基于室內(nèi)照明無(wú)線(xiàn)控制系統(tǒng)

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)與自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，照明控制技術(shù)有了很大的進(jìn)步，逐步進(jìn)入了智能控制時(shí)代。智能照明控制技術(shù)是隨著建筑和照明技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展的，在實(shí)施綠色照明工程的過(guò)程中，照明控制是一項(xiàng)很重要的內(nèi)容，特別是大型建筑不斷涌現(xiàn)，照明節(jié)能、照明控制顯得越來(lái)越重要。而照明也不僅僅是滿(mǎn)足人們視覺(jué)上明亮的要求，還要滿(mǎn)足藝術(shù)性要求，要?jiǎng)?chuàng)造出豐富多彩的意境，給人們以視覺(jué)享受，這也要求在照明控制上做到安全、靈活、經(jīng)濟(jì)。本文總結(jié)了照明控制的發(fā)展過(guò)程，提出對(duì)不同建筑、不同地點(diǎn)所適用的控制方式，與各位同仁探討，希望能起到拋磚引玉的作用。 文獻(xiàn)報(bào)道了在ZigBee傳感網(wǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)上提出了一種新型的室內(nèi)智能照明控制系統(tǒng)，但實(shí)用的室內(nèi)照明控制器必須是低價(jià)位的，目前基于ZigBee協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線(xiàn)收發(fā)芯片的價(jià)格，便宜的也在十幾元，這就使得開(kāi)關(guān)結(jié)點(diǎn)的價(jià)格過(guò)高。

AMICCOM（笙科）公司于2008年推出的一款2.4 GHz無(wú)線(xiàn)收發(fā)芯片A7105，該芯片低價(jià)位的突出特點(diǎn)為其在無(wú)線(xiàn)短距離消費(fèi)市場(chǎng)贏得了巨大的優(yōu)勢(shì)。但與ZigBee系列的標(biāo)準(zhǔn)芯片相比，A7105的開(kāi)發(fā)不具備標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，這使得其開(kāi)發(fā)難度大大增加，這也是該芯片遲遲未能得到廣泛應(yīng)用的主要原因。本文采用經(jīng)過(guò)二次開(kāi)發(fā)后的A7105無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊，設(shè)計(jì)了發(fā)送與接收端的軟硬件電路。發(fā)送端通過(guò)按鍵控制來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送，接收端接收到信號(hào)后，控制LED的亮滅，實(shí)現(xiàn)了無(wú)線(xiàn)控制功能，為進(jìn)一步研究實(shí)用的室內(nèi)照明無(wú)線(xiàn)遙控系統(tǒng)奠定了良好基礎(chǔ)。

1、 A7105及無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊

A7105內(nèi)含高靈敏度的接收器（1 Mbps@-93 dBm），在10 m以?xún)?nèi)的產(chǎn)品應(yīng)用中可大幅度減低RF的輸出功率（0~10 dBm），同時(shí)又能適應(yīng)50 m一般環(huán)境的應(yīng)用。A7105的所有參數(shù)可以通過(guò)SPI口配置內(nèi)部寄存器來(lái)進(jìn)行設(shè)置，最高的速率可達(dá)500 kb/s，適應(yīng)4線(xiàn)或3線(xiàn)的SPI控制。A7105內(nèi)建RSSI，溫度傳感器，可以用來(lái)偵測(cè)環(huán)境對(duì)RF IC的影響，而且也內(nèi)建1路ADC，作為偵測(cè)電壓使用。

A7105芯片的具體特點(diǎn)如下：1）頻帶為2 400~2 483MHz（ISM頻帶）；2）FSK/GFSK調(diào)制；3）發(fā)射電流為19 mA（輸出0 dBm）；4）接收電流為16 mA;5）休眠電流《1 μA;6）內(nèi)置RA振蕩器；7）高靈敏度：-99 dBm@250 kb/s，-96 dBm@500kb/s;8）收發(fā)獨(dú)立的64字節(jié)FIFO.

本文使用的是經(jīng)過(guò)二次開(kāi)發(fā)的以A7105為核心的無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊。該模塊集成了無(wú)線(xiàn)收發(fā)的基本元器件，A7105的SCS、SCK、SDI0、GPIO1、GPI02等管腳已預(yù)留接口，便于和微處理器相連。為防止靜電或強(qiáng)電擊穿，在系統(tǒng)設(shè)備中使用時(shí)，需要可靠的接地，接地的同時(shí)需與市電完全隔離。

2、 室內(nèi)照明無(wú)線(xiàn)控制系統(tǒng)

為實(shí)施照明節(jié)能，室內(nèi)照明方式分為一般照明、分區(qū)一般照明、局部照明、混合照明。建筑物內(nèi)應(yīng)設(shè)一般照明，按需要可設(shè)分區(qū)一般照明、局部照明、混合照明。單獨(dú)使用一般照明方式時(shí)，照度不宜超過(guò)500lx.部分要求高照度的場(chǎng)所，宜設(shè)置分區(qū)一般照明。對(duì)于照度要求較高、工作位置密度不大，一般照明或分區(qū)一般照明不能滿(mǎn)足要求的場(chǎng)所，宜采用混合照明，即應(yīng)增設(shè)局部照明。

室內(nèi)照明無(wú)線(xiàn)控制系統(tǒng)由1個(gè)主遙控器和多個(gè)無(wú)線(xiàn)遙控終端（無(wú)線(xiàn)開(kāi)關(guān)）組成。由于室內(nèi)距離較短，故系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用星型結(jié)構(gòu)，各個(gè)無(wú)線(xiàn)開(kāi)關(guān)用于控制室內(nèi)各個(gè)照明燈具，在遙控器上有多個(gè)按鍵，用于控制室內(nèi)的無(wú)線(xiàn)開(kāi)關(guān)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)照明燈具的無(wú)線(xiàn)控制。

在主遙控器和各個(gè)無(wú)線(xiàn)開(kāi)關(guān)終端中，核心元件均為A7105模塊和AT89C2051單片機(jī)。在A7105模塊中，已將A7105芯片及其正常工作所需的基本硬件電路制作完好，并留出了與微處理器相連的接口，因此A7105模塊的推出為該芯片的應(yīng)用提供了很大的方便。

這為無(wú)線(xiàn)開(kāi)關(guān)終端始終保存自身的地址信息提供了便利，不需額外增加硬件地址電路，從而降低了系統(tǒng)的成本。

在遙控器上有多個(gè)按鍵，當(dāng)某個(gè)按鍵按下時(shí)，遙控器發(fā)送1個(gè)64位的地址信息。各個(gè)無(wú)線(xiàn)接收終端接收到該信息后，喚醒微處理器將接收到的地址信息與自身的地址進(jìn)行對(duì)比，若相同，則啟動(dòng)繼電器控制開(kāi)關(guān)進(jìn)行動(dòng)作，同時(shí)將信息回饋給主控制器，以示接收成功；若不相同，節(jié)點(diǎn)則繼續(xù)進(jìn)入睡眠模式，等待下一次喚醒。

3、 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

在本系統(tǒng)中，采用AT89C2051的P1口管腳與A7105無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞。對(duì)于A7105無(wú)線(xiàn)收發(fā)芯片，遙控器的電路如圖2所示，接收電路如圖3所示。在接收電路中，當(dāng)接收到數(shù)據(jù)之后，通過(guò)P3.7的循環(huán)取反，實(shí)現(xiàn)對(duì)LED燈的亮滅控制。

由89C2051單片機(jī)的p1.0作為A7105模塊的片選信號(hào)，P1.1為模塊提供串行時(shí)鐘信號(hào)。P1.2與模塊的SDI引腳相連，負(fù)責(zé)地址信息由單片機(jī)輸出和進(jìn)行數(shù)據(jù)寫(xiě)操作時(shí)的數(shù)據(jù)寫(xiě)入A7105.P1.3管腳與模塊的GI01相連，當(dāng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀操作時(shí)，由P1.2送出8位地址信息，數(shù)據(jù)則通過(guò)GI01管腳被讀入單片機(jī)內(nèi)部。四線(xiàn)制的SPI讀寫(xiě)時(shí)序分別如圖4和圖5所示。

由于A7105的工作電壓范圍為1.9~3.6 V，AT89C2051的工作電壓范圍為2.7~6 V，所以在本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，將其電壓統(tǒng)一為3 V，采用兩節(jié)5號(hào)電池供電。在以后的實(shí)驗(yàn)中，可考慮采用低壓差電壓調(diào)節(jié)器LM1117.

4、 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

A7105無(wú)線(xiàn)收發(fā)芯片有兩種工作模式：FIFO和Direct（直接發(fā)射/接收）模式。不同的工作模式可以由初始化相應(yīng)的寄存器來(lái)設(shè)定。在本系統(tǒng)中，設(shè)置A7105工作在FIFO模式下，此時(shí)最大可以寫(xiě)入64個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，這里設(shè)置8個(gè)字節(jié)（64 bit）的數(shù)據(jù)作為接收模塊的地址信息。

4.1 A7105的初始化

A7105芯片在上電之后，首先進(jìn)行的就是初始化，下面結(jié)合初始化程序進(jìn)行說(shuō)明。

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4.2 發(fā)射電路程序設(shè)計(jì)

發(fā)射電路在上電之后，首先對(duì)A7105無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊進(jìn)行初始化，之后進(jìn)入按鍵檢測(cè)狀態(tài)。若有按鍵按下，則進(jìn)行發(fā)送數(shù)據(jù)，之后進(jìn)入等待接收來(lái)自接收電路的反饋信號(hào)。當(dāng)數(shù)據(jù)到來(lái)時(shí)，將GPI01 Pin Control Register（地址位OBh）中的GI01I設(shè)置為1，可以讓GI01管腳輸出反向。發(fā)射電路的系統(tǒng)程序流程如圖6所示。

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4.3 接收電路程序設(shè)計(jì)

在接收電路中，MCU首先初始化A7105模塊，和存儲(chǔ)64位的地址信息，然后進(jìn)入等待接收狀態(tài)。當(dāng)接收模塊接收到發(fā)送電路發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)后，與自己內(nèi)部?jī)?chǔ)存的64位的地址信息進(jìn)行對(duì)比，若相同，則發(fā)送確認(rèn)信息，并控制P3.7管腳輸出低電平，點(diǎn)亮LED，其主程序流程如圖7所示。

5 、結(jié)論

該系統(tǒng)采用89C2051和A7105無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊，實(shí)現(xiàn)了LED的無(wú)線(xiàn)遙控，主要表現(xiàn)在以下三點(diǎn)：1）實(shí)用的室內(nèi)無(wú)線(xiàn)照明系統(tǒng)的接收模塊是通過(guò)繼電器去控制220 V的交流電，本系統(tǒng)中僅以一個(gè)LED來(lái)模擬；2）實(shí)際中有多個(gè)無(wú)線(xiàn)接收模塊，因此在主控制器中也應(yīng)該有多個(gè)按鍵；3）本系統(tǒng)尚未考慮節(jié)能的問(wèn)題。如果采用電池供電，必須考慮節(jié)能的問(wèn)題，在沒(méi)有數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，均應(yīng)考慮讓單片機(jī)和無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊進(jìn)入體眠模式。如果能從220 V交流電中獲取能量，則可以不考慮能量的問(wèn)題，但會(huì)使得設(shè)計(jì)成本增加。

本系統(tǒng)的突出優(yōu)點(diǎn)在于價(jià)格低，A7105無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊批量購(gòu)買(mǎi)，每片不足5元，AT89C2051單片機(jī)1元左右。若設(shè)計(jì)成實(shí)用的產(chǎn)品，則需增加繼電器，目前普通繼電器例如MK2P（JTX-2C）在5元左右，若批量購(gòu)買(mǎi)，價(jià)格會(huì)更低。另需按鍵和外殼等，最終成本可以控制在15元以?xún)?nèi)。因此，若本系統(tǒng)能夠成功應(yīng)用于室內(nèi)照明無(wú)線(xiàn)遙控，則出售價(jià)格會(huì)非常低，普通百姓能夠承擔(dān)得起，在國(guó)內(nèi)將會(huì)擁有廣闊的市場(chǎng)。
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