基于AVR单片机控制的LED照明系统解决方案

一、项目概述

该系统以太阳能供电，以AVR单片机作为整个系统控制核心， 使LED照明系统能依据外在的环境进行智能最优化调节，从而实现智能化、人性化、个性化的控制与管理，使人感到方便、轻松、愉悦，提高人们的生活质量。
 
整个系统在充分挖掘利用AVR单片机资源的前提下，从能源（太阳能）,材料（LED），功能（智能家居）等多方面最大限度的体现了环保节能的思想，是未来的智能家居照明的一次尝试与实践。太阳能作为清洁、可再生的能源在人类生活中将取代传统的能源，而扮演越来越重要的角色。
 
LED被称为第四代照明光源或绿色光源，具有节能、环保、寿命长、体积小等优点，被认为是21世纪最有价值的新光源，将取代白炽灯和日光灯成为照明市场的主导。
 

 
LED照明系统的智能控制作为智能家居的基础部分，拥有很大的市场需求与广阔的市场前景。实现智能照明控制一般可以节约20—40%的电能，不但降低了用户电费支出，也减轻了供电压力。在家居生活中，智能化照明设备通过预设及储存不同的灯光场景，来调节房间内的灯光变化，迎合房间主人不同的需要。例如在客人探访、聚会，可能需要较明亮的灯光，而在欣赏古典音乐或轻音乐，则用柔和的灯光；而要把客厅变为家庭影院观看精彩影片，灯光更需要调得暗淡，这一切，都可以安坐在沙发上从容操作，省却以往费事费力逐一开灯关灯的麻烦。
 
因此，以清洁的太阳能作为供电模块，基于AVR单片机的控制的LED照明系统，根据外在环境进行节能调节，同时可以选择情景模式或自定义情景模式照明，以满足现实生活中不同生活场景对照明的需求，做到照明系统的智能化、人性化、个性化、环保化，符合未来智能家居的发展方向。
 
总之，智能照明系统将节能、低耗、长寿命、运行节约、以人为本等绿色和可持续照明的理念充分演绎。
 
二、需求分析

2.1 功能要求

1、采用太阳能供电

2、环境亮度检测：能够检测环境亮度，根据环境亮度进行自动的适宜亮度调节，当天气发生变化，系统能够自动调节，无论在什么场所或天气如何变化，系统均能保证室内的照度维持在预先设定的水平，进行智能化、节能化管理，做到低功耗。

3、红外人体感应：能够检测到有人进入感应范围并做相应的操作，人离开感应范围做相应的操作。

4、无线控制：能够无线控制LED，做到无线远程管理。

5、情景模式可选可定义：设置不同的情景模式供选择（如自动模式、定时模式、睡眠模式、会客模式、派对模式、西餐模式、影院模式等），从而控制LED等的颜色、亮度，灯光场景，发光方式等，并能在不同模式下配合不同音乐，以能适应在各种不同场合照明系统的要求。

6、电脑控制：可以在电脑接上电脑接口，就可以用电脑接口附带的应用控制介面，实现对整个房屋的灯多种控制功能，并可随意查询及定时反馈房屋灯光及电器开关状态。边上网边玩游戏，边享受智能控制的乐趣。（此项功能暂不列入设计，视最后作品进行改进）
 
2.2 性能要求

能够最大限度地实现低功耗。
 
三、方案设计

3.1 系统功能实现原理

原理：以AVR32单片机作为主机控制器，辅以太阳能充电电源模块，无线接收发射模块，分机采用Atmega8L作为控制，以无线接收模块、人体红外感应模块，环境亮度检测模块，LED照明模块，总体构成一个基于单片机控制的智能照明系统。
 
具体：

以AVR32作为主机控制器、Atmega8L 作为分机控制器，结合控制系统整体工作。

采用芯片 PT4115 驱动四颗串联 LED，输入电压范围从 6 伏到 30 伏，输出电流可调，最大可达到 1.2 安。 通过控制 PT4115 的 DIM 引脚可以很宽范围的 PWM 调光。
采用光敏三极管构成环境亮度检测模块，当前背景亮度信号经光敏三极管转换成电压信号，送至单片机内部的A/D 模块进行模数转换， 再根据 A/D 转换的数据控制 LED点亮的频率及占空比，实现实时亮度调节。

采用 CD-208 红外人体感应模块构成人体红外感应开关， 其静态电流为 65 微安， 感应范围在 7 米以内， 小于120°锥角。当有人进入感应范围则输出高电平，人离开感应范围则自动延时关闭高电平，输出低电平。

主机采用锂电池作为电源，同时用太阳能进行充电，做到当主机不使用遥控功能时，能用太阳能进行充电；分机采用铅酸电池储备备用电能， 并用太阳能电池进行充电；当停电时系统将会自动切换到备用电源。
 
系统结构框图

图1：主机部分系统结构框图

图2：分机部分系统结构框图

3.2 硬件平台选用及资源配置

主要：
AVR32单片机
EVK1100
AVR Dragon调试器
Atmega8L单片机
 
3.3系统软件架构

整个软件流程分为主机主程序、子程序，分机程序
 

图3：主机主程序

图4：主机子程序

图5：分机主程序

3.5 系统预计实现结果

以清洁的太阳能作为供电模块，基于AVR单片机的控制的LED照明系统，能够检测环境亮度据环境亮度进行自动的亮度调节，能够检测到有人进入感应范围并做相应的操作，能够做到无线远程管理。能够选择不同的情景模式供选择（如自动模式、定时模式、睡眠模式、会客模式、派对模式、西餐模式、影院模式等），从而控制LED等的颜色、亮度，灯光场景，发光方式等，并能在不同模式下配合音乐，以能适应在各种不同场合照明系统的要求。
 
总之，能够根据外在环境进行节能调节，同时可以选择情景模式或自定义情景模式照明，以满足现实生活中不同生活场景对照明的需求，梦幻灯光随心创造！

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