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摘要：现代房屋建筑照明线路愈发复杂，操作繁琐，房间数量较多的用户很难有效管理照明设备，因此有必要创新一种新的设计方案，提高管理效率。基于此，本文中笔者主要探讨基于单片机控制的家居照明控制要点，以供同行借鉴。
关键词：单片机控制；家居照明；设计要点
引言
现在家庭装修人们对照明系统的要求不是很高，大多人依然认为灯光只是单纯的用来照明，对于每一个家庭来说，照明都是必不可少的特别是像别墅以及涉及房间数较多的建筑中。本设计就家居照明现状来设计一款便捷式家居照明控制系统，接下来展开相关论述。
1、单片机控制优势分析
1.1 性价比高
单片机的这种高性能、低价格是它最显著的一个特点。单片机可以尽可能的应用所需要的存储器，各种功能的I/O口都集成在一个芯片内，使之成为名副其实的单片机。有的单片机为了提高速度和执行效率，开始采用了RISC流水线和DSP的技术。使单片机的性能明显的优于同性能的微处理器，有的单片机ROM可达64KB，片内可达2KB，单片机的寻址以突破64KB的限制，八位和十六位单片机寻址可达1MB和16MB。
1.2 可靠性高
单片机把各个功能部件都集成在一块芯片上，内部采用总线结构，减少了各芯片之间的连接，大大提高了单片机的可靠性与抗干扰能力。其体积小，对于强磁场环境易于采取屏蔽措施，适合在恶劣的环境下工作。单片机是电子计算机这个庞大家庭的一个特是产品，体积虽小，但“五脏俱全”，它非常适合用于专门的控制用途。为了满足工业控制的要求，一般单片机的指令系统中有极其丰富的转移指令，I/O口的逻辑操作以及为处理器功能。
1.3 节能降耗
单片机大量应用于便携式产品和家用消费产品，低电压和低功耗的特点尤为重要。许多单片机已可以在2.3.V的电压下运行，有的以突破1.2V或0.9V下工作；功耗至微按级，一个纽扣电池就可以使其长期使用。
2、传统照明系统设计的局限
2.1 资源浪费现象
在传统照明的手控或者声控模式与现代家居设计结合时，在资源的控制程度上，并没有起到良好的收效。照明对家居环境的舒适性有着重要的影响，同时低碳环保的设计理念也在影响着现代家居设计中的照明设计。然而传统照明在针对环境发生改变时，并不能做出相应的照明改变，对一些照明需求较弱的居住环境，存在着室内自然光照充足时，照明设备仍然保持着较高的耗能现象，亦或是在家居环境无人时可能依旧保持照明直至人为切断电源现象，长久保持不需要的耗能或者高耗能现象对于电力资源产生了严重的浪费。此外面对电压过高情况下灯具损坏情况，传统照明设计也没有相对有效的解决方法，频繁更换灯具同样对资源造成了浪费。
2.2 满足要求功能缺陷
对于传统照明来说，灯光设计带来的照明往往是单一的，要想灯光针对环境发生改变，在传统的照明设计方面多是单路控制，这就需要设计多条单路来控制灯光发生改变，造成线路铺设过多、成本较高、灯光线路之间容易发生混合性故障的安全隐患问题；现代家居设计在家居环境的改变方面对照明设计提出的要求也在逐渐的精细化，例如在照明设计与家居风格设计的配合方面，传统照明显得僵硬而无法切合，无论是在家居色彩的搭配还是家居物品的摆放方面，传统照明几乎不能发挥任何有效的作用；而在安全防范方面，面对智能家居照明能够利用红外线系统设置报警功能来保障居民的生命财产安全的优秀特性。
3、基于单片机控制的家居照明控制
3.1 方案设计
3.1.1 总体设计
方案一：采用可编程I/O口扩展芯片81558155作为单片机的扩展接口能实现很多功能，但是这个系统并不复杂，用8155会浪费很多的资源，而且8155要用P0和P2端口作为地址线进行读写，这样不仅浪费端口还使得编程变的复杂。从节省资源和简化编程的角度考虑，放弃了此方案。方案二：采用STC89C52单片机直接采用STC89C52单片机不仅编程简化，还有效的利用了各个端口。STC89C52单片机的资源完全够这个系统的要求。所以最终放弃。
3.1.2 输入级模块
方案一：采用4*4矩阵键盘
此种键盘是常用的按键扫描方法，但是本系统只需要六个按键，这样就会浪费十个，而且矩阵按键扫描要送数读数，对于编程很复杂，最终放弃了此方案。
方案二：采用独立式键盘
根据设计要求只要采用六个按键就可以实现，采用独立按键输入到 74LS148芯片，利用74LS148芯片的特性将按键状态送到单片机处理器进行处理，用独立式键盘不仅节省端口，而且单片机处理比较方便。所以，最终选择此方案。
3.2.3 输出级模块
方案一：采用单片机IO口直接输出
采用单片机的IO口直接输出每个房间的照明灯状态，这样会增加单片机的处理能力，又浪费了许多单片机的IO口，故最终放弃此方案。
方案二：采用74LS138输出
采用74LS138可以节省许多单片机的IO口，只要使用一片74LS138芯片就可以实现功能，电路简单，成本低，性能高，故采用此方案。
3.2 系统硬件设计
3.2.1 硬件设计框图
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图1 系统框图示意图
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图2 单片机系统示意
如系统框图图1所示，系统以STC89C52单片机为主要核心，通过74LS148 6路输入模块和74LS138 6路输出模块来获得信号的输入和输出，从而实现对照明灯的控制。外部+5V的稳压电源为系统提供稳定的低压直流电。通过键盘以及指示灯，用户能实现对房间照明灯的控制并且通过指示灯对整个房间的照明状况进行监控。此方案只需一个主机系统，房间与房间的通讯采用网口通讯，连接方便，此外将传统的照明按钮开关用继电器来代替，这也是本设计的一个亮点。系统采用高性能CMOS 8位的SCT89C52单片机为微控制器，通过按键以及74LS148 6路输入模块进行信号的采集，将输入信号送往微控制器，微控制器输出的信号通过74LS138 6路输出模块输出，每一路输出都有一个发光二极管作为指示。系统采用315M无线模块，将315M发射模块发射信号送往微控制器，微控制器输出的信号通过315M接收模块输出，实现对每一个房间照明情况的遥控。
3.2.2 单片机系统
单片机系统采用的STC89C52单片机，芯片内置通用8位中央处理器和Flash。可以对照明灯状态进行保持，同时达到对照明系统控制的要求。如图2所示。
3.2.3 电源模块
系统中各芯片的供电电压采用+5V的稳压电源，此电源为外接电源。
3.2.4 按键与显示模块
按键与显示模块，从经济成本考虑，按键模块采用轻触按钮，显示模块采用发光二极管进行显示；房间的照明灯采用发光二极管进行模拟。
3.2.5 通讯模块
每个房间与主机之间的通讯方式采用网口通讯，此时网线的分配为其中6根为输入输出，剩余2根为电源线。
3.2.6 无线遥控系统
本系统采用315M无线收发模块，该方案采用MCU控制的架构来实现相关功能。
基本技术参数如下：
·工作频率：315MHz/433MHz
·调制方式：OOK/ASK
·接收灵敏度：-108dBm
·发射功率：12dBm（3V）
·数据速率：10kbps
·接收模块最大工作电流：2.5mA（315MHz），3.5mA（433MHz）
·自动待机功能，模块进入待机模式，电流小于1uA
·通讯距离：0～100m（全向发射，障碍物穿透）
·支持按键扫描和键盘扩展
3.3 系统软件设计
首先进行模块的初始化，然后扫描按键，进行信号判断，经单片机处理后将这些用发光二极管进行显示。当按下按键1，此时按键1有信号输入，对应房间的灯亮，同时其他房间可以显示此房间灯已亮（用发光二极管来模拟）。同样的，如果再次按下按键1，此时按键1无信号输入，对应房间的灯灭。
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图3 系统流程图
4、结语
实践表明，该系统具有操作方便，性价比高，实用性强，可靠性好等优点，能够很好的运用到家庭照明系统中。
参考文献
[1]秦保波，王宜怀，姚丹丹.融入传感网技术的触摸屏楼宇照明控制器设计[J].微计算机信息.2012（03）：45-47.
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[3]姜夙.远程智能控制系统在停车场照明中的应用[J].智能建筑电气技术.2007（04）：46.
论文作者:陈一星
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第12期
论文发表时间:2017/10/13
标签：单片机论文; 系统论文; 按键论文; 模块论文; 家居论文; 房间论文; 方案论文; 《建筑学研究前沿》2017年第12期论文;