CN113316287A - 一种家居照明智能控制系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种家居照明智能控制系统及其控制方法，属于智能家居技术领域。本发明包括照度检测模块、人体红外检测模块、数据处理信息传输模块、LED驱动模块、和蓝牙控制模块，共五个模块。所述照度检测模块的输出端子与数据处理信息传输模块的输入端子相连，人体红外检测模块的输出端子与数据处理信息传输模块的输入端子相连，数据处理信息传输模块的输出端子与LED驱动模块的输入端子相连，蓝牙控制模块的输出端子与数据处理信息传输模块中单片机的端子相连。本发明能够使用安卓手机通过蓝牙控制LED灯，远程控制LED的发光亮度和灯光颜色。具有环境检测功能，能通过光强度传感器提供环境的照度信息，并能通过人体热释电传感器检测房间是否有人。

Description

一种家居照明智能控制系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种家居照明智能控制系统及其控制方法，属于智能家居技术领域。
背景技术
随着经济的发展，人们的生活质量有了很大的提高，那么也会对生活环境中使用频繁的家居照明系统提出更高的要求，不再满足于通断式操作和亮度控制，而是需要更智能的功能，比如灯光颜色的变化，场景的选择，节能减排和绿色环保等。往绿色化、无线化、智慧化、个性化发展。完善的智能控制应该拥有手动控制、智能控制、光控、时控等控制功能。在室内照明系统中，由于调光技术在节能方面的优势，所以它是实现室内照明系统智能控制最好的切入点。鉴于白炽灯的高能耗和荧光灯对电压要求性强的问题，LED调光技术的发展将迎来前所未有的机遇，这也预示着，在未来的照明市场中，LED灯将会取代白炽灯和荧光灯，成为新的照明灯霸主。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种家居照明智能控制系统及其控制方法，用以解决室内照明系统不够人性化、智能化和节能的问题，对室内照明系统进行控制和技术的优化设计。
本发明的技术方案是：一种家居照明智能控制系统，包括照度检测模块、人体红外检测模块、数据处理信息传输模块、LED驱动模块、和蓝牙控制模块，共五个模块。所述照度检测模块的输出端子与数据处理信息传输模块的输入端子相连，人体红外检测模块的输出端子与数据处理信息传输模块的输入端子相连，数据处理信息传输模块的输出端子与LED驱动模块的输入端子相连，蓝牙控制模块的输出端子与数据处理信息传输模块中单片机的端子相连。
所述照度检测模块用以检测自然光线的亮度，对所采集到的信息进行初步的处理，并将其发送至数据处理信息传输模块，控制LED灯的亮度，其输出端与数据处理信息传输模块中的单片机的输入端子相连。
所述人体红外检测模块输出端子与数据处理信息传输模块中的单片机的输入端子相连，用以检测人体热量信号。
所述数据处理信息传输模块包含STC89C52单片机及其外围电路，用于接收照度检测模块和人体红外检测模块的信号，对信号处理后发送到LED驱动模块。
所述LED驱动模块用于接收来自数据处理信息传输模块的指令并按指令对其所控制的LED灯进行调光和开关功能的控制。
所述蓝牙控制模块采用无线连接的方式对LED灯进行调光和开关功能的控制。
一种家居照明智能控制系统的控制方法，具体步骤为：
Step1：首先将家居照明智能控制装置接通电源。
Step2：家居照明智能控制装置中的照度检测模块对光照强度进行采集，并将信号送入数据处理信息传输模块中的单片机，人体红外检测模块对电压信号进行采集，并将信号送入数据处理信息传输模块中的单片机。
Step3：使用蓝牙控制模块进行相关设定。
Step4：数据处理信息传输模块根据照度检测模块、人体红外检测模块、蓝牙控制模块提供的信息进行综合判别，将控制信息传递给LED驱动模块，从而得到LED照明亮度。
所述Step4具体为：
Step4.1：当系统上电进入主程序里，在完成初始化子程序、给各参数赋初值、连接好蓝牙模块后，系统进入死循环等待状态，等待串口中断信号。
Step4.2：当蓝牙模块接收到手机 App 发来的控制信息时，转入Step4.3，然后根据接收到的控制命令，分别进行相应的操作。
若控制信号为调光信号，则转入Step4.4。
若控制信号为调色信号，则转入Step4.5。
若控制信号为检测信号，则转入Step4.6。
在控制结束以后，系统会重新返回到主程序，继续等待下次中断信号的到来。
Step4.3：设置 UART 通信，即是对串口工作方式寄存器 SCON 和定时器工作方式寄存器 TMOD 进行设置，选择工作方式，并打开中断，串口发送数据。
Step4.4：LED调光子程序：照明系统开始工作时，系统对灯组进行初始化，初始化直接输出占空比为 50% 的 PWM 信号。
系统对控制信号进行判断，若信号为调光信号，则转入Step4.7，通过使用模糊控制程序来调节 LED 灯组的亮度，改变预设照度值 L0 的大小，与环境照度值 L1 比较，把误差和误差变化率发送到模糊处理程序处理，即可改变 PWM 信号，进而调节灯组亮度。
Step4.5：LED调色子程序：进入调色程序后，先判断是不是调色信号，然后响应相应的控制信号，改变期待光的色品坐标值，即改变 x 和 y 两个分量，两分量均可调节，结合格拉思曼颜色混合定律公式及推演式，即可得到相应的 LED 控制信号，进而改变灯组状态。
Step4.6：照度检测子程序：
Step4.6.1：检测到检测照度命令后，首先发送上电命令（0x01）。
Step4.6.2：发送测量命令，测量命令使用的是“连续高分辨率测量（0x10）”。
Step4.6.3：等待测量结束，为了保证测量数据的精度并考虑时间因素，需要使用200ms的延时程序。
Step4.6.4：读取数据，单片机先发送起始信号（ST），接着发送“器件地址+读写位”，然后发送一个应答位，就可以接受一个字节的数据，然后给 BH1750 再发送一个应答信号，继续接受一个字节数据，由于数据只是两字节的，就可以发送结束信号。
Step4.6.5：对结果进行计算， 使用公式把照度检测出来，光照度=(寄存器值[15:0]*分辨率)/1.2（lx）。
Step4.7：模糊控制子程序：开始、模糊化处理、模糊推理、去模糊化、输出控制量、返回。
本发明的有益效果是：
1、远程智能控制：能够使用安卓手机通过蓝牙控制LED灯，远程控制LED的发光亮度和灯光颜色。
2、环境检测：具有环境检测功能，能通过光强度传感器提供环境的照度信息，并能通过人体热释电传感器检测房间是否有人。
3、应用场景宽泛：LED驱动器能够驱动1W以上的大功率LED负载，以适应各种场合的照明要求。
4、本发明提供了一种适合于LED灯的调光方法，使得在调光过程中，既可以对LED的发光强度进行控制，也可以对LED的色彩进行智能控制，提高LED的节能效果和表现效果。同时，为了使人们对照明系统的控制操作更加方便，采用无线蓝牙技术对照明系统进行控制。
附图说明
图1是本发明的原理框图；
图2是本发明的控制系统结构图；
图3是模糊控制系统结构图；
图4是LED 驱动模块电路图；
图5是驱动器与单片机连接图；
图6是蓝牙模块 HC-05 与单片机连接图；
图7是GY-30 模块与单片机连接图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步说明。
实施例1：如图1-3所示，一种家居照明智能控制系统，包括照度检测模块、人体红外检测模块、数据处理信息传输模块、LED驱动模块、和蓝牙控制模块，共五个模块。所述照度检测模块的输出端子与数据处理信息传输模块的输入端子相连，人体红外检测模块的输出端子与数据处理信息传输模块的输入端子相连，数据处理信息传输模块的输出端子与LED驱动模块的输入端子相连，蓝牙控制模块的输出端子与数据处理信息传输模块中单片机的端子相连。
所述照度检测模块用以检测自然光线的亮度，对所采集到的信息进行初步的处理，并将其发送至数据处理信息传输模块，控制LED灯的亮度，其输出端与数据处理信息传输模块中的单片机的输入端子相连。
如图7示，所述照度检测模块采用的是光强传感器模块GY-30。GY-30模块是一款基于IIC通信的16bit的数字型传感器。模块主要是以BH1750数字型光强感应芯片为核心及一些外围驱动电路组成。GY-30包含五个端口VCC、SCL、SDA、ADDR、GND。GY-30与51单片机的接线比较简单，首先将VCC接到5V电源，ADRR、GND接地，然后只需要将SCL、SDA与数据处理信息传输模块3中单片机的两个IO口（P1.0、P1.1）相接，并在这两个端口分别接两个上拉电阻，接上5V电源即可。
所述人体红外检测模块输出端子与数据处理信息传输模块中的单片机的输入端子相连，用以检测人体热量信号。
所述人体红外检测模块采用的是HC-SR501。HC-SR501只包含三个外部引脚，分别为电源脚、输出脚、接地脚。电源脚接5V电源，接地脚接地，输出脚接数据处理信息传输模块3中单片机的IO口P1.2。
所述数据处理信息传输模块包含STC89C52单片机及其外围电路，用于接收照度检测模块和人体红外检测模块的信号，对信号处理后发送到LED驱动模块。
如图4所述数据处理信息传输模块为单片机最小系统。主要包括了单片机、复位电路、时钟电路、下载电路等部分。单片机选择STC89C52RC使用典型的 MCS-51内核，有系统可编程存储器，具有全双工串行口等功能。复位电路最常用的复位方法为外部复位，仅需要使RST 引脚保持低电平2.5us以上，系统就能进行复位。电容C1一端接5V电源，一端接单片机RST口。电阻R1一端接地，一端接单片机RST口。并配有复位按钮一端接5V电源，一端接单片机RST口；时钟电路中，将一个晶振连接到单片机的片内振荡器的输入端口 XTAL1 和XTAL2 上，并联上两个同样的谐振电容，使晶振能够更稳定地工作，此时单片机的工作模式为低功率晶振模式。根据系统要求，电容选择22pF的，晶振选择 12MHz 的；下载电路中，在线系统编程 ISP 需要使用到 SCK、MOSI、MISO三条信号线、RESET线以及VCC和GND。其中MOSI接单片机P1.5口，MISO接单片机P1.6口，SCK接单片机P1.7口。ISP也被称为串行编程；单片机的P0.5引脚接LED驱动模块4的PWM引脚，用来控制LED灯的调光调色。单片机的P3.0引脚接蓝牙控制模块5中的TXD接口，P3.1引脚接蓝牙控制模块5中的RXD接口。
所述LED驱动模块用于接收来自数据处理信息传输模块的指令并按指令对其所控制的LED灯进行调光和开关功能的控制。
如图5示，所述LED驱动模块选择市售产品。例如选择深圳育松电子的 “1W LED 驱动器”。该驱动器以GS6200芯片为驱动芯片，在外围电路连接电阻、电容、电感等元件，以达到过载、过流、短路保护的目的，保护了电源的安全性。同时，该驱动器能恒定地输出电流，波纹低，减少了光衰，提高 LED 灯的发光效率。因选用成品设计，本处只考虑成品接线。“1WLED 驱动器”包含了5个引脚VIN+、VIN-、PWM、LED+、LED-。VIN+和VIN-分别接5V电源和GND。PWM接口接数据处理信息传输模块3中单片机的P0.5引脚，用来控制LED灯的调光调色。LED+和LED-为该驱动器的两个输出端口，分别接我们LED灯组的两侧。
所述蓝牙控制模块采用无线连接的方式对LED灯进行调光和开关功能的控制。
如图6示，所述蓝牙控制模块选取HC-05。HC-05是主从一体蓝牙模块，通信波特率范围广，可以使用3.3V和5V两种不同的工作电压，有主设备模式和从设备两种工作模式，运用广泛。HC-05配对以后可以当全双工串口使用，使用者无需了解复杂的蓝牙协议，就可以使用HC-05进行通信。其体积小巧（3.57cm*1.52cm），并套透明热缩管，防尘美观，且有一定的防静电能力。HC-05包含4个引脚VCC、TXD、RXD、GND。其中VCC接5V电源，GND接地，TXD接数据处理信息传输模块3中单片机的P3.0口，RXD接数据处理信息传输模块3中单片机的P3.1口。
一种家居照明智能控制系统的控制方法，具体步骤为：
Step1：首先将家居照明智能控制装置接通电源。
Step2：家居照明智能控制装置中的照度检测模块对光照强度进行采集，并将信号送入数据处理信息传输模块中的单片机，人体红外检测模块对电压信号进行采集，并将信号送入数据处理信息传输模块中的单片机。
Step3：使用蓝牙控制模块进行相关设定。
Step4：数据处理信息传输模块根据照度检测模块、人体红外检测模块、蓝牙控制模块提供的信息进行综合判别，将控制信息传递给LED驱动模块，从而得到LED照明亮度。
所述Step4具体为：
Step4.1：当系统上电进入主程序里，在完成初始化子程序、给各参数赋初值、连接好蓝牙模块后，系统进入死循环等待状态，等待串口中断信号。
Step4.2：当蓝牙模块接收到手机 App 发来的控制信息时，转入Step4.3，然后根据接收到的控制命令，分别进行相应的操作。
若控制信号为调光信号，则转入Step4.4。
若控制信号为调色信号，则转入Step4.5。
若控制信号为检测信号，则转入Step4.6。
在控制结束以后，系统会重新返回到主程序，继续等待下次中断信号的到来。
Step4.3：设置 UART 通信，即是对串口工作方式寄存器 SCON 和定时器工作方式寄存器 TMOD 进行设置，选择工作方式，并打开中断，串口发送数据。
Step4.4：LED调光子程序：照明系统开始工作时，系统对灯组进行初始化，初始化直接输出占空比为 50% 的 PWM 信号。
系统对控制信号进行判断，若信号为调光信号，则转入Step4.7，通过使用模糊控制程序来调节 LED 灯组的亮度，改变预设照度值 L0 的大小，与环境照度值 L1 比较，把误差和误差变化率发送到模糊处理程序处理，即可改变 PWM 信号，进而调节灯组亮度。
Step4.5：LED调色子程序：进入调色程序后，先判断是不是调色信号，然后响应相应的控制信号，改变期待光的色品坐标值，即改变 x 和 y 两个分量，两分量均可调节，结合格拉思曼颜色混合定律公式及推演式，即可得到相应的 LED 控制信号，进而改变灯组状态。
Step4.6：照度检测子程序：
Step4.6.1：检测到检测照度命令后，首先发送上电命令（0x01）。
Step4.6.2：发送测量命令，测量命令使用的是“连续高分辨率测量（0x10）”。
Step4.6.3：等待测量结束，为了保证测量数据的精度并考虑时间因素，需要使用200ms的延时程序。
Step4.6.4：读取数据，单片机先发送起始信号（ST），接着发送“器件地址+读写位”，然后发送一个应答位，就可以接受一个字节的数据，然后给 BH1750 再发送一个应答信号，继续接受一个字节数据，由于数据只是两字节的，就可以发送结束信号。
Step4.6.5：对结果进行计算， 使用公式把照度检测出来，光照度=(寄存器值[15:0]*分辨率)/1.2（lx）。
Step4.7：模糊控制子程序：开始、模糊化处理、模糊推理、去模糊化、输出控制量、返回。
以上结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (8)

1.一种家居照明智能控制系统，其特征在于：包括照度检测模块、人体红外检测模块、数据处理信息传输模块、LED驱动模块、和蓝牙控制模块；所述照度检测模块的输出端子与数据处理信息传输模块的输入端子相连，人体红外检测模块的输出端子与数据处理信息传输模块的输入端子相连，数据处理信息传输模块的输出端子与LED驱动模块的输入端子相连，蓝牙控制模块的输出端子与数据处理信息传输模块中单片机的端子相连。
2.根据权利要求1所述的家居照明智能控制系统，其特征在于：所述照度检测模块用以检测自然光线的亮度，对所采集到的信息进行初步的处理，并将其发送至数据处理信息传输模块，控制LED灯的亮度，其输出端与数据处理信息传输模块中的单片机的输入端子相连。
3.根据权利要求1所述的家居照明智能控制系统，其特征在于：所述人体红外检测模块输出端子与数据处理信息传输模块中的单片机的输入端子相连，用以检测人体热量信号。
4.根据权利要求1所述的家居照明智能控制系统，其特征在于：所述数据处理信息传输模块包含STC89C52单片机及其外围电路，用于接收照度检测模块和人体红外检测模块的信号，对信号处理后发送到LED驱动模块。
5.根据权利要求1所述的家居照明智能控制系统，其特征在于：所述LED驱动模块用于接收来自数据处理信息传输模块的指令并按指令对其所控制的LED灯进行调光和开关功能的控制。
6.根据权利要求1所述的家居照明智能控制系统，其特征在于：所述蓝牙控制模块采用无线连接的方式对LED灯进行调光和开关功能的控制。
7.权利要求1所述的家居照明智能控制系统的控制方法，其特征在于具体步骤为：
Step1：首先将家居照明智能控制装置接通电源；
Step2：家居照明智能控制装置中的照度检测模块对光照强度进行采集，并将信号送入数据处理信息传输模块中的单片机，人体红外检测模块对电压信号进行采集，并将信号送入数据处理信息传输模块中的单片机；
Step3：使用蓝牙控制模块进行相关设定；
Step4：数据处理信息传输模块根据照度检测模块、人体红外检测模块、蓝牙控制模块提供的信息进行综合判别，将控制信息传递给LED驱动模块，从而得到LED照明亮度。
8.根据权利要求7所述的家居照明智能控制系统的控制方法，其特征在于所述Step4具体为：
Step4.1：当系统上电进入主程序里，在完成初始化子程序、给各参数赋初值、连接好蓝牙模块后，系统进入死循环等待状态，等待串口中断信号；
Step4.2：当蓝牙模块接收到手机 App 发来的控制信息时，转入Step4.3，然后根据接收到的控制命令，分别进行相应的操作；
若控制信号为调光信号，则转入Step4.4；
若控制信号为调色信号，则转入Step4.5；
若控制信号为检测信号，则转入Step4.6；
在控制结束以后，系统会重新返回到主程序，继续等待下次中断信号的到来；
Step4.3：设置 UART 通信，即是对串口工作方式寄存器 SCON 和定时器工作方式寄存器 TMOD 进行设置，选择工作方式，并打开中断，串口发送数据；
Step4.4：LED调光子程序：照明系统开始工作时，系统对灯组进行初始化，初始化直接输出占空比为 50% 的 PWM 信号；
系统对控制信号进行判断，若信号为调光信号，则转入Step4.7，通过使用模糊控制程序来调节 LED 灯组的亮度，改变预设照度值 L0 的大小，与环境照度值 L1 比较，把误差和误差变化率发送到模糊处理程序处理，即可改变 PWM 信号，进而调节灯组亮度；
Step4.5：LED调色子程序：进入调色程序后，先判断是不是调色信号，然后响应相应的控制信号，改变期待光的色品坐标值，即改变 x 和 y 两个分量，两分量均可调节，结合格拉思曼颜色混合定律公式及推演式，即可得到相应的 LED 控制信号，进而改变灯组状态；
Step4.6：照度检测子程序：
Step4.6.1：检测到检测照度命令后，首先发送上电命令（0x01）；
Step4.6.2：发送测量命令，测量命令使用的是“连续高分辨率测量（0x10）”；
Step4.6.3：等待测量结束，使用 200ms的延时程序；
Step4.6.4：读取数据，单片机先发送起始信号（ST），接着发送“器件地址+读写位”，然后发送一个应答位，就可以接受一个字节的数据，然后给 BH1750 再发送一个应答信号，继续接受一个字节数据，最后发送结束信号；
Step4.6.5：对结果进行计算， 使用公式把照度检测出来，光照度=(寄存器值[15:0]*分辨率)/1.2（lx）；
Step4.7：模糊控制子程序：开始、模糊化处理、模糊推理、去模糊化、输出控制量、返回。
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