0 引 言

我國(guó)照明用電量占總用電量的 10% ～ 12%，照明節(jié)能的潛力巨大 [1]。在人員密集的辦公樓、寫(xiě)字樓等對(duì)照明的質(zhì)量要求也越來(lái)越高，且辦公寫(xiě)字樓照明已不再是簡(jiǎn)單地通過(guò)增加照明燈具的方式來(lái)提高照明的舒適度 [2]。而使用適當(dāng)?shù)?/span>照明控制技術(shù)不僅能提高人眼的舒適性，還能降低能耗。因 此，近年來(lái)智能照明的控制受到了廣泛的關(guān)注，尤其是在空間和時(shí)間的范圍內(nèi)基于自適應(yīng)人工照明控制領(lǐng)域 [3-5]。研究表明，不同的用戶可能需要不同程度的照明，不僅可以提高用戶滿意度，還能提高工作效率。隨著科技的發(fā)展，手機(jī)已成為人人必備的工具，若將當(dāng)下成熟的智能手機(jī)技術(shù)及人工智能領(lǐng)域方面的技術(shù)相結(jié)合用于智能照明系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，就可避免傳統(tǒng)照明在開(kāi)發(fā)時(shí)對(duì)面板的過(guò)度依賴。本文在當(dāng)下人工智能等研究背景下，提出并設(shè)計(jì)了一款智能照明動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)器。

1 設(shè)計(jì)流程

1.1 智能照明動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)是以單片機(jī)為核心，用手機(jī)作為上位機(jī)，以單片機(jī)最小系統(tǒng)與藍(lán)牙模塊作為下位機(jī)，通過(guò)將單片機(jī)藍(lán)牙和手機(jī)藍(lán)牙相連接，手機(jī)發(fā)送指令來(lái)控制藍(lán)牙模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)燈具亮度的控制。手機(jī)與單片機(jī)在藍(lán)牙通信系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，能夠構(gòu)成一個(gè)共享信息的網(wǎng)絡(luò)。就功能分析，智能照明系統(tǒng)有4 個(gè)主要模塊 ：藍(lán)牙模塊型號(hào)為 BT06 ；燈光模塊采用不同的 LED 燈 ；電源模塊采用 5 V 直流電供電 ；單片機(jī)模塊選用 STC89C52 單片機(jī)。系統(tǒng)主要分為兩部分 ：遠(yuǎn)程控制部分Android 手機(jī)終端和功能部分智能控制終端。Android 手機(jī)將藍(lán)牙 API 接口從上位機(jī)程序調(diào)用，控制內(nèi)部藍(lán)牙設(shè)備，以執(zhí)行數(shù)據(jù)傳輸和控制。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖 1 所示。其中單片機(jī)最小系統(tǒng)、晶振電路、復(fù)位電路等不贅述，在此僅對(duì)基于 PWM 的 LED 燈的調(diào)光設(shè)計(jì)及其原理、藍(lán)牙通信模塊、APP 手機(jī)藍(lán)牙客戶端的設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)闡述。

1.2 LED 燈調(diào)光設(shè)計(jì)及其原理

PWM 脈沖信號(hào)由單片機(jī)引腳產(chǎn)生，當(dāng)引腳為高電平時(shí)，LED 燈亮，當(dāng)引腳為低電平時(shí)，LED 燈滅 ；定時(shí)器 T0 溢出中斷設(shè)置為 1/1 000 s，每 10 個(gè)脈沖為一個(gè)周期 [6]（頻率為100 Hz）。為了保證LED燈亮度足夠亮，如果是串聯(lián)電阻的話，可能 LED 亮度不夠，無(wú)法直觀地看到亮度的變化，導(dǎo)致操作不明顯。為了保證 LED 燈亮度足夠亮，需要用到降壓芯片，使電壓降到 3.3 V 與 LED 燈驅(qū)動(dòng)電路相連接。圖 2 為降壓芯片，低電平導(dǎo)通，高電平段接降壓芯片后的 3.3 V 電壓。 圖 3 為 LED 燈驅(qū)動(dòng)控制電路 [7-8]。

1.3 藍(lán)牙通信模塊

對(duì)于系統(tǒng)藍(lán)牙通信模塊而言，其重點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)手機(jī)藍(lán)牙指令的接收和與單片機(jī)的直接數(shù)據(jù)通信。智能照明藍(lán)牙通信系統(tǒng)包含以下兩部分。 

（1）手機(jī)藍(lán)牙端用來(lái)對(duì)智能照明藍(lán)牙接收端發(fā)送 A，B， C，D 指令，分別代表控制燈具的開(kāi)啟、關(guān)閉、亮度 + 與亮度 -。其中，亮度 + 和亮度 - 是連續(xù)可調(diào)，滿足用戶個(gè)性化的照明。 

（2）主程序主要是在單片機(jī)的控制下，對(duì)藍(lán)牙模塊輸入的信息進(jìn)行存儲(chǔ)分析，控制 LED 驅(qū)動(dòng)電路，以達(dá)到控制燈具的目的。單片機(jī)定時(shí)讀取藍(lán)牙模塊的串口數(shù)據(jù)，若串口數(shù)據(jù)被讀出，則對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

1.4 APP 手機(jī)藍(lán)牙客戶端的設(shè)計(jì)

智能照明系統(tǒng)藍(lán)牙端 APP 是基于 Android Studio 軟件第三方開(kāi)發(fā)平臺(tái)而設(shè)計(jì)。Android Studio 具有許多非常高效的特性，如 ：集成 Gradle 的打包工具 ；效果簡(jiǎn)潔可視化 ；可以拖拽的 UI 操作 ；代碼自動(dòng)補(bǔ)全等 [9-10]。該軟件適應(yīng)于沒(méi)有計(jì)機(jī) APP 專業(yè)知識(shí)的用戶，基于此平臺(tái)可進(jìn)行智能照明手機(jī)控制端 APP 項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)。因此本文選擇 Android Studio 軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)開(kāi)發(fā)安卓 APP，在一定程度上簡(jiǎn)化了開(kāi)發(fā)者的工作量與 APP 開(kāi)發(fā)的難度。智能照明 APP 開(kāi)發(fā)界面如圖 4 所示。智能照明 APP 控制界面如圖 5 所示。

首先連接藍(lán)牙按鍵與智能照明系統(tǒng)的藍(lán)牙接收端，當(dāng)手機(jī)藍(lán)牙的客戶端與照明系統(tǒng)藍(lán)牙的服務(wù)端模塊確認(rèn)連接后，用戶即可通過(guò)圖 5 所示的 APP 控制界面的打開(kāi)、關(guān)閉、亮度 +、亮度 - 等指令分別控制 LED 燈具的亮、滅及亮度連續(xù)調(diào)節(jié)等，滿足用戶的個(gè)性化需求。

2 結(jié)果分析

本文設(shè)計(jì)的智能照明系統(tǒng)能以手機(jī)控制平臺(tái)、藍(lán)牙通信模塊、單片機(jī)控制模塊及電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊等硬件模塊，實(shí)現(xiàn)照明燈具的亮、滅及亮度連續(xù)調(diào)節(jié)等功能，且功能容易實(shí)現(xiàn)并能激發(fā)開(kāi)發(fā)者的興趣。本文以 4 組燈具作為案例，界面分為 4 組 LED，通道號(hào)上方為 LED 當(dāng)前亮度，通道號(hào)下方為 LED 開(kāi)關(guān)指示燈，當(dāng)點(diǎn)擊“開(kāi)”按鈕，指示燈亮起，物理系統(tǒng)中的 LED 燈珠工作，亮度適中，亮度顯示值為“128”。在 LED“開(kāi)”的狀態(tài)下，亮度可調(diào)，物理系統(tǒng)LED 接受“亮度調(diào)節(jié)”控制，輸出對(duì)應(yīng)程度的光照。隨機(jī)選取某一工況下 APP 界面如圖 6 所示。

該智能照明系統(tǒng)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)器可實(shí)現(xiàn)如圖 6 所示的功能， 該 APP 界面設(shè)置了調(diào)節(jié)按鈕和滑動(dòng)桿，按鈕可實(shí)現(xiàn)亮度的微調(diào)，滑動(dòng)桿可實(shí)現(xiàn)粗調(diào)。具體操作如下。 （1）亮度調(diào)節(jié)按鈕。當(dāng)點(diǎn)擊“+”，LED 亮度增加，每次自增 1，加至 255 后，一直保持，此時(shí) LED 為最亮 ；當(dāng)點(diǎn)擊“-”，LED 亮度減弱，每次自減 1，減至 1 后，一直保持，此時(shí) LED 為最暗。 （2）亮度滑動(dòng)桿。點(diǎn)擊紅色拖動(dòng)塊，拖動(dòng)鼠標(biāo)實(shí)現(xiàn)亮度快速調(diào)節(jié)，最大為 255，最小為 1。

3 結(jié) 語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的智能照明系統(tǒng)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)器以 STC89C52 單片機(jī)為核心，通過(guò)藍(lán)牙通信控制 APP 和單片機(jī)，以 LED 燈為光源，運(yùn)用 PWM 原理控制 LED 的亮度和開(kāi)關(guān)狀態(tài)。結(jié)果表明，該智能照明動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)器能夠迅速精準(zhǔn)地管理燈具的亮度以及開(kāi)關(guān)狀態(tài)，且成本低廉，具有良好的操作性 ；并且該智能照明系統(tǒng)融合了物聯(lián)網(wǎng)和智能家居產(chǎn)品的熱門(mén)技術(shù)，具有一定的科研價(jià)值。