智能家居系統中智能化燈光控制的設計實現

1. 概述

智能家居以家為平臺，利用計算機技術、數字技術、網絡通信技術和綜合布線技術，將與家庭生活密切相關的防盜報警系統、家電控制系統、網絡信息服務系統等各子系統有機的結合在一起。

通過中央管理平臺，讓家居生活舒適、安全、便利、節(jié)能、健康、環(huán)保。類似名稱的還有數碼家居、數字字園、網絡家庭、家庭自動化、E-HOME等等。目前，智能家居可為用戶提供家居安全報警、可視對講、家電、照明調光、設備的室內外遙控、電話遠程控制、INTERNET遠程控制等多種功能。產品類型包括有線、無線或者有線和無線結合，無線方式具有無布線，移動，安裝方便、應用場合廣等優(yōu)點逐漸成為應用主流。

2. 方案設計

貝能科技采用IAI公司的無線系列芯片結合MICROCHIP的PIC系列單片機已開發(fā)出一系列的智能家居方案，如小區(qū)的水氣無線抄表方案、家居終端無線開關方案、無線燈光控制方案、終端控制器大屏幕界面QVGA方案、終端INTERNET接入方案等等。IAI公司的無線芯片系列具有集成度高、外圍元件少、功耗低、性能穩(wěn)定可靠等特點，芯片內部集成了FSK無線收發(fā)必需的全部功能模塊，包括多邊帶PLL合成器、PA、LNA、混頻器、基帶濾波器、中頻放大器、信號強度指示RSSI、數據質量偵測DQD、電池電壓偵測、AFC和微控制器等，同時MICROCHIP的PIC系列芯片單片機具有低功耗、高穩(wěn)定性、抗干擾性好等特點。為此我司采用IA4421芯片已開發(fā)了兩種小通訊模塊PHY和EV-IA4421-433M-3，可以為用戶提供串口或者SPI接口,方便用戶使用和開發(fā)。

本文從軟、硬件兩方面介紹一款智能燈光控制方案，該方案分為手持RF遙控和燈光控制兩部分，可以通過手持設備實現家居燈光明暗的調節(jié)、全開全關、定時控制和軟啟功能。

2.1 燈光控制部分硬件組成框架

燈光控制部分硬件組成框圖如圖1所示，其中各部分接口電路如下：

圖1 無線燈光控制電路

圖2 非隔離電源電路圖

①非隔離電源電路為MCU和無線模塊提供工作電壓，如圖2所示，采用PI的LinkSwitch-TN，由于功率MOSFET和控制器集成在一個IC當中，設計過程可得到極大地簡化。電路路中所用元件數目很少，無需變壓器，即可以利用設計速成部分，使用標準元件完成常用輸出電壓和電流的設計。

②無線模塊連接電路如圖3所示，PHY只需使用5個I/O口即可工作，同時采用SPI兼容的控制接口作為數據通訊接口，我們測試板也正是使用這種方式與PHY模塊進行連接的。各個接口功能如下：SCK：SPI串口時鐘輸入;SDI：SPI串口數據輸入;NSEL：SPI片選輸入(低電平有效);SDO：SPI串口數據輸出;NIRQ：中斷請求輸出(低電平有效);PHY模塊用作數據。該模塊具有體積小、功耗底等優(yōu)點，非常適合用于無線設備上。

圖3 無線模塊連接電路

③調光模塊電路如圖4所示，包括一個EMI濾波器、一個無源功率因數校正、鎮(zhèn)流器控制和燈諧振輸出級，輸出級采PWM輸出驅動信號，通過驅動變壓器驅動半橋MOS管，實現燈光的控制。

圖4 調光控制電路

2.2 手持RF遙控部分硬件組成框架

手持RF遙控部分硬件組成框架如圖5所示，具體電路接口如下

圖6 按鍵電路

①按鍵電路如圖6所示，

4*4輕觸按鍵作為用戶的輸入，用戶按鍵的輸入判斷是采用普通的I/O方式。具體每個按鍵定義為,可以根據開發(fā)著設計需要而定。

②無線模塊連接電路與手持RF無線模塊的電路與燈光控制部分基本一樣，電路如圖3所示，都是使用SPI方式與無線模塊通信。

③電源電路如圖7所示，手持遙控使用5V～9V干電池為系統供電。

圖7 電源電路