客厅智能照明系统硬件 设计与实现

谭寅

江苏省广电有线信息网络股份有限公司宿迁分公司     江苏省宿迁市     223800

摘要

传统照明系统的一开一关控制方法限制了当代人的快节奏生活方式，同时也限制了其在现代家庭中的功能性应用。人们对照明的需求从最初的提供亮度的基本功能到现在产生了多方面的需求。相比传统的照明系统，客厅智能照明系统不仅能控制照明光源的开关与亮度，而且有着管理智能化和操作简单化的特性。本文主要对客厅智能照明系统进行探究，本系统的硬件电路简单，子程序通用，达到功能设计要求。

关键词：弱电；智能照明系统；设计

随着社会的进步，智能照明目前已经有很大发展，很多产品已推向市场，为人们的工作和生活提供了便利。智能照明系统作为一项综合技术，其结合了计算机网络技术、无线通信技术、自动控制技术和传感器技术，并且以飞快的速度渗透到各个专业领域。此次所设计系统中的智能LED灯通过定期采集室内光线强度以及人员出入等信息，可实现灯光亮度根据室内光线强度自适应地调节以及灯光自动开启或关闭的智能控制等功能。其具有智能化控制、节能、安全高效、改善环境等优点。

一、处理器模块

Arduino通常用于开发一些各类设备的开发板，由于其是一款开源型电子开发平台，所以十分方便、灵活且易于使用。Arduino开发板的型号有很多，根据本系统的研究背景及其初步设计，选用Arduino Mega 2560开发板。Arduino Mega 2560开发板相较于其他型号的开发板，其内存更大，外围设备更多，所以适合本次的客厅智能照明系统。

Arduino Mega 2560开发板是基于ATmega2560的微控制板，它的特点是具有多达54路数字输入/输出端口（其中15个可以作为PWM输出），特别适合需要大量IO接口的设计。处理器核心具有4路UART串行端口，16路模拟输入端口，16MHz的晶振，一个USB连接口，一个电源接口，一个ICSP/ISP接口和一个复位按钮。其电路板实物图如图1-1所示。

图1-1 电路板实物图

图中所标接口和器件分别为：

①复位按键； ②USB接口； ③ATmega 16U2芯片； ④自复位保险丝； ⑤DC2.1电源接口； ⑥电源接口；

⑦模拟输入接口（0-16）； ⑧ATmega 2560芯片； ⑨ICSP/ISP接口；

⑩I² C接口； ⑪54个输入输出（15个PW输出）。

二、传感器模块

（一）光敏电阻传感器

在本设计中，采用4线制的光敏电阻传感器。光敏电阻传感器的实物图如图1-2所示。光敏电阻模块对环境光线非常敏感，由于它可以把周围光线的强弱转化成电阻值的大小的特性，所以本设计可以根据其特性来判断周围环境光线的强弱。

图1-2 光敏电阻传感器实物图

（二）红外传感器

在本设计检测人员出入状态，采用的是红外线传感器。通过红外线传感器检测一定范围内是否有人活动。当有人进入其感应范围，输入高电平，人离开感应范围则自动延时关闭高电平，输出低电平。

日常生活中最常见的人体红外检测的装置有很多，本设计中，采用的是HC-SR505小型人体红外传感器。HC-SR505是基于红外技术的自动控制产品，具有高度的灵敏性和可靠性，通常用于智能设备中。HC-SR505人体红外传感器实物图如图1-3所示。

图1-3 红外传感器实物

三、LED模块

本客厅智能照明系统使用发光二极管作为照明设备，其实物图如图1-6所示。发光二极管是一种可以直接把电转化为光的半导体器件，它的核心部分是一个半导体晶片。半导体晶片由两部分组成，一部分是P型半导体，另一部分是N型半导体，它们之间就形成一个PN结。其原理图如图1-4所示。

图1-4 发光二极管实物图

四、无线通信模块

本设计采用的WiFi模块是ESP8266无线通信模块，其实物图如图1-5所示。属于网络层以上的设备，拥有MAC地址和IP地址，支持UDP和TCP。

图1-5 ESP8266实物图

该模块有三种工作模式，可根据使用情况来选择：

其一，STA 模式：ESP8266 模块通过路由器连接到互联网，将ESP8266 模块当做一个客户端来使用。其二，AP 模式：将ESP8266模块当做网络接入点，创建一个网络，使周围的PC机或者手机可以接入到网络里，实现相互通信。在ESP8266模块中也可以建立一个服务器，那么PC机的客户端就可以与服务器端收发数据。如果在服务器端连接一个单片机，PC机就可以直接控制单片机。其三，STA+AP 模式：STA模式和AP模式的共存模式，能通过互联网进行控制来实现互相切换的便捷操作。

本设计使用的是STA模式，ESP8266基本用法是AT指令，AT指令是一种不需要具体编程的开发方式，直接使用电脑给模块发送相应的指令就可以实现对它的控制。

总结

本章进行了客厅智能照明系统的硬件设计，其中介绍了系统中使用的硬件模块。主要介绍了由光敏电阻传感器和红外传感器作为传感器模块，Arduino处理器作为处理器模块，LED模块以及ESP8266作为无线通信模块的各模块的功能及特点。以期为相关人员提供一定的参考。

参考文献

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