能讓家更智能的嵌入式Linux照明節(jié)能系統(tǒng)方案

嵌入式linux是將日益流行的Linux操作系統(tǒng)進(jìn)行裁剪修改，使之能在嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上運(yùn)行的一種操作系統(tǒng)。嵌入式Linux既繼承了Internet上無限的開放源代碼資源，又具有嵌入式操作系統(tǒng)的特性，如今已被廣泛的應(yīng)用于工業(yè)制造、過程控制、通訊等眾多領(lǐng)域。

本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種基于嵌入式Linux的智能家居照明節(jié)能控制系統(tǒng)，節(jié)能效果佳，而且性能優(yōu)異。

1、智能家居照明節(jié)能控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1.1硬件總體設(shè)計(jì)

依據(jù)智能家居照明節(jié)能控制系統(tǒng)的功能需求，綜合分析整個(gè)系統(tǒng)的成本和開發(fā)進(jìn)度控制需求，設(shè)計(jì)的基于Linux的智能家居照明節(jié)能控制系統(tǒng)的硬件總體結(jié)構(gòu)用圖1進(jìn)行描述。

1.2 ZigBee接口電路設(shè)計(jì)

利用跳線設(shè)置獲取通信節(jié)點(diǎn)的類型、TTL電平收發(fā)、串口通信等實(shí)現(xiàn)和控制器之間的通信，能夠大大節(jié)省嵌入開發(fā)時(shí)間。設(shè)計(jì)的ZigBee接口的輸入電壓是5V，最大發(fā)射電流是80mA，最大接收電流是60mA，在睡眠模式下的功耗只有25μA/h。ZigBee接口和處理器的電路連接用圖2進(jìn)行描述。

圖2中，其中引腳5和主板電源連接，引腳6接地，引腳7和主板RX1相 連，引腳8和主板SYS相連。

1.3 WI-FI接口電路設(shè)計(jì)

WI-FI模塊選用海華公司AW-GH321為主芯片，該芯片將Marvell公司生產(chǎn)的88W8686作為內(nèi)核，支 持IEEE802。11b/gWLAN協(xié)議，有SDIO/G和SpI兩種接口方式，能夠有效節(jié)約電資源，具有功耗低的特點(diǎn)。WI-FI接口電路用圖3進(jìn)行描述。

1.4 照明節(jié)能控制電路

照明節(jié)能控制電路主要由ZigBee接口電路、交流電過零采集電路和白熾燈驅(qū)動(dòng)電路組成，框圖如圖4所示。

智能家居照明節(jié)能的基本原理為控制流過白熾燈電流的大小，也可將其轉(zhuǎn)換成通電時(shí)間的長(zhǎng)短，因此需確定交流電過零點(diǎn)。

本節(jié)通過交流電過零采集電路確定交流電過零點(diǎn)，從而準(zhǔn)確調(diào)控雙向可控硅的導(dǎo)通角，以實(shí)現(xiàn)對(duì)白熾燈通電時(shí)間的控制。交流電過零采集電路用圖5進(jìn)行描述。

圖5中，通過變壓器將220V的交流電轉(zhuǎn)換成低壓交流電，低壓交流電的電壓是16V，Dl代表全波整流橋，主要負(fù)責(zé)將低壓交流電整流成100Hz的脈動(dòng)直流電。R1和R2為限流電阻，避免因電流過大導(dǎo)致與其相連的Ul光耦發(fā)光管被燒毀。在電壓高于發(fā)光管導(dǎo)通電壓的情況下，光耦中的光敏三極管將輸出低電平，反之將輸出高電平，即為中斷信號(hào)。

白熾燈驅(qū)動(dòng)電路可通過繼電器或可控硅進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。繼電器驅(qū)動(dòng)電路屬于機(jī)械動(dòng)作，效率較低，無法滿足系統(tǒng)功能需求?？煽毓枋且环N關(guān)鍵的半導(dǎo)體器件功率器件，能夠有效用于高電壓和高電流的控制。本節(jié)將可控硅作為功率控制器件，白熾燈驅(qū)動(dòng)電路用圖6進(jìn)行描述。

圖6中，MOC3022為光控可控硅，其不僅能夠起到隔離的作用，防止控制器被外部高壓信號(hào)損毀，而且可用于觸發(fā)Q1BAT06導(dǎo)通?？刂破鱅O端口和MOC3022發(fā)光管的負(fù)極相連，在IO口輸出低電平的情況下，發(fā)光管被點(diǎn)亮，光控可控硅處于導(dǎo)通狀態(tài)。Q1BAT06是雙向可控硅，可流過交流電，且導(dǎo)通后即使觸發(fā)信號(hào)消失，其仍可保持導(dǎo)通狀態(tài)，直至無負(fù)載電流流過。

交流電的各半波階段均需輸出觸發(fā)信號(hào)，觸發(fā)信號(hào)的輸出時(shí)間直接影響燈泡亮度，隨著可控硅導(dǎo)通時(shí)間的減少，白熾燈亮度逐漸降低，通過控制白熾燈亮度實(shí)現(xiàn)智能家居照明節(jié)能控制。

2、智能家居照明節(jié)能控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

在對(duì)智能家居照明節(jié)能控制系統(tǒng)進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)時(shí)，系統(tǒng)選用嵌入式Linux操作系統(tǒng)，因?yàn)長(zhǎng)inux操作系統(tǒng)具有豐富、內(nèi)核穩(wěn)定和網(wǎng)絡(luò)功能豐富等特點(diǎn)。在本系統(tǒng)中，嵌入式圖形界面 GUI選擇QT/Embe-ded，引導(dǎo)程序選擇U-Boot，根文件系統(tǒng)選擇Yaffs，Linux內(nèi)核選用Linux2.6版本?；谏鲜龇治?，基于嵌入式Linux的智能家居照明節(jié)能控制系統(tǒng)的軟件架構(gòu)如圖7所示。

3、照明節(jié)能控制引導(dǎo)程序設(shè)計(jì)

照明節(jié)能控制引導(dǎo)程序主要用于對(duì)整個(gè)系統(tǒng)中的全部燈具進(jìn)行節(jié)能控制，當(dāng)上位機(jī)發(fā)出控制指令時(shí)，利用S3C2410A處理器進(jìn)行處理，寫入多路開關(guān)控制數(shù)據(jù)，通過照明節(jié)能控制電路實(shí)現(xiàn)智能家居照明節(jié)能控制。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析為驗(yàn)證本文設(shè)計(jì)的基于嵌入式Linux的智能家居照明節(jié)能控制系統(tǒng)的有效性，進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)分析。

圖8描述的是智能家居照明節(jié)能控制系統(tǒng)控制終端，在控制終端即可對(duì)燈開關(guān)和亮度進(jìn)行調(diào)控。為了驗(yàn)證本文系統(tǒng)的有效性，將KNX總線系統(tǒng)和WSN系統(tǒng)作為對(duì)比，對(duì)某智能家居進(jìn)行照明節(jié)能控制，得到的節(jié)能結(jié)果如表1～3所示。