項(xiàng)目背景

顯而易見，智能照明的需求在日漸增長，到2025年，全球智能照明的市場規(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)時間來動態(tài)地控制色溫及強(qiáng)度，那么我們將能最大程度對色溫進(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)時間自動調(diào)節(jié)色溫和照明強(qiáng)度，同時也可以檢測周圍光線是否充足，同時可以檢測到是否有人在活動。

項(xiàng)目開發(fā)工具智能照明系統(tǒng)是一個中高級的嵌入式開發(fā)項(xiàng)目，它基于Windows10 64位系統(tǒng)開發(fā)完成。在這個項(xiàng)目中，我們使用了以下評估和開發(fā)工具。

Microchip Technology PIC18F47K42 Curiosity Nano評估套件是一款評估套件，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)試器更給開發(fā)者在原型設(shè)計(jì)階段提供很多便利，MPLABX會讓這個評估套件的性能更強(qiáng)大，因?yàn)樗梢宰岄_發(fā)者輕松地載入大量的適配Mikroe Click Boards的庫。

Mikroe RTC5 Click開發(fā)工具集成了MCP79510時鐘芯片，該芯片使用SPI協(xié)議和可編譯中斷。這個開發(fā)工具可以為微控制器提供實(shí)時太陽時間，對于閏年和小于31天的月份，它都會進(jìn)行自動補(bǔ)償。

Mikroe MIKROE-3601 Ambient 7 Click光學(xué)傳感器開發(fā)工具可以用來檢測環(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)傳感器開發(fā)工具能夠檢測是否有人在活動，該開發(fā)工具配備了一枚Panasonic生產(chǎn)的EKMC1607112運(yùn)動傳感器，同時還配備了一枚Toshiba生產(chǎn)的TLP241A（LF1，F(xiàn)光耦固態(tài)繼電器。當(dāng)檢測到人的活動時，該開發(fā)工具會送出一個中斷信號，觸發(fā)微控制器上的相關(guān)程序。在使用開發(fā)工具前，EN針應(yīng)該被設(shè)置成邏輯低電位。

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

Microchip Technology MPLABX集成開發(fā)環(huán)境 （IDE）是一個可擴(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、庫的安裝、MCC設(shè)置，以及硬件連接等。庫安裝過程中，先打開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等過程。在System Module設(shè)置中，需要選擇HFINTOSC，因?yàn)樗梢蕴峁?4MHz 的時鐘，因此采樣速率很高。在TMR2設(shè)置中，選擇FOSC/4來輸出PWM。將Prescaler設(shè)置成1:128，得到500Hz的信號，通常我們的LED電源只識別100-1000Hz的信號。在PWM設(shè)置中，選擇Timer2。

mTouch設(shè)置包含了創(chuàng)建兩個按鈕，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Timer可以檢測到3s以上的觸摸。但在這個項(xiàng)目中沒有利用這個功能，只是為了兼容性而初始化了這兩個Timer。

系統(tǒng)設(shè)置完成以后，需要進(jìn)行硬件連接。在項(xiàng)目開發(fā)過程中，我們使用Autodesk EAGLE來設(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)整時間。

當(dāng)RTC的時間設(shè)置在7:00和19:00之間并且按下觸摸按鈕1，系統(tǒng)會在自動和手動模式間切換。在自動模式下，色溫根據(jù)時間而變化，每小時變化一次。而在手動模式下，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)傳感器開發(fā)工具的靈敏度，在實(shí)際使用過程中，可能需要多次調(diào)試。光學(xué)傳感器在7:00到19:00的時間范圍內(nèi)檢測環(huán)境光，每十分鐘進(jìn)行一次。如果檢測到的環(huán)境光不足，LED照明條的暖色溫和冷色溫頻道都會被啟用到100%。按觸摸按鈕1兩次，系統(tǒng)會回到自動模式；再按一次，則系統(tǒng)會回到手動模式。在這個情況下，觸摸按鈕2沒有被編譯。

當(dāng)時間設(shè)置在19:00到7:00之間時，Ambient 7 Click光學(xué)傳感器開發(fā)工具會被關(guān)閉，但Motion 2 Click光學(xué)傳感器開發(fā)工具會被啟用。如果檢測到有人在活動，LED照明條的暖色溫和冷色溫頻道都會被啟用到100%。LED照明條可以通過觸摸按鈕2來被手動開啟或關(guān)閉。在這個情況下，觸摸按鈕1沒有被編譯。

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，但這個項(xiàng)目大膽地將我們帶入了智能照明的時代，不僅適用于個人住所，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8個小時，這個智能系統(tǒng)達(dá)到了根據(jù)太陽時間來改變色溫的功能，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