1. 概述
智能家居以家為平臺,,利用計算機技術(shù),、數(shù)字技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和綜合布線技術(shù),,將與家庭生活密切相關(guān)的防盜報警系統(tǒng)、家電控制系統(tǒng),、網(wǎng)絡(luò)信息服務(wù)系統(tǒng)等各子系統(tǒng)有機的結(jié)合在一起,。
通過中央管理平臺,讓家居生活舒適,、安全,、便利、節(jié)能,、健康,、環(huán)保。類似名稱的還有數(shù)碼家居,、數(shù)字字園,、網(wǎng)絡(luò)家庭、家庭自動化、E-HOME等等,。目前,,智能家居可為用戶提供家居安全報警、可視對講,、家電,、照明調(diào)光、設(shè)備的室內(nèi)外遙控,、電話遠(yuǎn)程控制,、INTERNET遠(yuǎn)程控制等多種功能。產(chǎn)品類型包括有線,、無線或者有線和無線結(jié)合,,無線方式具有無布線,移動,,安裝方便,、應(yīng)用場合廣等優(yōu)點逐漸成為應(yīng)用主流。
2. 方案設(shè)計
貝能科技采用IAI公司的無線系列芯片結(jié)合MICROCHIP的PIC系列單片機已開發(fā)出一系列的智能家居方案,,如小區(qū)的水氣無線抄表方案,、家居終端無線開關(guān)方案、無線燈光控制方案,、終端控制器大屏幕界面QVGA方案,、終端INTERNET接入方案等等。IAI公司的無線芯片系列具有集成度高,、外圍元件少,、功耗低、性能穩(wěn)定可靠等特點,,芯片內(nèi)部集成了FSK無線收發(fā)必需的全部功能模塊,,包括多邊帶PLL合成器、PA,、LNA,、混頻器、基帶濾波器,、中頻放大器,、信號強度指示RSSI、數(shù)據(jù)質(zhì)量偵測DQD,、電池電壓偵測,、AFC和微控制器等,同時MICROCHIP的PIC系列芯片單片機具有低功耗,、高穩(wěn)定性,、抗干擾性好等特點,。為此我司采用IA4421芯片已開發(fā)了兩種小通訊模塊PHY和EV-IA4421-433M-3,可以為用戶提供串口或者SPI接口,方便用戶使用和開發(fā),。
本文從軟,、硬件兩方面介紹一款智能燈光控制方案,該方案分為手持RF遙控和燈光控制兩部分,,可以通過手持設(shè)備實現(xiàn)家居燈光明暗的調(diào)節(jié),、全開全關(guān)、定時控制和軟啟功能,。
2.1 燈光控制部分硬件組成框架
燈光控制部分硬件組成框圖如圖1所示,,其中各部分接口電路如下:
圖1 無線燈光控制電路
圖2 非隔離電源電路圖
①非隔離電源電路為MCU和無線模塊提供工作電壓,如圖2所示,,采用PI的LinkSwitch-TN,,由于功率MOSFET和控制器集成在一個IC當(dāng)中,設(shè)計過程可得到極大地簡化,。電路路中所用元件數(shù)目很少,,無需變壓器,即可以利用設(shè)計速成部分,,使用標(biāo)準(zhǔn)元件完成常用輸出電壓和電流的設(shè)計,。
②無線模塊連接電路如圖3所示,PHY只需使用5個I/O口即可工作,,同時采用SPI兼容的控制接口作為數(shù)據(jù)通訊接口,,我們測試板也正是使用這種方式與PHY模塊進(jìn)行連接的。各個接口功能如下:SCK:SPI串口時鐘輸入,;SDI:SPI串口數(shù)據(jù)輸入,;NSEL:SPI片選輸入(低電平有效);SDO:SPI串口數(shù)據(jù)輸出,;NIRQ:中斷請求輸出(低電平有效),;PHY模塊用作數(shù)據(jù)。該模塊具有體積小,、功耗底等優(yōu)點,,非常適合用于無線設(shè)備上。
圖3 無線模塊連接電路
③調(diào)光模塊電路如圖4所示,,包括一個EMI濾波器、一個無源功率因數(shù)校正,、鎮(zhèn)流器控制和燈諧振輸出級,,輸出級采PWM輸出驅(qū)動信號,通過驅(qū)動變壓器驅(qū)動半橋MOS管,,實現(xiàn)燈光的控制,。
圖4 調(diào)光控制電路
2.2 手持RF遙控部分硬件組成框架
手持RF遙控部分硬件組成框架如圖5所示,,具體電路接口如下

圖6 按鍵電路
①按鍵電路如圖6所示,
4*4輕觸按鍵作為用戶的輸入,,用戶按鍵的輸入判斷是采用普通的I/O方式,。具體每個按鍵定義為,可以根據(jù)開發(fā)著設(shè)計需要而定。
②無線模塊連接電路與手持RF無線模塊的電路與燈光控制部分基本一樣,,電路如圖3所示,,都是使用SPI方式與無線模塊通信。
③電源電路如圖7所示,,手持遙控使用5V~9V干電池為系統(tǒng)供電,。

圖7 電源電路
2.3 燈光控制軟件組成框
軟件流程如圖8所示,分為系統(tǒng)初始化,、主循環(huán)流程與中斷服務(wù)程序,,各功能說明分別如下:
①MCU初始化函數(shù):包括MCU定時器的設(shè)置、PWM設(shè)定,、中斷設(shè)置和各個I/O口的輸入,、輸出設(shè)置等等。
②IA4421初始化:對IA4421各個寄存器進(jìn)行設(shè)定,,包括頻率,、發(fā)送速率、發(fā)送功率,、頻偏等設(shè)置,。
③主循環(huán)程序:主要包括無線信號的檢測和工作電流電壓的檢測。
主循環(huán)程序是軟件的基本控制部分,,為一個無限循環(huán)程序,,通過這一系列的管理函數(shù),不斷的檢測事件的發(fā)生并執(zhí)行相應(yīng)的功能操作,。包含許多子程序,,諸如:Check if it’s time to execute events(定時器時間事件處理)、通信握手識別,、地址識別,、PWM輸出處理、電流電壓采樣處理,、電源管理等等,。

圖8 軟件流程圖
2.3 手持RF遙控軟件組成框架
軟件流程圖如圖9所示,軟件系統(tǒng)包括:MCU初始化,、變量初始化,、IA4421初始化、主程序的循環(huán)檢測,。
主循環(huán)程序包括用戶按鍵輸入檢測,、無線數(shù)據(jù)發(fā)送,、無線信號的接收和反饋數(shù)據(jù)的處理,正確發(fā)送用戶輸入的信息以及把燈光控制狀態(tài)及時反饋回手持設(shè)備,,讓用戶一目了然,。

圖9 RF遙控軟件流程圖
3. 小結(jié)
本文介紹的智能化燈光控制方案,可以通用到任一智能家居設(shè)計方案中,,方便的應(yīng)用于各種智能家居系統(tǒng)上,。