能让家更智能的嵌入式Linux照明节能系统方案

嵌入式linux是将日益流行的Linux操作系统进行裁剪修改，使之能在嵌入式计算机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，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 ZigBee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ZigBee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。ZigBee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 WI-FI接口电路设计

WI-FI模块选用海华公司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/gWLAN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。WI-FI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ZigBee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半导体器件功率器件，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。

3、照明节能控制引导程序设计

照明节能控制引导程序主要用于对整个系统中的全部灯具进行节能控制，当上位机发出控制指令时，利用S3C2410A处理器进行处理，写入多路开关控制数据，通过照明节能控制电路实现智能家居照明节能控制。

实验结果分析为验证本文设计的基于嵌入式Linux的智能家居照明节能控制系统的有效性，进行了相关实验分析。

图8描述的是智能家居照明节能控制系统控制终端，在控制终端即可对灯开关和亮度进行调控。为了验证本文系统的有效性，将KNX总线系统和WSN系统作为对比，对某智能家居进行照明节能控制，得到的节能结果如表1～3所示。