【方案】基于嵌入式 Linux的智能家居照明节能控制系统

小龙女
发布于 2017-02-23 #电子技术及控制直接看回复推送文章

本文设计并实现了一种基于嵌入式 Linux的智能家居照明节能控制系统，节能效果佳，而且性能优异。

　　嵌入式linux 是将日益流行的Linux操作系统进行裁剪修改，使之能在嵌入式电脑系统上运行的一种操作系统。嵌入式Linux既继承了Internet上无限的开放源代码资源，又具有嵌入式操作系统的特性。嵌入式系统出现于20世纪60年代晚期，它最初被用于控制机电电话交换机，如今已被广泛的应用于工业制造、过程控制、通讯等众多领域。

　　本文设计并实现了一种基于嵌入式 Linux的智能家居照明节能控制系统，节能效果佳，而且性能优异。

　　1、智能家居照明节能控制系统硬件设计

　　1.1硬件总体设计

　　依据智能家居照明节能控制系统的功能需求，综合分析整个系统的成本和开发进度控制需求，设计的基于 Linux的智能家居照明节能控制系统的硬件总体结构用图１进行描述。

　　1.2　Zig Bee接口电路设计

　　利用跳线设置获取通信节点的类型、ＴＴＬ电平收发、串口通信等实现和控制器之间的通信，能够大大节省嵌入开发时间。设计的 Zig Bee接口的输入电压是５Ｖ，最大发射电流是８０ｍＡ，最大接收电流是６０ｍＡ，在睡眠模式下的功耗只有２５μＡ／ｈ。Zig Bee接口和处理器的电路连接用图２进行描述。

　　图２中，其中引脚５和主板电源连接，引脚６接地，引脚７和主板ＲＸ１相连，引脚８和主板ＳＹＳ相连。

　　1.3 ＷＩＦＩ接口电路设计

　　ＷＩＦＩ模块选用海华公司生产的ＡＷ－ＧＨ３２１为主芯片，该芯片将Ｍａｒｖｅｌｌ公司生产的８８Ｗ８６８６作为内核，支持ＩＥＥＥ８０２。１１ｂ／ｇ　ＷＬＡＮ协议，有ＳＤＩＯ／Ｇ和ＳｐＩ两种接口方式，能够有效节约电资源，具有功耗低的特点。ＷＩＦＩ接口电路用图３进行描述。

　　1.4 照明节能控制电路

　　照明节能控制电路主要由 Zig Bee接口电路、交流电过零采集电路和白炽灯驱动电路组成，框图如图４所示。

　　智能家居照明节能的基本原理为控制流过白炽灯电流的大小，也可将其转换成通电时间的长短，因此需确定交流电过零点。

　　本节通过交流电过零采集电路确定交流电过零点，从而准确调控双向可控硅的导通角，以实现对白炽灯通电时间的控制。交流电过零采集电路用图５进行描述。

　　图５中，通过变压器将２２０Ｖ的交流电转换成低压交流电，低压交流电的电压是１６Ｖ，Ｄｌ代表全波整流桥，主要负责将低压交流电整流成１００Ｈｚ的脉动直流电。Ｒ１和Ｒ２为限流电阻，避免因电流过大导致与其相连的Ｕｌ光耦发光管被烧毁。在电压高于发光管导通电压的情况下，光耦中的光敏三极管将输出低电平，反之将输出高电平，即为中断信号。白炽灯驱动电路可通过继电器或可控硅进行驱动。继电器驱动电路属于机械动作，效率较低，无法满足系统功能需求。可控硅是一种关键的LED照明器件功率器件，能够有效用于高电压和高电流的控制。本节将可控硅作为功率控制器件，白炽灯驱动电路用图６进行描述。

　　图６中，MOC3022为光控可控硅，其不仅能够起到隔离的作用，防止控制器被外部高压信号损毁，而且可用于触发 Q1BAT06导通。控制器ＩＯ端口和MOC3022发光管的负极相连，在 IO口输出低电平的情况下，发光管被点亮，光控可控硅处于导通状态。Q1BAT06是双向可控硅，可流过交流电，且导通后即使触发信号消失，其仍可保持导通状态，直至无负载电流流过。交流电的各半波阶段均需输出触发信号，触发信号的输出时间直接影响灯泡亮度，随着可控硅导通时间的减少，白炽灯亮度逐渐降低，通过控制白炽灯亮度实现智能家居照明节能控制。

　　2、智能家居照明节能控制系统软件设计

　　在对智能家居照明节能控制系统进行软件设计时，系统选用嵌入式 Linux操作系统，因为 Linux操作系统具有丰富、内核稳定和网络功能丰富等特点。在本系统中，嵌入式图形界面ＧＵＩ选择ＱＴ／Ｅｍｂｅ－ｄｅｄ，引导程序选择Ｕ－Ｂｏｏｔ，根文件系统选择Ｙａｆｆｓ，Linux内核选用 Linux２.６版本。基于上述分析，基于嵌入式 Linux的智能家居照明节能控制系统的软件架构如图７所示。