基于觸摸技術(shù)的智能LED照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

葉茂　關(guān)蓓蓓　曹志芬　張競　王康民　蘭歡　陳昊

摘 要：隨著LED照明以及觸摸傳感技術(shù)的快速發(fā)展，文章提出一種基于觸摸技術(shù)的智能LED照明控制系統(tǒng)。采用電容觸摸傳感技術(shù)設(shè)計(jì)觸摸式開關(guān)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機(jī)械式開關(guān)；通過恒定電流、脈寬調(diào)制（PWM）等技術(shù)控制LED的照度與顏色調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、智能化的LED照明方式。該系統(tǒng)不僅可以實(shí)現(xiàn)LED照明的亮度調(diào)節(jié)、色彩調(diào)節(jié)、場景設(shè)置，同時具有溫濕度采集、手機(jī)APP控制等功能。

關(guān)鍵詞：觸摸技術(shù)；LED照明；智能控制；ARM處理器

1 概述

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科技力量的提高，人們對于照明控制方式的要求也越來越高，逐步從傳統(tǒng)的機(jī)械開關(guān)走向智能化的觸摸控制。LED因其具有的發(fā)光效率高、耗電量少、使用壽命長、安全可靠性強(qiáng)、環(huán)保衛(wèi)生等優(yōu)越性，使得LED照明的應(yīng)用前景在全世界都掀起了高潮，被寄予了厚望[1]。

近幾年，觸摸技術(shù)的快速發(fā)展使得各種觸控設(shè)備的應(yīng)用范圍逐漸加大。從手機(jī)、相機(jī)等電子產(chǎn)品到觸摸開關(guān)、觸摸屏等工業(yè)產(chǎn)品，觸摸產(chǎn)品逐漸被更多人認(rèn)可和使用。

針對LED照明在照明領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，文章設(shè)計(jì)了一種基于觸摸技術(shù)的智能LED照明控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化、智能化的LED照明方式，系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)LED照明系統(tǒng)的智能控制，主要包含核心控制模塊、傳感器模塊、觸摸面板、LED驅(qū)動模塊以及電源模塊等，其硬件設(shè)計(jì)原理圖如圖2所示：

2.1 控制模塊

本終端的核心模塊采用嵌入式ARM處理器：STM32F051，STM32系列微控制器使用來自于ARM公司具有突破性的Cortex-M3內(nèi)核，工作頻率為72 MHz，內(nèi)置高速存儲器，具有豐富的增強(qiáng)I/O 端口和外設(shè)：包含多達(dá) 18 電容感應(yīng)通道支持接近、觸摸按鍵，線性和旋轉(zhuǎn)觸摸傳感器；另外還有多達(dá)11個定時器以及多個通訊接口，專門應(yīng)用于觸摸產(chǎn)品的設(shè)計(jì)[2]。

2.2 傳感器模塊

傳感器模塊包含光照度檢測模塊和人體檢測模塊兩種：光照度檢測模塊采用光照傳感器芯片TSL2561，是一種專門用于檢測光照強(qiáng)度的數(shù)字芯片，TSL2561內(nèi)部使用了兩個光敏二極管，分別作為通道0和通道1，同時在其內(nèi)部集成了兩個A/D轉(zhuǎn)換器，用于將檢測到的光照信息由模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號輸出；人體檢測模塊采用人體熱釋電傳感器用于檢測是否有人存在，通過傳感器模塊可以實(shí)現(xiàn)“亮度調(diào)節(jié)，人來燈開，人走燈滅”的效果[3]。

2.3 觸摸面板模塊

觸摸面板模塊基于電容自身的電荷轉(zhuǎn)移特性，實(shí)現(xiàn)電容式觸摸傳感檢測，利用新一代ARM處理器STM32F051系列的觸摸軟件庫設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)LED照明開關(guān)按鍵、滾動條亮度調(diào)節(jié)的操作，其電路設(shè)計(jì)原理圖如圖3所示。

2.4 LED驅(qū)動模塊

LED驅(qū)動模塊采用一款LED驅(qū)動專用芯片PT4115，該芯片是一款連續(xù)電感電流導(dǎo)通模式的降壓恒流源，用于驅(qū)動一顆或多顆串聯(lián)LED。PT4115 輸入電壓范圍從8 伏到30 伏，輸出電流可調(diào)，最大可達(dá)1.2 安培。PT4115 內(nèi)置功率開關(guān)，采用高端電流采樣設(shè)置LED平均電流，并通過DIM引腳可以接受模擬調(diào)光和很寬范圍的PWM調(diào)光；當(dāng)DIM的電壓低于0.3伏時，功率開關(guān)關(guān)斷，PT4115進(jìn)入極低工作電流的待機(jī)狀態(tài)[4]。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

在軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，我們移植了嵌入式操作系統(tǒng)μC/OS-II，由μC/OS-II操作系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序的多任務(wù)處理及調(diào)度。首先針對控制器的功能確定在μC/OS-II中建立Task的數(shù)量，優(yōu)先級和任務(wù)，IDLE Task是優(yōu)先級最低的，主要在系統(tǒng)空閑時運(yùn)行，Task1是完成顯示的功能， Task1是最高一級的任務(wù)，主要用來響應(yīng)中斷和定時的作用，所有的Task都在系統(tǒng)的調(diào)度下有序進(jìn)行，高優(yōu)先級的任務(wù)可以終端低優(yōu)先級的，一個任務(wù)對應(yīng)一個進(jìn)程，任務(wù)結(jié)束了進(jìn)程也就結(jié)束了，直到任務(wù)再次被調(diào)用。

4 結(jié)束語

文章提出一種基于觸摸技術(shù)的智能LED照明控制系統(tǒng)，綜合運(yùn)用嵌入式技術(shù)、傳感器技術(shù)等實(shí)現(xiàn)了LED照明的智能化管理?；陔娙萦|摸感應(yīng)原理設(shè)計(jì)了觸摸面板代替了傳統(tǒng)的機(jī)械開關(guān)，控制更便捷，使用更方便。同時通過光照度傳感器和人體熱釋電傳感器實(shí)現(xiàn)了智能化的LED照明控制，有效地節(jié)約了能源。

本系統(tǒng)充分利用LED照明技術(shù)實(shí)現(xiàn)通用照明應(yīng)用的需求，在節(jié)約能源的同時研究智慧之光，打造智能LED照明控制系統(tǒng)，具有極大的市場前景。

參考文獻(xiàn)

[1]毛興武.新一代綠色光源LED及其應(yīng)用技術(shù)[M].北京：人民郵電出版社，2008.

[2]意法半導(dǎo)體.STM32F051中文資料.http：//www.st.com/web/cn/home.html.

[3]虞楊陽，余紅英.基于TSL2561的溫室智能調(diào)光系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].科學(xué)之友，2011，4：12-13.

[4]麻朋威.基于PT4115的LED照明燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].科技視界，2015，16：69-70.