據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，辦公照明用電量約占整幢大樓能耗的30%，辦公照明的設(shè)備費(fèi)用（包括照明器件和配布線工程費(fèi)）約占電氣工程費(fèi)用的 10% 以上，因此選擇合理的照明方案，配置先進(jìn)的控制系統(tǒng)，不僅能大大簡(jiǎn)化穿管布線的工作量，而且能有效地節(jié)約能源，降低用戶運(yùn)行費(fèi)用，提高大樓管理水準(zhǔn)，具有極大的經(jīng)濟(jì)意義和社會(huì)效益。

　　而市場(chǎng)上現(xiàn)有的智能照明系統(tǒng)僅能控制照明的開(kāi)關(guān)，并不能自動(dòng)按照環(huán)境照度補(bǔ)償以合適的亮度。因此，本文設(shè)計(jì)了一種基于zigbee的亮度分級(jí)智能照明系統(tǒng)，通過(guò)感應(yīng)區(qū)域內(nèi)照度的強(qiáng)弱，自動(dòng)地調(diào)節(jié)照明設(shè)備的亮度，以達(dá)到舒適、實(shí)用及節(jié)能環(huán)保的目的。

　　設(shè)計(jì)方案及工作原理

　　要實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)的目標(biāo)，首先，系統(tǒng)需要能檢測(cè)環(huán)境的照度，這里使用常用的光敏元件對(duì)照度進(jìn)行檢測(cè)；其次，系統(tǒng)能對(duì)照度不足的環(huán)境進(jìn)行補(bǔ)償，這里使用控制方便、效率高的白光 led；然后，采用紅外感應(yīng)的方式檢測(cè)是否有人，是否需要照明。最后，使用zigbee協(xié)議將所有的照明設(shè)備構(gòu)成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，方便控制。系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案及工作原理如圖 1 所示。整套系統(tǒng)核心是 zigbee，zigbee是基于 IEEE802.15.4 標(biāo)準(zhǔn)的低功耗局域網(wǎng)協(xié)議，主要適合用于自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域，可以嵌入各種設(shè)備，是一種便宜的、低功耗的近距離無(wú)線組網(wǎng)通訊技術(shù)。這里使用zigbee主要是考慮到智能照明系統(tǒng)在其他方面上的延伸性，比如最新技術(shù)趨勢(shì)物聯(lián)網(wǎng)，這樣這套系統(tǒng)就不單單是智能照明系統(tǒng)，添加程序后還成為一套物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。而外圍，亮度的檢測(cè)及控制全部由獨(dú)立的單片機(jī)來(lái)完成，這樣可以讓 zigbee終端更多的 cpu 時(shí)間用于其它，例如實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、紅外傳感器、光敏傳感器等。

　　方案如下：

　　1、當(dāng)有人接近時(shí)紅外模塊檢測(cè)到有人通過(guò)，隨即打開(kāi)照明，延時(shí)一定時(shí)間后未檢測(cè)到有人通過(guò)，則關(guān)閉照明可以節(jié)約電能；

　　2、當(dāng)光源照明時(shí)，使用光敏元件檢測(cè)周圍環(huán)境的光的亮度，將其反饋給單片機(jī)，單片機(jī)將此數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)定的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，然后對(duì)光源亮度進(jìn)行調(diào)整，使其達(dá)到預(yù)定值。（此處預(yù)定值是可以人為設(shè)定的。）而燈具亮度控制方面，使用恒壓式驅(qū)動(dòng)，通過(guò)改變電壓來(lái)改變亮度。

　　系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)硬件主要由 12864 液晶，BH1750 芯片，熱釋電紅外傳感器，DAC081C081 芯片，STC89C52 單片機(jī)，乙類功率放大電路，zigbee無(wú)線傳輸單元所組成。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖如圖 2 所示。這里使用閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)以提高亮度調(diào)節(jié)的速度。首先，BH1750 芯片將照度轉(zhuǎn)換為數(shù)字量并傳給單片機(jī)，單片機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)處理后，用12864 液晶顯示出當(dāng)前照度值，然后使用DA 轉(zhuǎn)換輸出不同電壓以驅(qū)動(dòng) led。增加或減小電壓以控制 led 的亮度的增強(qiáng)和減弱，接著再次檢測(cè)環(huán)境亮度，重復(fù)上面的步驟，直到檢測(cè)的亮度趨于紅外遙控器設(shè)定的照度值，最終使環(huán)境亮度趨于合理。

　　各個(gè)組成部分介紹：12864 是一種液晶屏幕，共 128x64 個(gè)點(diǎn)，用來(lái)顯示當(dāng)前檢測(cè)的照度值或設(shè)置界面。BH1750則是 16 位數(shù)字輸出型環(huán)境光強(qiáng)度傳感器，精度高，靈敏度高，適合用于照度檢測(cè)。熱釋電紅外傳感器是一種對(duì)人體紅外輻射尤為敏感的紅外傳感器，用來(lái)檢測(cè)是否有人通過(guò)。STC89C52 單片機(jī)則是一種兼容 51 的單片機(jī)，比較常見(jiàn)，性價(jià)比較高。DAC081C081 則是 8 位的低功耗 DAC，和乙類功率放大電路共同作為 led 的驅(qū)動(dòng)級(jí)。zigbee無(wú)線傳輸單元是用來(lái)控制照明系統(tǒng)是否工作的總控制端，當(dāng)白天時(shí)，關(guān)閉整個(gè)系統(tǒng)，以節(jié)省電能，到黃昏時(shí)，自動(dòng)開(kāi)啟系統(tǒng)，智能照明系統(tǒng)開(kāi)始工作。

　　系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　該系統(tǒng)的軟件采用 C 語(yǔ)言。它的使用非常廣泛，無(wú)需復(fù)雜的程序設(shè)置環(huán)境，支持過(guò)程化程序設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)抽象面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)、泛型程序設(shè)計(jì)等多種程序設(shè)計(jì)風(fēng)格，其語(yǔ)言非常靈活，功能相當(dāng)強(qiáng)大，并且語(yǔ)法思路層次分明、相呼應(yīng)。為了日后的更新、維護(hù)與拓展，在設(shè)計(jì)過(guò)程中采用模塊化的思想。

　　圖 3 是系統(tǒng)流程圖

　　首先，將預(yù)定一個(gè)值，作為照度的參考值。由于設(shè)備剛剛開(kāi)啟，照明設(shè)備就處于關(guān)閉狀態(tài)，然后不斷進(jìn)行紅外感應(yīng)檢測(cè)，當(dāng)有人通過(guò)，紅外感應(yīng)模塊被觸發(fā)，隨既開(kāi)啟照明，檢測(cè)亮度，并增減控制電壓，然后再檢測(cè)是否達(dá)到預(yù)定值，直到達(dá)到預(yù)定值。延時(shí)預(yù)設(shè)的時(shí)間，等待行人通過(guò)后，再次紅外感應(yīng)檢測(cè)。當(dāng)檢測(cè)到還有人時(shí)，由于已經(jīng)開(kāi)啟照明了，所以繼續(xù)下一步；而當(dāng)沒(méi)有人時(shí)，關(guān)閉照明設(shè)備并繼續(xù)紅外檢測(cè)，等待下一個(gè)人通過(guò)。

　　結(jié) 語(yǔ)

　　本文所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)已用于某種燈具的亮度分級(jí)控制器進(jìn)行測(cè)試，實(shí)際應(yīng)用表明該系統(tǒng)測(cè)試準(zhǔn)確、穩(wěn)定可靠，根據(jù)此系統(tǒng)生產(chǎn)出的智能照明燈具具有反應(yīng)靈敏、燈光柔和等優(yōu)點(diǎn)。如果將 led 驅(qū)動(dòng)方式改為恒流式開(kāi)關(guān)電源，那么系統(tǒng)的效率將進(jìn)一步得到提高。led 為電流型器件，使用電流更能有效控制 led 的亮度，由于僅需改變 PWM 波的占空比就可以改變電流，不僅方便，而且開(kāi)關(guān)電源的效率高，溫度低。但此方案電磁輻射較大，需要合理的設(shè)計(jì)以避免干擾和電磁輻射。