR开发环境 31

4.2主程序设计 31

4.3检测程序设计 32

4.4灯控设计 32

4.5手机界面设计 33

第五章总结与不足 35

致谢 36

参考文献 37

附录 38

第一章绪论

1.1研究背景与意义

随着经济的快速发展与社会的进步，能源与环境的问题一直是世界各国首脑关注和注重的一个重点，由于人类在能源问题过度的开采使用或是因工业生产造成的环境污染，使得世界各国在环境及气温上变化显著，明显的变化是全球气温的逐年升高，臭痒层也遭受破坏，而对于我国而言，降低能耗和保护环境的重任对于正在崛起和强大的中国来说也是重中之重，在众多问题当中，节能与智能是促进人们生活和经济发展的基石[1]。

据报道，高校在逐年扩建并且学生也逐年扩招，随着高校的扩建与学生的扩招中，教学楼的投入使用率也将大大增加。高校用于照明系统消耗的用电量占40%之多，并且这个数据逐年居高不小，这部分能源消耗主要是照明系统中所消耗的，因此提出高校智能节能的照明系统设计，可在很大程度上减少照明系统的能源损耗。高校中为了更好提供学生教学与学习环境，教室通常采取发放式管理，学生可根据自身的需求选择教室来进行自主学习，为了在学习过程中避免外界带来的干扰，通常都会选择人较少或者没有人的教室进行学习，但这样对照明系统的管理存在缺陷，其中在教室中使用照明系统存在的“长明灯”现象对用电的损耗占据很大的部分。由于我国在照明控制系统中技术发展比较落后，目前大多数高校还在使用传统的照明控制系统，也存在一些缺陷：

1）教室的光照强度超出过多。正常日照情况下光照条件能满足学生在教室的使用，但教室内还开着灯。

2）长明灯现象。学生对于节能意识薄弱，在教室中进行学习的，临走时忘记把照明系统关闭后再离开教室。

3）管理落后。教学楼采用单间单层单栋管理模式，若教室照明系统没有关闭时，管理员要专门去到该教室关闭照明系统的控制，这样需要花费大量时间和经历在管理方面，对管理是个负担。

4)布线复杂。传统照明系统线路布多，在维修与维护具有一定的难度，需要专业人员进行维修与维护。

所有高校中教室的照明系统节能不仅是在节约能源方面节省，也便于校园基础设施的管理。

照明系统的节能途径有：一是对智能照明系统的使用，二是使用新型节能灯具，如节能灯、LED灯等。LED灯相对于传统的照明系统更加绿色、便于控制、节能环保、使用寿命更长、发光效率高等特点。

因此，对于LED灯在高校中的使用，采用智能节能的照明系统，让教学楼在节约能源的同时，实现对教室中存在“长明灯”现象的解决，而实现的是人走灯灭的智能控制；在白天中充分利用自然光照的学习，避免了光照强度超出的使用；同时对上位机平台的设计，使管理员更加便捷的管理教室中的照明系统，减少高校对照明系统中高耗电量现象的有效控制提出。

所以，对照明产品质量的不断提高与现代照明节能控制开发应用具有重要的指导意义，并具有广阔的市场前景可进行应用发展。在智能节能控制中低功耗、低成本、更易于实现等优势得到更广泛的认可，并逐渐成为研究对象。因此，本文基于无线通信与传感器的控制发展的智能节能照明系统控制。

1.2国内外研究现状

1.2.1国外照明系统研究现状

上个世纪，国外就已经开始对智能照明系统进行研究与开发，国外的照明系统主要是结合自然的光照强度与影音设备进行开发，将照明系统、家电、遮光设备等进行联动的控制[2],美国的Lutron公司采用CRAFIK系统进行控制模块与电子整流对数字化进行通信；日本松下公司的HBS设计的照明系统控制。

由于在不同的环境中对控制要求具有不同，随着科技的发展网络技术运用更加成熟，照明系统也在逐渐发展起来。控制的方式也在从多种控制转变为现场控制[3]，因此，许多公司根据自身需求开发出照明控制的芯片。此外，关于国外照明系统更具有独立性并且专门设计智能控制系统更为成熟的发展。如远程的实时监控、现场人体精准感应等智能化的控制。

1.2.2国内照明系统研究现状

然而，国内的照明系统受经济观念与传统思维的影响，使国内的照明系统发展相对于国外照明系统更晚发展，同时在照明系统相关的行业没有得到重视与大力发展。但随着经济的快速发展，国内照明系统也在逐步发展，在照明系统中也逐步取得进展性突破，从传统的开关控制逐渐向节能化、智能化、集成化、微型化等趋势发展。由于照明系统智能化中需要运用到通信系统，但在通信中距离有限，传输数据的过程中容量要求较小，数据的传输速率方面要求不高，能实现对信息的实时传递，并在终端设计嵌入式电源便携方便轻便的特点，所以在需求更合适的无线通信与传感技术对照明系统进行开发。目前，可根据要求选择的通信技术有很多，如蓝牙、WIFI、ZigBee、家用无线射频、射频与识别技术等。

国内照明系统智能控制有：

1）根据教室内学生的人数对照明系统进行控制，通过在教室内口上安装红外热释电传感器对进入教室的学生人数进行感应计数判断教师内是否有人，以此对教室室内照明系统进行判断是否开启照明系统，但这种方式容易存在误差，当教室同时多人进入时传感器不能合理的进行判断，在实际中不具备合理的统计人数的问题，容易对照明系统的开关控制存在误开关的现象；

2）白天光照充足，依据光照强度对教室进行亮度调试控制，通过使用光敏传感器对白天教室内的光照强度进行检测，判断教室内的光照强度是否达到标准的亮度值，以此对教室室内的光强强度进行检测判断是都开启照明系统，但这种方式容易产生误判断，在教室没有人的情况下，教室内的光照强度没有达到标准的亮度值，也会对教室照明系统进行开启控制。

3）设置时间段的开启照明系统，根据学校发布的作息时间表进行设定，这种方式过于老旧没有考虑外界因素。如教师补课、学生想自习。

我国内大部分高校照明系统还处于相对落后的状态，随着国家中央的号召，智能节能理念不断倡导，部分高校也逐步将照明系统智能节能化重视起来。如南京信息工程大学在照明电灯中安装红外检测，使学生在照明范围内，照明系统将会自动开启；南京航空航天大学在照明系统中设计了根据人数进行分区开放教室。同时，许多高校也在逐步发展照明系统的运用，很多高校也在独立在照明系统中做出自身的研发改良。如聂丽锦[4]通过使用Kinect摄像进行采集图像，利用算法与图像处理的深度学校技术，对教室内的学生人数与位置进行计算，根据学生人数与位置开启相应的照明系统达到智能与节能的目的；刘为芹[5]通过总线的分布式进行控制，实现实时监控教室的室内环境，进行合理的分区照明系统的开启控制，达到节能的效果；张志新[6]等人通过对现有的荧光灯具与优化LED灯具的使用；来实现节能的目的；张连福[7-8]通过使高校在不同情况下对不同功能区照明系统设计不同，达到针对性的合理设计使用，充分的利用资源。以上智能节能照明系统虽然智能与节能，但是在成本上的设计有些不足，所以设计低耗能、安装简单、兼容性强、价格低的智能节能的控制系统更符合高校的使用。

1.3研究内容

本文基于CC2530控制器，对人体感应及光照强度进行研究。为了高校在照明系统中逐渐智能化，减少高校中照明系统能源的大量损耗的不必要性。章节内容：

第一章：绪论。主要对本篇文章内容背景与意义进行阐述，然后对国内外照明系统中研究的做出介绍，并根据其研究讲述国内外照明系统目前的现状。

第二章：总体设计。对照明系统分析，根据设计确定照明要求。并对方案总其他进行设计，掌握智能照明设计中的整体方案、设计结构等。

第三章：硬件设计。对硬件设计进行概括，并分析各模块中对电路的设计，其中电路设计含控制器、电源、LED灯及温度传感器等。

第四章：软件设计。根据总体设计的规划，硬件对电路根据要求的分析，对软件进行使用设计如系统程序设计、嵌入式设计等。

第五章:工作总结与未来展望。对此次学术研究会的设计成果进行分析总结，并对自身进行展望。

参考文献

[1]赵丽丽 . 我国建筑能耗现状分析 [J]. 住宅与房地产， 2016,30:25.

[2]Kwang-Wook Park, Andreas K and Athienitis. Workplane illuminance prediction method for da-ylighting control systems. [J].Solar Energer,2003,75:277-284.

[3]Soo-Young Kilm and Hussain H.Alzoubi. Determining photosensor settings for optimum energy saving of suspended lighting systems in a samall double-skinned office. [J].International Journal of Energy Research,2009,33(6).

[4]Altamirano;LO.and Henriquez,F.R.A scalable intelligent and RFIDS.[J].Electrical Engineering Comp-uting Science room and based on wireless sensor networksAutomatic Control(CCE),2010 7th International Conference on,Tuxtla Gutierrez,2010:434-439.

[5]聂丽锦. 高校公共教室照明控制的智能化改进研究[D].山东大学,2016.

[6]刘为芹. 高校教室照明节能控制系统的研究[D].聊城大学,2017.

[7]张志新,徐洪振,谢凤军,等. 高校新型照明灯具节能技术应用研究[J].昆明理工大学学报(自然科学版),2017,42(05):65-73.

[8]张连福. 高校智能照明系统研究与设计[J].电子技术与软件工程,2017(01):82.

[9]张连福. 智能照明系统在高校建设中的设计研究[J].工程技术研究,2017(04):220-221.