CN105392263A - 一种基于EnOcean的无线无源智能浴室照明系统 - Google Patents
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Abstract
一种基于EnOcean的无线无源智能浴室照明系统,所述系统包括照明控制器、EnOcean无线无源翘板开关、防水LED和照度传感器;所述照明控制器包括微控制器、EnOcean无线接发模块、LED驱动器、LED驱动USB接口、LED驱动插针、照度传感器接口、压敏电阻、USB接口模块、UART转USB模块、以及电源模块。
Description
技术领域
本发明涉及一种浴室照明系统,尤其涉及一种智能浴室照明系统。
背景技术
随着物联技术和照明技术的发展,无线技术WIFI、Zigbee、蓝牙等技术应用于室内照明技术之中,产生了室内智能照明系统。用无线开关替代有线开关避免布线,前景可观,但是这种方式存在着无线开关需要定期更换电池的问题,消耗了能源、也为使用者带来不便。在室内智能照明系统设计中浴室照明系统的设计成为难点,因为浴室具有空间狭小,湿度高的特点,现有的智能照明系统难于同时在实现智能照明的同时满足高安全性和高使用寿命的要求。现有技术中中国专利文献CN201210303379.4公开一种基于Zigbee无线电技术室内照系统,其使用无线开关控制室内照明,达到了预期的效果。但是无线开关需要定期更换电池,即不方便又增加了能耗,且无法在浴室高湿环境下保证设备的安全性和使用寿命,因此无法应用于浴室中。
中国专利文献CN201410007651.3的公开了一种基于易能森(EnOcean)的楼宇照明控制网络,其优点是可以实现无线网络广泛覆盖,但首先该专利使用的组网方法为通过终端、中继器、子网控制器、子网控制单元和远程控制单元进行组建,系统过于复杂,不适用于浴室等狭小的空间的智能照明系统设计,其次该专利技术方案中没有提及使用照明驱动器,对于浴室这个场合来说,对照明驱动器有特殊的要求,普通的照明驱动器效果难于保证照明效果。且该专利只能对亮度进行调节,而浴室智能照明系统,往往在不同使用状态时需要不同色温和亮度的照明。因此提供一种结构简单、安全性好、且能够实现亮度与色温自动调整的浴室无线智能照明系统成为现有技术中亟待解决的问题。
发明内容
为了解决上述问题,本发明设计了一种无线无源浴室照明系统。它能够通过不用更换电池的无源无线开关,对照明系统进行控制;它能够自动调节照明,适应环境光照,节约能源,增加灯具寿命;它能够手动调节照明亮度,调节照明色温,满足个人喜好;它采用“安全盾”设计,低压接入浴室,灯具完全防水,内置压敏保护器防止市电泄漏,保障人身安全。
为解决上述技术问题,本发明所采用的技术方案是提供一种基于EnOcean的无线无源智能浴室照明系统,所述系统包括照明控制器1、EnOcean无线无源翘板开关2、防水LED3和照度传感器4、直流电源5;
所述照明控制器1包括微控制器101、EnOcean无线接发模块102、LED驱动器103、LED驱动USB接口104、LED驱动插针105、照度传感器接口106、压敏电阻107、USB接口模块108、UART转USB模块109、以及电源模块110,
所述电源模块包括5V供电接口及3.3V供电接口,所述压敏电阻的两端分别与电源模块的VCC端与接地端连接;所述电源模块的3.3V供电接口与微控制器、EnOcean无线接发模块、UART转USB模块连接并为其供电,
所述微控制器为基于16~64位嵌入式微处理器的微控制器,微控制器分别与照度传感器接口、UART转USB模块,LED驱动器、EnOcean无线接发模块连接,微控制器与UART转USB模块通过UART总线连接,UART转USB模块还与USB接口模块以USB总线连接连接,
所述微控制器以PWM信号对LED驱动器进行控制,所述LED驱动器分别与LED驱动插针和LED驱动USB接口相连接,所述微控制器与照度传感器接口通过I2C总线进行连接,所述EnOcean无线接发模块通过UART总线与微控制器进行连接;
所述照明控制器通过照度传感器接口与照度传感器连接,通过LED驱动USB接口或LED驱动插针与防水LED相连接,通过EnOcean无线接发模块以无线射频信号与EnOcean无线无源翘板开关相连接。
所述防水LED包括能够分别为LED驱动器控制的黄色LED与白色LED。
所述系统采用12V直流电源或5V直流电源供电,当采用5V直流电源时通过USB接口模块为电源模块的5V供电接口供电。
所述微控制器为基于16~64位嵌入式CPU的微控制器,优选基于ARMCortex-M系列微处理器的微控制器。
本发明提供的一种基于EnOcean的无线无源智能浴室照明系统的有益效果为,
1)基于EnOcean无线无源技术,可以使用EnOcean无线无源翘板开关对系统进行控制,避免了采用其他类型开关需要进行浴室布线或需要定期更换电池的缺陷,简化了系统硬件架构,提高了系统布局的便利程度,降低了布局成本,且提高了安全性和使用寿命。
2)照明控制器集成了基于16位~64位微处理器的微控制器和LED驱动器,通过微处理器的内置程序对防水LED的亮度进行PWM控制。特别的为了提高系统照明的舒适程度,照明控制器可以对不同颜色(黄色和白色)的LED的亮度进行分别控制,以白色LED控制照明亮度,以黄色LED调节照明色温。并可以通过照明控制器中的USB接口模块对微控制器及通过微控制器对其他模块中的参数进行调节,或者对微控制器中的控制程序进行更新。
3)以在照明控制器的电源模块的VCC端与接地端跨接一个压敏电阻的方式构成“安全盾“设计,采用这种硬件设计方式,当照明控制器接入220V高压电时,由于压敏电阻在高压下能够导通,可以实现短路,触发供电系统中断路器的动作,起到保护系统和避免高压电直接暴露在浴室潮湿环境中引发危险的作用。
3)在本发明一个实施例中,当采用5V直流电源供电时,可以通过USB接口模块为主控模块供电,可以进一步简化系统结构。
4)在控制程序设计上,手动调节与自动调节相结合的智能控制模式,采用了比例积分(PI)法调节照度,可以提高调节精度,在实际使用时,按下后EnOcean无线无源翘板开关中的代表“开灯“键值的按键或按键组合后,系统首先采用自动调节模式调至预设的照度目标范围,然后使用者可以根据个人需求再对照度及色温进行调节。使用方便且适用于不同照明要求的人群。
附图说明
图1为本发明具体实施方式提供的一种基于EnOcean的无线无源智能浴室照明系统的硬件结构框图;
图2为本发明具体实施方式提供的一种基于EnOcean的无线无源智能浴室照明系统的控制方法流程图;
图中,1、照明控制器,101、微控制器,102、EnOcean无线接发模块,103、LED驱动器,104、LED驱动USB接口,105、LED驱动插针,106、照度传感器接口,107、压敏电阻,108、USB接口模块,109、UART转USB模块,110、电源模块;
2、EnOcean无线无源翘板开关,3、防水LED,4、照度传感器。
具体实施方式
下面结合实施例及附图,详细叙述本发明。具体实施例仅是对发明的进一步详细地说明及解释,并不以此限定本发明权利要求的保护范围。
本发明提供的一种基于EnOcean的无线无源智能浴室照明系统,所述系统包括照明控制器1、EnOcean无线无源翘板开关2、防水LED3和照度传感器4;
所述照明控制器1包括微控制器101、EnOcean无线接发模块102、LED驱动器103、LED驱动USB接口104、LED驱动插针105、照度传感器接口106、压敏电阻107、USB接口模块108、UART转USB模块109以及电源模块110,
所述电源模块包括5V供电接口及3.3V供电接口,所述压敏电阻的两端分别与电源模块的VCC端与接地端连接;所述电源模块的3.3V供电接口与微控制器、EnOcean无线接发模块、UART转USB模块连接并为其供电,
所述微控制器为基于16~64位嵌入式微处理器的微控制器,微控制器分别与照度传感器接口、UART转USB模块,LED驱动器、EnOcean无线接发模块连接,微控制器与UART转USB模块通过UART总线连接,UART转USB模块还与USB接口模块以USB总线连接连接,
所述微控制器以PWM信号对LED驱动器进行控制,所述LED驱动器分别与LED驱动插针和LED驱动USB接口相连接,所述微控制器与照度传感器接口通过I2C总线进行连接,所述EnOcean无线接发模块通过UART总线与微控制器进行连接;
所述照明控制器通过照度传感器接口与照度传感器连接,通过LED驱动USB接口或LED驱动插针与防水LED相连接,通过EnOcean无线接发模块以无线射频信号与EnOcean无线无源翘板开关相连接。
所述一种基于EnOcean的无线无源智能浴室照明系统的硬件结构框图如图1所示。
所述系统采用直流电源供电,直流电源为12V直流电源或5V直流电源,当所述直流电源为5V直流电源时,即通过USB接口模块为电源模块的5V供电接口供电。
所述防水LED包括能够分别为LED驱动器控制的黄色LED与白色LED。
所述微控制器为基于16~64位嵌入式CPU的微控制器,优选基于ARMCortex-M系列微处理器的微控制器。
本发明提供基于EnOcean的无线无源智能浴室照明系统的运行原理为
1)按下EnOcean无线无源翘板开关的按键时(以下简称无线无源开关),无线无源开关通过机械能采集供电给其内部的无线射频信号发送器,将按下不同按键及按键组合产生的按键编码以无线射频信号发送至对应的EnOcean无线接发模块,EnOcean无线接发模块会将按键编码通过UART总线传输至微控制器,微控制器为不同的按键编码设定不同的功能键值(简称键值)并根据不同的键值执行不同的控制功能,所述键值包括开灯暨自动调节(简称开灯)、关灯、调高亮度、调暗亮度、调暖色温、调冷色温;所述微控制器通过输出PWM(脉冲宽度)信号分别控制黄色与白色LED的亮度以实现亮度与色温调节。
2)在自动调节模式下,每隔一定时间根据照度传感器检测到的照度由微控制器根据内置的自动调节函数进行照度自动调节。
所述一种基于EnOcean的无线无源智能浴室照明系统的控制方法包括以下步骤
(1)照明控制器开始运行后首先对微控制器进行初始化;
(2)检查当前键值是否为开灯,若是则进入自动调节模式,此后执行步骤(2);若否则进入步骤(3);
(3)检查当前键值是否为关灯,若是则退出自动调节模式,控制LED关闭,此后执行步骤(2),若否则进入步骤(4)
(4)检查当前键值是否为调暖色温,若是则退出自动调节模式,控制将黄色LED调亮1个单位值,此后执行步骤(2),若否则进入步骤(5);
(5)检查当前键值是否为调冷色温,若是则退出自动调节模式,控制将黄色LED调暗1个单位值,此后执行步骤(2),若否则进入步骤(6);
(6)检查当前键值是否为调高亮度,若是则退出自动调节模式,控制将白色LED调亮1个单位值,此后执行步骤(2),若否则进入步骤(7);
(7)检查当前键值是否为调暗亮度,若是则退出自动调节模式,控制将白色LED调暗1个单位值,此后执行步骤(2),若否则进入步骤(8);
(8)检查当前是否在自动调节模式下且完成检测周期T0,若是则采集照度并进行自动调节,此后进入步骤(2),若否直接进入步骤(2)。
所述控制方法流程图如图2所示。
在所述自动调节模式下,微控制器根据采集到的照度数据和预设的由高到低的照度值上上限、上限、下限、下下限,并以照度值处于上下限之间作为自动调节目标,分以下五种情况进行控制,
1)照度低于下下限时通过向占空比增大的方向粗调PWM占空比,以快速调亮白色LED;
2)若照度处于下下限与下限之间时通过向占空比增大的方向微调PWM占空比,以平稳达到调节目标;
3)若照度位于上下限之间,则停止照明调节;
4)若照度高于上上限时通过向占空比减小的方向粗调PWM占空比调节以快速调暗白色LED;
5)若照度处于上上限与上限之间时通过向占空比较减小的方向微调PWM占空比,以平稳达到调节目标;
所述自动调节模式下,采用比例微分(PI)法进行照度调节,通过调节比例因数(P)来调整亮度调节速度。
实施例1
本实施例中,
微控制器型号为基于ARMCortex-M4的TM4C123GH6PM,
EnOcean无线无源接发模块型号为TCM310,
LED驱动器为采用达林顿晶体管阵列ULN2003,其最高可输500mA电流,系统采用的直流电源为5V直流电源(即USB供电插座),通过USB接口模块为照明控制器提供5V直流电,并通过电源模块分别为其他部件提供5V和3.3V的直流电。
所述UART转USB模块采用CH340转换芯片。
所述防水LED中分为白色LED和黄色LED,分别为1m长度的5V白色LED防水灯带和1m长度的5V黄色LED防水灯带。T0=120ms
实施例2
本实施例是基于实施例1的改进,区别在于
直流电源为12V直流电源;
所述白色LED为1m长度的12V白色LED防水灯带,所述黄色LED为1m长度的12V黄色LED防水灯带;
系统采用的直流电源为12V直流电源,电源模块将12V直流电转换为5V和3.3V,并将12V直流电通过LED驱动器为LED供电。
所述LED驱动器为采用功率MOSFET管的XL3002。T0=120ms。
Claims (5)
1.一种基于EnOcean的无线无源智能浴室照明系统,所述系统包括照明控制器、EnOcean无线无源翘板开关、防水LED和照度传感器;
所述照明控制器包括微控制器、EnOcean无线接发模块、LED驱动器、LED驱动USB接口、LED驱动插针、照度传感器接口、压敏电阻、USB接口模块、UART转USB模块以及电源模块,
所述电源模块包括5V供电接口及3.3V供电接口,所述压敏电阻的两端分别与电源模块的VCC端与接地端连接;所述电源模块的3.3V供电接口与微控制器、EnOcean无线接发模块、UART转USB模块连接并为其供电,
所述微控制器为基于16~64位嵌入式微处理器的微控制器,微控制器分别与照度传感器接口、UART转USB模块,LED驱动器、EnOcean无线接发模块连接,微控制器与UART转USB模块通过UART总线连接,UART转USB模块还与USB接口模块以USB总线连接连接,
所述微控制器以PWM信号对LED驱动器进行控制,所述LED驱动器分别与LED驱动插针和LED驱动USB接口相连接,所述微控制器与照度传感器接口通过I2C总线进行连接,所述EnOcean无线接发模块通过UART总线与微控制器进行连接;
所述照明控制器通过照度传感器接口与照度传感器连接,通过LED驱动USB接口或LED驱动插针与防水LED相连接,通过EnOcean无线接发模块以无线射频信号与EnOcean无线无源翘板开关相连接。
2.如权利要求1所述的一种基于EnOcean的无线无源智能浴室照明系统,其特征在于所述系统采用12V直流电源或5V直流电源供电。
3.如权利要求2所述的一种基于EnOcean的无线无源智能浴室照明系统,其特征在于所述系统采用5V直流电源供电,且通过USB接口模块为电源模块的5V供电接口供电。
4.如权利要求1~3任一所述的一种基于EnOcean的无线无源智能浴室照明系统,其特征是所述微控制器为基于ARMCortex-M系列微处理器的微控制器。
5.如权利要求1~3任一所述的一种基于EnOcean的无线无源智能浴室照明系统,其特征是所述防水LED包括能够分别为LED驱动器控制的黄色LED与白色LED。
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