CN213638304U - 一种基于单片机的控制照明灯装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于单片机的控制照明灯装置，包括单片机控制电路、双向无线射频电路、继电器控制电路、信号指示电路和电源电路，双向无线射频电路、继电器控制电路、信号指示电路均与单片机控制电路连接，单片机控制电路、双向无线射频电路和继电器控制电路均与电源电路连接，双向无线射频电路用于与手机无线通信；单片机控制电路采用HT32F52231单片机；双向无线射频电路采用双向无线射频芯片BC3601；本实用新型解决了传统灯具单纯使用物理开关进行开和关的技术问题，实现了用手机控制照明灯灯的开和关；不仅增加了用户使用照明灯具的便捷性，同时减少了装修的布线复杂度以及装修成本。

Description

一种基于单片机的控制照明灯装置

技术领域

本实用新型涉及智能照明领域，特别涉及一种基于单片机的控制照明灯装置。

背景技术

早在1897年，白炽灯的问世，使人类从此步入了一个新的时代，电气照明是历史上十分伟大的发明之一。每一次科技发展有重大的突破，智能照明系统也会由此进步一大步。在 90年代伊始，智能照明第一次传入中国市场，但是当时经济发展刚刚起步，所以采用智能照明的用户不多，也受到消费群体和推广力之间的互相影响，在国内的发展是十分缓慢的。但是随着近年来，我国经济发展水平的逐渐增高，各种建筑也像是雨后春笋一般拔地而起，照明用户群体增多，人们的选择也更加丰富，智能照明的优势也在竞争中逐一显现了出来。智能照明也越来越深受各地人的喜爱。虽然随着科学技术的不断进步与发展，大量的新兴技术应用到我们的生活当中，让我们的生活更加方便，但是传统的照明系统应用十分广泛，现在并不能完全的推行智能照明系统，尤其是居家环境中。

在传统照明中，建筑布线开关手动化，束缚着人们的行动，使用起来不够便利，布线十分繁琐，并且手动开关存在着较大的安全隐患，影响着人们的高质量生活。在一般的家庭装修中，灯具的安装往往有与其时代发展的滞后性，如照明灯具安装在不安全的地方或者不方便随手开关的地方，将给用户带来极大的不方便性。还有就是物理开关在长时间使用开断后，会发生损坏，导致照明灯具无法开关，给用户带来烦恼。

传统照明有其优点，也有其缺点。传统照明一般只能够实现开、关操作，这些都需要人为操作。比如在一些公共场所，如车站、会展中心、酒店等，这些公共场所面积较大、功能区较多，如果没有遥控功能，无法实现全开全关等操作，很不方便。而且安装的灯具越多，墙壁上的开关就越多，影响环境的整体美观。多个功能区电灯同时打开，关闭时需要人为的去将每个功能区的电灯关闭，耗费大量的人力和电子资源，非常的不方便。而如今，照明智能控制大多通过节能模型控制、智能开关、智能调光、红外传感器等模块组合实现“人来灯亮，人走灯灭”或“人来灯亮，人走灯暗”的效果，光敏传感器结合自然光的恒照度照明，各种灯光场景设定，定时、分时与分区照明，抵御电网波动与浪涌等一系列照明控制策略，可实现照明节能与呵护光源。在建筑室内照明智能控制领域，照明节能率可达15％～75％，延长光源寿命2～4倍。在道路照明领域，按目前控制水平，一般节能率约10％～15％，最好的大致也能接近30％左右。

虽然智能照明系统发展的很快，优点众多，但是消费场所及群体有限。因此需要提供一种新型的照明灯控制装置，来解决传统的照明灯具的智能控制问题，使传统的灯具可以通过智能手机控制其开和关，而不是单纯使用物理开关对照明灯进行开和关，用户可以在任何地点任何时间用手机操控自家的照明灯具，更加便捷，同时还可以减少在室内的布线。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足提供一种基于单片机的控制照明灯装置，本于单片机的控制照明灯装置解决了传统灯具单纯使用物理开关进行开和关的技术问题，实现了用手机控制照明灯灯的开和关；不仅增加了用户使用照明灯具的便捷性，同时减少了装修的布线复杂度以及装修成本。

为实现上述技术目的，本实用新型采取的技术方案为：

一种基于单片机的控制照明灯装置，包括单片机控制电路、双向无线射频电路、继电器控制电路、信号指示电路和电源电路，所述双向无线射频电路、继电器控制电路、信号指示电路均与单片机控制电路连接，所述单片机控制电路、双向无线射频电路和继电器控制电路均与电源电路连接，所述双向无线射频电路用于与手机无线通信；

所述电源电路用于将12V电源转换为3.3V电源；

所述单片机控制电路采用HT32F52231单片机，所述HT32F52231单片机的VDD引脚连接3.3电源且该VDD引脚通过电容C1连接地线，所述HT32F52231单片机的VDDA引脚连接3.3电源且该VDDA引脚通过电容C2连接地线，所述HT32F52231单片机的CLDO引脚通过电容C4连接地线，所述HT32F52231单片机的VSS引脚连接地线；所述HT32F52231 单片机的PB2引脚、PB1引脚和PB0引脚均与继电器控制电路连接；所述HT32F52231单片机的PB13引脚和PB14引脚均与信号指示电路连接；

所述双向无线射频电路采用双向无线射频芯片BC3601，所述双向无线射频芯片BC3601 的ANT引脚连接天线，所述双向无线射频芯片BC3601的GND引脚连接地线，所述双向无线射频芯片BC3601的VCC引脚连接3.3V电源，所述双向无线射频芯片BC3601的SO引脚连接HT32F52231单片机的PB7引脚，所述双向无线射频芯片BC3601的SI引脚连接 HT32F52231单片机的PA9引脚，所述双向无线射频芯片BC3601的SCK引脚连接 HT32F52231单片机的PB3引脚，所述双向无线射频芯片BC3601的NSS引脚连接 HT32F52231单片机的PB4引脚，所述双向无线射频芯片BC3601的RESET引脚连接 HT32F52231单片机的PB8引脚，所述双向无线射频芯片BC3601的DIO0引脚连接 HT32F52231单片机的PA1引脚连接。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述继电器控制电路包括电阻R2至电阻R7、三极管Q1至Q3、二极管D1至二极管D3以及继电器K1至继电器K3；所述电阻R2和电阻 R3的一端同时与HT32F52231单片机的PB2引脚连接，电阻R3的另一端连接地线，电阻R2 的另一端与三极管Q1的基极连接，三极管Q1的发射极连接地线，三极管Q1的集电极同时与二极管D1的正极和继电器K1的线圈一端连接，二极管D1的负极和继电器K1的线圈另一端同时与12V电源连接，继电器K1常开的两端连接在照明灯的供电电路上；所述电阻R4 和电阻R5的一端同时与HT32F52231单片机的PB1引脚连接，电阻R5的另一端连接地线，电阻R4的另一端与三极管Q2的基极连接，三极管Q2的发射极连接地线，三极管Q2的集电极同时与二极管D2的正极和继电器K2的线圈一端连接，二极管D2的负极和继电器K2 的线圈另一端同时与12V电源连接，继电器K2常开的两端连接在照明灯的供电电路上；所述电阻R6和电阻R7的一端同时与HT32F52231单片机的PB0引脚连接，电阻R7的另一端连接地线，电阻R6的另一端与三极管Q3的基极连接，三极管Q3的发射极连接地线，三极管Q3的集电极同时与二极管D3的正极和继电器K3的线圈一端连接，二极管D3的负极和继电器K3的线圈另一端同时与12V电源连接，继电器K3常开的两端连接在照明灯的供电电路上。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述继电器K1至继电器K3均采用继电器G5Q-1A4，所述三极管Q1至Q3均采用三极管BC846。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述电源电路采用芯片HT7533，所述芯片 HT7533的Vin引脚连接电源12V且该Vin引脚通过电容C5连接地线，所述芯片HT7533的GND引脚连接地线，所述芯片HT7533的Vout引脚通过电容C6连接地线，且该引脚用于输出3.3V电源。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述信号指示电路包括发光二极管D4、电阻 R8、发光二极管D5和电阻R9，所述发光二极管D4的负极连接地线，正极通过电阻R8与HT32F52231单片机的PB14引脚连接，所述发光二极管D5的负极连接地线，正极通过电阻 R9与HT32F52231单片机的PB13引脚连接。

本实用新型的有益效果为：

1、本实用新型电路简单可靠，由于手机使用非常普遍，因此采用手机控制照明灯灯的开和关，是非常便捷的。本实用新型采用HT32F52231单片机为本装置的控制单元，一方面控制双向无线FSK/GFSK高效能射频芯片BC3601与云端建立连接收发信息，实现手机APP控制照明灯具的开和关；另一方面，在接受到开关信号后，控制相应的继电器吸合释放开关，以实现照明灯具的开和关。

2、本实用新型在传统照明灯具的基础上，在灯具的进线端加一个控制装置，这个智能控制装置可以通过Wifi连接到云端上，用手机来控制灯的开和关。一边可以增加用户使用的便捷性，用户可以在任何地点任何时间用手机操控自家的照明灯具。一边可以在室内装修的提前下在减少布线，提高装修的效率，减少装修的成本。

3、本实用新型成功地将传统灯具改造为智能灯具，实现了用手机控制传统灯具的开和关。不仅增加了用户使用照明灯具的便捷性，同时减少了装修的布线复杂度以及装修成本。

附图说明

图1为本实用新型的结构原理框图。

图2为本实用新型的单片机控制电路原理示意图。

图3为本实用新型的双向无线射频电路原理示意图。

图4为本实用新型的继电器控制电路原理示意图。

图5为本实用新型的电源电路原理示意图。

图6为本实用新型的信号指示电路原理示意图。

具体实施方式

下面根据附图对本实用新型的具体实施方式做出进一步说明：

如图1所示，一种基于单片机的控制照明灯装置，包括单片机控制电路、双向无线射频电路、继电器控制电路、信号指示电路和电源电路，所述双向无线射频电路、继电器控制电路、信号指示电路均与单片机控制电路连接，所述单片机控制电路、双向无线射频电路和继电器控制电路均与电源电路连接，所述双向无线射频电路用于与手机无线通信。

如图2所示，所述单片机控制电路采用HT32F52231单片机(U1)，所述HT32F52231单片机的VDD引脚连接3.3电源且该VDD引脚通过电容C1连接地线，所述HT32F52231单片机的VDDA引脚连接3.3电源且该VDDA引脚通过电容C2连接地线，所述HT32F52231单片机的CLDO引脚通过电容C4连接地线，所述HT32F52231单片机的VSS引脚连接地线；所述HT32F52231单片机的PB2引脚、PB1引脚和PB0引脚均与继电器控制电路连接；所述 HT32F52231单片机的PB13引脚和PB14引脚均与信号指示电路连接。

本实用新型采用HT32F52231单片机为核心控制器，HT32F52231单片机是HoltekHT32F522x1/523x1系列中的一款，它是基于Arm Cortex-M0⁺处理器内核的32-bit高性能低功耗单片机。Cortex-M0⁺是把嵌套向量中断控制器(NVIC)、系统节拍定时器(SysTickTimer)和先进的调试支持紧紧结合在一起的新一代处理器内核。

在单片机控制电路中，首先是电源连接部分，有VDD、VDDA、VSS端口，分别为器件内部的工作电压(VDD)、所有的模拟电路部分供电电压(VDDA)、电路公共接地端电压 (VSS)。与VDD和VDDA相连的0.01μF电容C1、C2，一是为了滤波与稳压，二是为了变相提高电源的瞬间耐冲击的能力。与VSS端口相连的10K电阻R1起保护作用，SWD为烧入程序的接口。HT32F52231的GPIO口都是多功能复用端口，用户可以根据自己不同的需求选择不同端口的功能。PB3、PB4、PB7、PA9构成了BC3601的SPI通信。PB3与其SCK同步时钟端相连，控制其SPI通信。PB4与BC3601的片选端使能相连，单片机通过PB4口向 BC3601发送不同的片选信号，来控制BC3601读写数据，收发信息。PB7与BC3601的SO 端相连，为MISO口，主输入从输出；PA9与其SI端相连，为MOSI口，主输出从输入。PB8 与BC3601的RESET复位端相连，控制其复位置位。PA0至PA4为数字输入输出口。PB0至 PB2与继电器相连，控制继电器的断开吸合来控制照明灯具的开和关。PB13、PB14与两个信号灯相连。

如图3所示，所述双向无线射频电路采用双向无线射频芯片BC3601(U2)，所述双向无线射频芯片BC3601的ANT引脚连接天线，所述双向无线射频芯片BC3601的GND引脚连接地线，所述双向无线射频芯片BC3601的VCC引脚连接3.3V电源，所述双向无线射频芯片BC3601的SO引脚连接HT32F52231单片机的PB7引脚，所述双向无线射频芯片BC3601 的SI引脚连接HT32F52231单片机的PA9引脚，所述双向无线射频芯片BC3601的SCK引脚连接HT32F52231单片机的PB3引脚，所述双向无线射频芯片BC3601的NSS引脚连接 HT32F52231单片机的PB4引脚，所述双向无线射频芯片BC3601的RESET引脚连接 HT32F52231单片机的PB8引脚，所述双向无线射频芯片BC3601的DIO0引脚连接 HT32F52231单片机的PA1引脚连接。

本实施例利用双向无线FSK/GFSK高效能射频芯片BC3601作为与云端连接的中间环节。在双向无线射频电路中，该电路主要与单片机相连，BC3601中会有两种主要的无线传输模式：一是直接数据模式(Direct Mode)，要传送/接收的数据，可直接由BC3601的GIO1/GIO2来做数据的设置；另一是先进先出模式(FIFO Mode)，在这模式下数据的存取需通过内部的FIFO 内存来操作。BC3601的各个引脚具有不同的功能，其中RESET连接到单片机PB8口由单片机给出信号控制芯片复位与否，NSS连接到单片机PB4口由单片机给出信号控制芯片读或写信号，SCK为时钟信号连接到单片机PB3口，SI与SO是模块的输入输出引脚分别连接到PA9 口和PB7口，是单片机与BC3601发送、接收数据的接口。ANT是天线连接口。

如图4所示，所述继电器控制电路包括电阻R2至电阻R7、三极管Q1至Q3、二极管 D1至二极管D3以及继电器K1至继电器K3；所述电阻R2和电阻R3的一端同时与 HT32F52231单片机的PB2引脚连接，电阻R3的另一端连接地线，电阻R2的另一端与三极管Q1的基极连接，三极管Q1的发射极连接地线，三极管Q1的集电极同时与二极管D1的正极和继电器K1的线圈一端连接，二极管D1的负极和继电器K1的线圈另一端同时与12V 电源连接，继电器K1常开的两端连接在照明灯的供电电路上；所述电阻R4和电阻R5的一端同时与HT32F52231单片机的PB1引脚连接，电阻R5的另一端连接地线，电阻R4的另一端与三极管Q2的基极连接，三极管Q2的发射极连接地线，三极管Q2的集电极同时与二极管D2的正极和继电器K2的线圈一端连接，二极管D2的负极和继电器K2的线圈另一端同时与12V电源连接，继电器K2常开的两端连接在照明灯的供电电路上；所述电阻R6和电阻R7的一端同时与HT32F52231单片机的PB0引脚连接，电阻R7的另一端连接地线，电阻R6 的另一端与三极管Q3的基极连接，三极管Q3的发射极连接地线，三极管Q3的集电极同时与二极管D3的正极和继电器K3的线圈一端连接，二极管D3的负极和继电器K3的线圈另一端同时与12V电源连接，继电器K3常开的两端连接在照明灯的供电电路上。所述继电器 K1至继电器K3均采用欧姆龙的紧凑型、高隔离继电器G5Q-1A4，所述三极管Q1至Q3均采用三极管BC846。

以其中一个继电器电路为例，Relay1En端接到单片机的PB2端，接受单片机控制继电器的信号。电阻R3为接地电阻，R3的作用是防止电力或电子等设备遭雷击而采取的保护性措施。工作原理是电流由接地装置流入大地再经大地流向另一接地体或向远处扩散所遇到的电阻，把雷电产生的雷击电流通过避雷针引入到大地。保护设备及人身安全。

继电器电路采用NPN型BC846三极管驱动继电器，因为继电器线圈需要流过较大的电流 (约50mA)才能使继电器吸合，一般的集成电路不能提供这样大的电流，所以必须进行扩流，即驱动。继电器线圈作为集电极负载而接到集电极和正电源之间。当输入为0V时，三极管截止，继电器线圈无电流流过，则继电器释放，照明灯灭；相反，当输入为+12V时，三极管饱和，继电器线圈有相当的电流流过，则继电器吸合，照明灯亮。续流二极管1N5819的作用是将反向电动势放电，使三极管集电极对地的电压最高不超过+12V，以此来保护三极管。当输入电压由+12V变为0V时，三极管由饱和变为截止，这样继电器电感线圈中的电流突然失去了流通通路，若无续流二极管将在线圈两端产生较大的反向电动势，极性为下正上负，电压值可达一百多伏，这个电压加上电源电压作用在三极管的集电极上足以损坏三极管。R2 为1K阻值的基极偏置电阻，它的作用就是让三极管进入放大区域，因为三极管进入正常放大工作是需提高门电压，提高至在0.6伏左右。

继电器控制电路中剩下两个继电器电路的原理同理上述继电器电路。

如图5所示，所述电源电路用于将12V电源转换为3.3V电源。所述电源电路采用芯片 HT7533，所述芯片HT7533的Vin引脚连接电源12V且该Vin引脚通过电容C5连接地线，所述芯片HT7533的GND引脚连接地线，所述芯片HT7533的Vout引脚通过电容C6连接地线，且该引脚用于输出3.3V电源。

本实施例的电源电路为12V降压至3.3V的降压电路，因为单片机的工作电压就是3.3V。同样3.3V也可以给BC3601供电。C5、C6为10μF的滤波电容，在电源和地之间，是为了起到储能和滤波的作用。

如图6所示，所述信号指示电路包括发光二极管D4、电阻R8、发光二极管D5和电阻R9，所述发光二极管D4的负极连接地线，正极通过电阻R8与HT32F52231单片机的PB14 引脚连接，所述发光二极管D5的负极连接地线，正极通过电阻R9与HT32F52231单片机的 PB13引脚连接。

在信号指示电路中，LED灯D4、D5分别串联10K电阻R8和R9，与单片机的PB13与PB14相连。R8与R9为发光二极管D4、D5的限流电阻，与发光二极管串联分压，防止发光二极管热损坏或被电压击穿。信号指示电路由HT32F52231单片机通过实际情况控制LED灯 D4、D5的亮和灭。

HT32F52231单片机为本装置的控制单元，一方面控制双向无线FSK/GFSK高效能射频芯片BC3601与云端建立连接收发信息，实现手机APP控制照明灯具的开和关；另一方面，在接受到开关信号后，控制相应的继电器吸合释放开关，以实现照明灯具的开和关。

本实用新型所述的一种基于单片机的控制照明灯的装置，成功地将传统灯具改造为智能灯具，实现了用手机控制传统灯具的开和关。不仅增加了用户使用照明灯具的便捷性，同时减少了装修的布线复杂度以及装修成本。

本实用新型的保护范围包括但不限于以上实施方式，本实用新型的保护范围以权利要求书为准，任何对本技术做出的本领域的技术人员容易想到的替换、变形、改进均落入本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于单片机的控制照明灯装置，其特征在于：包括单片机控制电路、双向无线射频电路、继电器控制电路、信号指示电路和电源电路，所述双向无线射频电路、继电器控制电路、信号指示电路均与单片机控制电路连接，所述单片机控制电路、双向无线射频电路和继电器控制电路均与电源电路连接，所述双向无线射频电路用于与手机无线通信；

所述电源电路用于将12V电源转换为3.3V电源；

所述单片机控制电路采用HT32F52231单片机，所述HT32F52231单片机的VDD引脚连接3.3电源且该VDD引脚通过电容C1连接地线，所述HT32F52231单片机的VDDA引脚连接3.3电源且该VDDA引脚通过电容C2连接地线，所述HT32F52231单片机的CLDO引脚通过电容C4连接地线，所述HT32F52231单片机的VSS引脚连接地线；所述HT32F52231单片机的PB2引脚、PB1引脚和PB0引脚均与继电器控制电路连接；所述HT32F52231单片机的PB13引脚和PB14引脚均与信号指示电路连接；

所述双向无线射频电路采用双向无线射频芯片BC3601，所述双向无线射频芯片BC3601的ANT引脚连接天线，所述双向无线射频芯片BC3601的GND引脚连接地线，所述双向无线射频芯片BC3601的VCC引脚连接3.3V电源，所述双向无线射频芯片BC3601的SO引脚连接HT32F52231单片机的PB7引脚，所述双向无线射频芯片BC3601的SI引脚连接HT32F52231单片机的PA9引脚，所述双向无线射频芯片BC3601的SCK引脚连接HT32F52231单片机的PB3引脚，所述双向无线射频芯片BC3601的NSS引脚连接HT32F52231单片机的PB4引脚，所述双向无线射频芯片BC3601的RESET引脚连接HT32F52231单片机的PB8引脚，所述双向无线射频芯片BC3601的DIO0引脚连接HT32F52231单片机的PA1引脚连接。

2.根据权利要求1所述的基于单片机的控制照明灯装置，其特征在于：所述继电器控制电路包括电阻R2至电阻R7、三极管Q1至Q3、二极管D1至二极管D3以及继电器K1至继电器K3；所述电阻R2和电阻R3的一端同时与HT32F52231单片机的PB2引脚连接，电阻R3的另一端连接地线，电阻R2的另一端与三极管Q1的基极连接，三极管Q1的发射极连接地线，三极管Q1的集电极同时与二极管D1的正极和继电器K1的线圈一端连接，二极管D1的负极和继电器K1的线圈另一端同时与12V电源连接，继电器K1常开的两端连接在照明灯的供电电路上；所述电阻R4和电阻R5的一端同时与HT32F52231单片机的PB1引脚连接，电阻R5的另一端连接地线，电阻R4的另一端与三极管Q2的基极连接，三极管Q2的发射极连接地线，三极管Q2的集电极同时与二极管D2的正极和继电器K2的线圈一端连接，二极管D2的负极和继电器K2的线圈另一端同时与12V电源连接，继电器K2常开的两端连接在照明灯的供电电路上；所述电阻R6和电阻R7的一端同时与HT32F52231单片机的PB0引脚连接，电阻R7的另一端连接地线，电阻R6的另一端与三极管Q3的基极连接，三极管Q3的发射极连接地线，三极管Q3的集电极同时与二极管D3的正极和继电器K3的线圈一端连接，二极管D3的负极和继电器K3的线圈另一端同时与12V电源连接，继电器K3常开的两端连接在照明灯的供电电路上。

3.根据权利要求2所述的基于单片机的控制照明灯装置，其特征在于：所述继电器K1至继电器K3均采用继电器G5Q-1A4，所述三极管Q1至Q3均采用三极管BC846。

4.根据权利要求1所述的基于单片机的控制照明灯装置，其特征在于：所述电源电路采用芯片HT7533，所述芯片HT7533的Vin引脚连接电源12V且该Vin引脚通过电容C5连接地线，所述芯片HT7533的GND引脚连接地线，所述芯片HT7533的Vout引脚通过电容C6连接地线，且该引脚用于输出3.3V电源。

5.根据权利要求1所述的基于单片机的控制照明灯装置，其特征在于：所述信号指示电路包括发光二极管D4、电阻R8、发光二极管D5和电阻R9，所述发光二极管D4的负极连接地线，正极通过电阻R8与HT32F52231单片机的PB14引脚连接，所述发光二极管D5的负极连接地线，正极通过电阻R9与HT32F52231单片机的PB13引脚连接。

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