項(xiàng)目背景

顯而易見(jiàn)，智能照明的需求在日漸增長(zhǎng)，到2025年，全球智能照明的市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到370億美元。一些公司選擇從老式的熒光燈管升級(jí)到可以在自定義色溫和亮度下工作的LED照明單元，而LED越來(lái)越受歡迎的原因在于它不僅可節(jié)省能源，而且在某些特定情況下也十分有益于身心健康。

研究表明，不同的色溫對(duì)人體有不同的效果，熱色溫可以使人放松，而冷色溫通常能幫助人們集中精力。因此，如果我們能根據(jù)時(shí)間來(lái)動(dòng)態(tài)地控制色溫及強(qiáng)度，那么我們將能最大程度對(duì)色溫進(jìn)行優(yōu)化，這將有益于公司員工的身心健康。

智能照明系統(tǒng)可以根據(jù)時(shí)間自動(dòng)調(diào)節(jié)色溫和照明強(qiáng)度，同時(shí)也可以檢測(cè)周?chē)饩€是否充足，同時(shí)可以檢測(cè)到是否有人在活動(dòng)。

項(xiàng)目開(kāi)發(fā)工具智能照明系統(tǒng)是一個(gè)中高級(jí)的嵌入式開(kāi)發(fā)項(xiàng)目，它基于Windows10 64位系統(tǒng)開(kāi)發(fā)完成。在這個(gè)項(xiàng)目中，我們使用了以下評(píng)估和開(kāi)發(fā)工具。

Microchip Technology PIC18F47K42 Curiosity Nano評(píng)估套件是一款評(píng)估套件，它具有完整的編程和調(diào)試功能，核心MCU集成了大量的獨(dú)立接口、智能模擬外設(shè)和較大的閃存空間。該套件采用MPLABX IDE管理MCU并逐步完成調(diào)試。板載的調(diào)試器更給開(kāi)發(fā)者在原型設(shè)計(jì)階段提供很多便利，MPLABX會(huì)讓這個(gè)評(píng)估套件的性能更強(qiáng)大，因?yàn)樗梢宰岄_(kāi)發(fā)者輕松地載入大量的適配Mikroe Click Boards的庫(kù)。

Mikroe RTC5 Click開(kāi)發(fā)工具集成了MCP79510時(shí)鐘芯片，該芯片使用SPI協(xié)議和可編譯中斷。這個(gè)開(kāi)發(fā)工具可以為微控制器提供實(shí)時(shí)太陽(yáng)時(shí)間，對(duì)于閏年和小于31天的月份，它都會(huì)進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償。

Mikroe MIKROE-3601 Ambient 7 Click光學(xué)傳感器開(kāi)發(fā)工具可以用來(lái)檢測(cè)環(huán)境光的強(qiáng)度，因?yàn)樗鋫淞艘幻队蒓SRAM Opto Semiconductors生產(chǎn)的SFH 5701 A01，此傳感器可以提供精確的測(cè)量數(shù)據(jù)，并將其轉(zhuǎn)換成模擬電壓。

Mikroe Motion 2 Click光學(xué)傳感器開(kāi)發(fā)工具能夠檢測(cè)是否有人在活動(dòng)，該開(kāi)發(fā)工具配備了一枚Panasonic生產(chǎn)的EKMC1607112運(yùn)動(dòng)傳感器，同時(shí)還配備了一枚Toshiba生產(chǎn)的TLP241A（LF1，F(xiàn)光耦固態(tài)繼電器。當(dāng)檢測(cè)到人的活動(dòng)時(shí)，該開(kāi)發(fā)工具會(huì)送出一個(gè)中斷信號(hào)，觸發(fā)微控制器上的相關(guān)程序。在使用開(kāi)發(fā)工具前，EN針應(yīng)該被設(shè)置成邏輯低電位。

Microchip傳感器開(kāi)發(fā)套件QT7 Xplained Pro可以評(píng)估自電容觸摸的防水性和抗噪性，它包括了一個(gè)自電容滑動(dòng)觸摸傳感器、兩個(gè)自電容觸摸按鈕，以及8個(gè)LED，用來(lái)給觸摸傳感器提供反饋。在這個(gè)項(xiàng)目中，我們只使用兩個(gè)觸摸按鈕，因?yàn)?位微控制器只能提供有限的GPIO針。

Microchip Technology MPLABX集成開(kāi)發(fā)環(huán)境 （IDE）是一個(gè)可擴(kuò)展的、高度可調(diào)的軟件程序。它使設(shè)計(jì)者能夠探索、配置、開(kāi)發(fā)和調(diào)試絕大多數(shù)基于Microchip微控制器和數(shù)據(jù)信號(hào)控制器的項(xiàng)目。

系統(tǒng)配置和連接系統(tǒng)配置包括了MPLABX IDE/MPLABXC8編譯器/MCC的安裝、新項(xiàng)目創(chuàng)建、庫(kù)的安裝、MCC設(shè)置，以及硬件連接等。庫(kù)安裝過(guò)程中，先打開(kāi)MCC，找到Versions［MCC］，并且需要找到MikroElektronika Click Library和mTouch Capacitive Sensing Library，然后選擇載入。在Versions［MCC］中找到相應(yīng)的Device Resources，添加mTouch、PWM6、PWM8、TMR2和RTC5。MCC設(shè)置包含了System Module、Gird View Pin Manager及Pin Module的分配、中斷設(shè)置、TMR2以及PWM等過(guò)程。在System Module設(shè)置中，需要選擇HFINTOSC，因?yàn)樗梢蕴峁?4MHz 的時(shí)鐘，因此采樣速率很高。在TMR2設(shè)置中，選擇FOSC/4來(lái)輸出PWM。將Prescaler設(shè)置成1:128，得到500Hz的信號(hào)，通常我們的LED電源只識(shí)別100-1000Hz的信號(hào)。在PWM設(shè)置中，選擇Timer2。

mTouch設(shè)置包含了創(chuàng)建兩個(gè)按鈕，分別命名為Button1和Button2，用于不同工作模式的選擇。TMR1和TMR3設(shè)置，需要選擇LFINTOSC，將Prescaler設(shè)置為1:2，并將TimePeriod改成4s。這樣，這兩個(gè)Timer可以檢測(cè)到3s以上的觸摸。但在這個(gè)項(xiàng)目中沒(méi)有利用這個(gè)功能，只是為了兼容性而初始化了這兩個(gè)Timer。

系統(tǒng)設(shè)置完成以后，需要進(jìn)行硬件連接。在項(xiàng)目開(kāi)發(fā)過(guò)程中，我們使用Autodesk EAGLE來(lái)設(shè)計(jì)電路示意圖，硬件連接如圖6所示：

系統(tǒng)調(diào)試及驗(yàn)證

使用micro USB線給系統(tǒng)供電，將壁掛式AC適配器連接到LED照明條上。打開(kāi)項(xiàng)目文件，將其載入到微控制器上，并在rtcc5_example.c中調(diào)整時(shí)間。

當(dāng)RTC的時(shí)間設(shè)置在7:00和19:00之間并且按下觸摸按鈕1，系統(tǒng)會(huì)在自動(dòng)和手動(dòng)模式間切換。在自動(dòng)模式下，色溫根據(jù)時(shí)間而變化，每小時(shí)變化一次。而在手動(dòng)模式下，按下按鈕2將在不同的色溫之間循環(huán)，默認(rèn)狀態(tài)是關(guān)閉。

在ambient.c中調(diào)試Ambient 7 Click光學(xué)傳感器開(kāi)發(fā)工具的靈敏度，在實(shí)際使用過(guò)程中，可能需要多次調(diào)試。光學(xué)傳感器在7:00到19:00的時(shí)間范圍內(nèi)檢測(cè)環(huán)境光，每十分鐘進(jìn)行一次。如果檢測(cè)到的環(huán)境光不足，LED照明條的暖色溫和冷色溫頻道都會(huì)被啟用到100%。按觸摸按鈕1兩次，系統(tǒng)會(huì)回到自動(dòng)模式；再按一次，則系統(tǒng)會(huì)回到手動(dòng)模式。在這個(gè)情況下，觸摸按鈕2沒(méi)有被編譯。

當(dāng)時(shí)間設(shè)置在19:00到7:00之間時(shí)，Ambient 7 Click光學(xué)傳感器開(kāi)發(fā)工具會(huì)被關(guān)閉，但Motion 2 Click光學(xué)傳感器開(kāi)發(fā)工具會(huì)被啟用。如果檢測(cè)到有人在活動(dòng)，LED照明條的暖色溫和冷色溫頻道都會(huì)被啟用到100%。LED照明條可以通過(guò)觸摸按鈕2來(lái)被手動(dòng)開(kāi)啟或關(guān)閉。在這個(gè)情況下，觸摸按鈕1沒(méi)有被編譯。

項(xiàng)目總結(jié)

雖然本項(xiàng)目的程序邏輯和硬件連接都有提高的空間，但這個(gè)項(xiàng)目大膽地將我們帶入了智能照明的時(shí)代，不僅適用于個(gè)人住所，更適用于辦公室環(huán)境。更重要的是，本項(xiàng)目突出了辦公室智能照明的重要性，因?yàn)槿藗兠刻於家谵k公室里至少度過(guò)8個(gè)小時(shí)，這個(gè)智能系統(tǒng)達(dá)到了根據(jù)太陽(yáng)時(shí)間來(lái)改變色溫的功能，幫助公司員工保持精力集中并得到適度放松。

責(zé)任編輯：haq