基本信息
- 項目名稱：
- 智能家居照明供電和調光系統(tǒng)
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 設計了一種能夠按照人的意愿調節(jié)室內光照強度的智能調光系統(tǒng)。采用單片機和CPLD來產(chǎn)生占空比可調的PWM波。本系統(tǒng)能夠對室內外的光照和人們的需求進行綜合計算分析，從而將光照調節(jié)到最適宜的強度。系統(tǒng)還允許用戶通過上位機對其進行訪問，參數(shù)修改和功能設置。此外，本系統(tǒng)采用了智能太陽跟蹤式太陽能供電，而且太陽能電池板可以跟隨陽光而轉動，以達到更高的能源采集效率。
- 詳細介紹：
- 本作品是一個完整的智能供電和調光照明系統(tǒng)，包含： ① 一個可以遠程控制的智能調光控制器。以單片機C8051F020為核心，接收上位機的命令，分析處理后對CPLD發(fā)出信號，調整CPLD產(chǎn)生的PWM的占空比，改變受控LED燈的亮度，最終改變室內光照強度。 室內的光照控制系統(tǒng)可以提供自動照明模式，不需手動開關，就可以在不同情況下自動檢測、調整以使得室內光照最適宜；有特殊需求時，用戶還可以設定自定義模式。 ② 一套可以根據(jù)太陽光線情況，自動調整太陽能電池板角度及方向的太陽能蓄電系統(tǒng)。以AVR單片機為核心，具有傳感器、太陽能電池板。單片機接收傳感器信息，分析判斷當前位置是否為光照最強位置，若不是，則對電機發(fā)出轉向命令，直到電池板到達最佳光強位置。 ③ 一個布局LED光源的房屋的仿真模型。太陽能蓄電系統(tǒng)置于房屋外部，可以把太陽能轉化為電能并提供給整個調光系統(tǒng)使用。 ④一個人機交互系統(tǒng)。由Visual Basic 編寫，用于對系統(tǒng)工作方式、控制參量進行更改。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 本作品的設計靈感來源于人們對未來理想家居環(huán)境中個性化的光照需求以及節(jié)能、環(huán)保的供電要求。 我們的設計以提高家居照明系統(tǒng)的自動化程度為出發(fā)點。采用了體積小巧且成本低廉的單片機C8051F020作為控制器； 加入CPLD模塊，以此實現(xiàn)多路燈同時控制的效果；采用TSL2561芯片作為傳感器，可以獲得高精確度的實時光照強度數(shù)據(jù)，反饋給控制器。此外，為了使得整個系統(tǒng)對用戶更加友好，我們設計加入了上位機模塊，具有窗口化、易操作的界面。 相比于其它的同類作品，我們的創(chuàng)新點在于： 1、提供了完整的新型節(jié)能家居照明范例； 2、引入CPLD為單片機控制器提供邏輯控制服務，方案簡單，成本低，可擴展性好； 3、實現(xiàn)了多路燈同時控制的目的。 主要技術關鍵: 1、選用低成本的單片機C8051F020作為控制器芯片； 2、自定義單片機和CPLD之間的四線通信協(xié)議，簡單實用； 3、用伺服電機實現(xiàn)太陽能電池板的雙自由度調節(jié)，使用了高精度的電機控制技術 4、采用VB編寫上位機人機交互界面。 技術指標： 1、在標準模式下，經(jīng)由系統(tǒng)調控，可以得到的光照強度范圍為：30—650 lux，這個范圍已經(jīng)足夠滿足生活中的光照強度需求。 2、目前同時實現(xiàn)14路燈光的控制，同時涵蓋多個房間。 3、目前每路最多可以帶載4個工作電壓為3V的高亮LED燈。若增加驅動能力，燈的路數(shù)和每路的帶載個數(shù)還可以繼續(xù)增加。 4、太陽能系統(tǒng)中的電池板可以在垂直角度為15°到165°，水平360° 。
科學性、先進性
- 現(xiàn)有的自動光照控制系統(tǒng)通常有以下兩類控制方案： 1、以單片機作為控制器，利用傳感器采集室內環(huán)境光照度，采用脈寬調制方法調節(jié)MOS管，進而調節(jié)LED的發(fā)光亮度，最終維持室內光照度在一個設定的水平。 2、基于ARM9芯片與ZigBeeCC2480芯片控制的、應用于家居中的智能無線照明系統(tǒng)。用戶可以控制協(xié)調器通過路由器向該路由器節(jié)點上的任意一個終端設備發(fā)送信號，終端設備接收到命令并產(chǎn)生PWM信號，實現(xiàn)對LED的多級調光控制。 現(xiàn)有的研究通常都完成了采用單片機對LED燈做控制的目的，同時加入檢測環(huán)節(jié)使得系統(tǒng)自動控制。加入的ZigBee模塊使得無線控制成為可能。 但是由于實際生活中，使用者大多不是開發(fā)者，現(xiàn)有的研究缺乏友好的人機交互；此外，實際生活中每個LED燈自有一個控制器非常不現(xiàn)實，因此一個控制器同時控制多路燈非常重要。這也是我們采用CPLD的原因。
獲獎情況及鑒定結果
- 2011年3月獲“北京市大學生科學研究與創(chuàng)業(yè)行動計劃”作品 學校二等獎
作品所處階段
- 中試階段
技術轉讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 實物、產(chǎn)品；現(xiàn)場演示；圖片
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 交互控制軟件可以安裝在任何一臺商用計算機上。軟硬件系統(tǒng)運行后，可以選擇自動控制模式。若使用者有個人需求，可選擇自定義模式，在彈出的窗口中對各個房間光照進行設置。完畢后保存并執(zhí)行，系統(tǒng)就會按照設定執(zhí)行。 相較于其他同類作品，本作品優(yōu)勢在于一個控制器可以同時控制多路LED燈，非常實用；上位機人機交互界面非常友好，易于使用。 本作品控制部分成本低、使用方便，安裝簡單，加之太陽能自動調節(jié)及供電系統(tǒng)設計理念先進，節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點，可以很方便地推廣到簡單多居室房屋或別墅中使用。不僅可以提高居室個性化照明質量，也為智能家居的環(huán)境控制提供一個很好的系統(tǒng)解決方案。隨著經(jīng)濟發(fā)展和節(jié)能技術的應用，可以推廣到更多人家。
同類課題研究水平概述
- 現(xiàn)有的自動光照控制系統(tǒng)通常有以下兩種控制方案： 1、以AVR單片機作為控制器，利用光照傳感器采集室內環(huán)境光照度，采用脈寬調制方法調節(jié)MOS管，進而調節(jié)LED的發(fā)光亮度，最終維持室內光照度在一個設定的水平?！?】 2、基于ARM9芯片與ZigBeeCC2480芯片控制的、應用于家居中的智能無線照明系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有上電自組網(wǎng)的功能，用戶可以控制協(xié)調器通過路由器向該路由器節(jié)點上的任意一個終端設備發(fā)送信號，終端設備接收到命令并產(chǎn)生PWM信號，實現(xiàn)對LED的多級調光控制?！?】 現(xiàn)有的研究基本都是以單片機為控制器，發(fā)送PWM波信號對LED的光照強度進行控制。外加光照強度檢測裝置形成閉環(huán)控制。當室外光強較強時,室內燈具亮度自動調暗,室外光強較弱時,室內燈具亮度自動調亮,從而達到自動控制光照強度目的。加入ZigBee模塊，允許無線通訊，使得系統(tǒng)使用更方便?？梢越鉀Q傳統(tǒng)照明系統(tǒng)具有布線麻煩、可擴展性差、節(jié)能效率低等缺點。 上述成果的缺點有：操作不易，人機交互不友好；一個控制器難以同時控制多路燈，實用性差；采用的ZigBee雖然可以實現(xiàn)無線通訊，但是由于ZigBee技術本身的特點，不能實現(xiàn)遠程控制，僅僅解決了接線復雜的問題，實際應用缺陷仍然存在；采用市電供給整個系統(tǒng)使用，沒有真正上實現(xiàn)綠色家居。 本作品主要針對以上問題進行了設計， 給出了一套低成本、可擴展、理念先進的解決方案。
