嵌入式开发中如何自己制造智能照明系统

项目背景

显而易见，智能照明的需求在日渐增长，到2025年，全球智能照明的市场规模将达到370亿美元。一些公司选择从老式的荧光灯管升级到可以在自定义色温和亮度下工作的LED照明单元，而LED越来越受欢迎的原因在于它不仅可节省能源，而且在某些特定情况下也十分有益于身心健康。

研究表明，不同的色温对人体有不同的效果，热色温可以使人放松，而冷色温通常能帮助人们集中精力。因此，如果我们能根据时间来动态地控制色温及强度，那么我们将能最大程度对色温进行优化，这将有益于公司员工的身心健康。

智能照明系统可以根据时间自动调节色温和照明强度，同时也可以检测周围光线是否充足，同时可以检测到是否有人在活动。

项目开发工具智能照明系统是一个中高级的嵌入式开发项目，它基于Windows10 64位系统开发完成。在这个项目中，我们使用了以下评估和开发工具。

Microchip Technology PIC18F47K42 Curiosity Nano评估套件是一款评估套件，它具有完整的编程和调试功能，核心MCU集成了大量的独立接口、智能模拟外设和较大的闪存空间。该套件采用MPLABX IDE管理MCU并逐步完成调试。板载的调试器更给开发者在原型设计阶段提供很多便利，MPLABX会让这个评估套件的性能更强大，因为它可以让开发者轻松地载入大量的适配Mikroe Click Boards的库。

Mikroe RTC5 Click开发工具集成了MCP79510时钟芯片，该芯片使用SPI协议和可编译中断。这个开发工具可以为微控制器提供实时太阳时间，对于闰年和小于31天的月份，它都会进行自动补偿。

Mikroe MIKROE-3601 Ambient 7 Click光学传感器开发工具可以用来检测环境光的强度，因为它配备了一枚由OSRAM Opto Semiconductors生产的SFH 5701 A01，此传感器可以提供精确的测量数据，并将其转换成模拟电压。

Mikroe Motion 2 Click光学传感器开发工具能够检测是否有人在活动，该开发工具配备了一枚Panasonic生产的EKMC1607112运动传感器，同时还配备了一枚Toshiba生产的TLP241A（LF1，F光耦固态继电器。当检测到人的活动时，该开发工具会送出一个中断信号，触发微控制器上的相关程序。在使用开发工具前，EN针应该被设置成逻辑低电位。

Microchip传感器开发套件QT7 Xplained Pro可以评估自电容触摸的防水性和抗噪性，它包括了一个自电容滑动触摸传感器、两个自电容触摸按钮，以及8个LED，用来给触摸传感器提供反馈。在这个项目中，我们只使用两个触摸按钮，因为8位微控制器只能提供有限的GPIO针。

Microchip Technology MPLABX集成开发环境 （IDE）是一个可扩展的、高度可调的软件程序。它使设计者能够探索、配置、开发和调试绝大多数基于Microchip微控制器和数据信号控制器的项目。

系统配置和连接系统配置包括了MPLABX IDE/MPLABXC8编译器/MCC的安装、新项目创建、库的安装、MCC设置，以及硬件连接等。库安装过程中，先打开MCC，找到Versions［MCC］，并且需要找到MikroElektronika Click Library和mTouch Capacitive Sensing Library，然后选择载入。在Versions［MCC］中找到相应的Device Resources，添加mTouch、PWM6、PWM8、TMR2和RTC5。MCC设置包含了System Module、Gird View Pin Manager及Pin Module的分配、中断设置、TMR2以及PWM等过程。在System Module设置中，需要选择HFINTOSC，因为它可以提供64MHz 的时钟，因此采样速率很高。在TMR2设置中，选择FOSC/4来输出PWM。将Prescaler设置成1:128，得到500Hz的信号，通常我们的LED电源只识别100-1000Hz的信号。在PWM设置中，选择Timer2。

mTouch设置包含了创建两个按钮，分别命名为Button1和Button2，用于不同工作模式的选择。TMR1和TMR3设置，需要选择LFINTOSC，将Prescaler设置为1:2，并将TimePeriod改成4s。这样，这两个Timer可以检测到3s以上的触摸。但在这个项目中没有利用这个功能，只是为了兼容性而初始化了这两个Timer。

系统设置完成以后，需要进行硬件连接。在项目开发过程中，我们使用Autodesk EAGLE来设计电路示意图，硬件连接如图6所示：

系统调试及验证

使用micro USB线给系统供电，将壁挂式AC适配器连接到LED照明条上。打开项目文件，将其载入到微控制器上，并在rtcc5_example.c中调整时间。

当RTC的时间设置在7:00和19:00之间并且按下触摸按钮1，系统会在自动和手动模式间切换。在自动模式下，色温根据时间而变化，每小时变化一次。而在手动模式下，按下按钮2将在不同的色温之间循环，默认状态是关闭。

在ambient.c中调试Ambient 7 Click光学传感器开发工具的灵敏度，在实际使用过程中，可能需要多次调试。光学传感器在7:00到19:00的时间范围内检测环境光，每十分钟进行一次。如果检测到的环境光不足，LED照明条的暖色温和冷色温频道都会被启用到100%。按触摸按钮1两次，系统会回到自动模式；再按一次，则系统会回到手动模式。在这个情况下，触摸按钮2没有被编译。

当时间设置在19:00到7:00之间时，Ambient 7 Click光学传感器开发工具会被关闭，但Motion 2 Click光学传感器开发工具会被启用。如果检测到有人在活动，LED照明条的暖色温和冷色温频道都会被启用到100%。LED照明条可以通过触摸按钮2来被手动开启或关闭。在这个情况下，触摸按钮1没有被编译。

项目总结

虽然本项目的程序逻辑和硬件连接都有提高的空间，但这个项目大胆地将我们带入了智能照明的时代，不仅适用于个人住所，更适用于办公室环境。更重要的是，本项目突出了办公室智能照明的重要性，因为人们每天都要在办公室里至少度过8个小时，这个智能系统达到了根据太阳时间来改变色温的功能，帮助公司员工保持精力集中并得到适度放松。

责任编辑：haq