【正文】 基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊邏輯有機結(jié)合的神經(jīng)模糊技術(shù)，已成為近年來的一個熱門課題。人工智能技術(shù)在建筑與照明中的應(yīng)用趨勢不斷擴大。在智能建筑中的智能照明、供熱、空調(diào)、通訊及辦公設(shè)備將全部由電子計算機進行控制與管理。此外計算機在照明設(shè)計和測試方面也得到廣泛應(yīng)用。智能照明控制系統(tǒng)是指用計算機技術(shù)并輔助以其它手段，對電力照明實行自動控制，提供合適照明光環(huán)境的同時降低照明系統(tǒng)電能消耗和其它使用費用。智能照明控制系統(tǒng)主要由輸入裝置、處理器和執(zhí)行器三個部分組成。輸入裝置包括傳感器、定時裝置和控制面板或遙控器。執(zhí)行器與燈具直接連接，控制燈光回路的閉合或斷開和調(diào)節(jié)燈光到相應(yīng)的水平，包括手動開關(guān)。美國LCamp。國內(nèi)生產(chǎn)的真善美智能照明系統(tǒng)具有集中控制、多點操作、集中顯示、停電自鎖、免打擾、遙控功能等智能功能，使家居生活更加方便和舒適。（2）國內(nèi)一些智能照明控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)集中控制和集中顯示，具有一定的智能性，但其只能控制房間中的一個燈或一組燈的開、關(guān)，不能實現(xiàn)場景控制，也不能對燈光的亮度進行調(diào)節(jié)，不能產(chǎn)生多種照明效果。系統(tǒng)設(shè)計主要包括硬件和軟件兩大部分，依據(jù)控制系統(tǒng)的工作原理和技術(shù)性能，將硬件和軟件分開設(shè)計。硬件電路是采用結(jié)構(gòu)化系統(tǒng)設(shè)計方法，該方法保證設(shè)計電路的標(biāo)準化、模塊化。硬件電路設(shè)計還包括輸入輸出接口設(shè)計，畫出詳細電路圖，標(biāo)出芯片的型號、器件參數(shù)值，根據(jù)電路圖在仿真機上進行調(diào)試，發(fā)現(xiàn)設(shè)計不當(dāng)及時修改，最終達到設(shè)計目的。 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主要由三部分組成：（1）上位機系統(tǒng)；（2）下位機系統(tǒng)；（3）通信系統(tǒng)。如圖11所示圖11 有線通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖2上位機系統(tǒng)系統(tǒng)的主控制器通過RS485總線將數(shù)據(jù)或命令發(fā)送給分控制器，同時將信息送給數(shù)碼顯示單元進行顯示，并有看門狗電路對運行程序進行有效監(jiān)視。圖12 主控制器硬件電路結(jié)構(gòu)框圖3下位機系統(tǒng)分控制器硬件電路結(jié)構(gòu)如圖13所示。在確保室內(nèi)正常照明同時，可有效防止無人燈（無人時開燈）﹑無效燈（光線亮?xí)r開燈）、無限燈（休息時間開燈），從而達到節(jié)電目的。關(guān)系如果假設(shè)：室內(nèi)光線強度為A：光線強時A=1，光線弱時A=0；人體信號為B：有人時B=1，無人時B=0；作息時間為C：上課時C=1，休息時C=0；電燈開關(guān)狀態(tài)為D：合時D=1，斷開時D=0。由真值表可得出系統(tǒng)邏輯函數(shù)表達式為：D=AC信號室內(nèi)光信號人體信號時鐘信號電燈的開關(guān)狀態(tài)參數(shù)自然光照度人體作息時間邏輯狀態(tài)強無休息斷強無上課斷強有休息斷強有上課斷弱無休息斷弱無上課斷弱有休息斷弱有上課合表11 系統(tǒng)邏輯表12 系統(tǒng)邏輯真值表信號室內(nèi)光信號人體信號時鐘信號電燈的開光狀況參數(shù)自然光信號人體作息時間符號ABCD邏輯狀態(tài)10001010110011100000001001000111本章介紹了照明控制系統(tǒng)在智能樓宇中的應(yīng)用、發(fā)展以及所使用的主要專業(yè)技術(shù)。本文所研究的照明控制系統(tǒng)主要使用了單片機應(yīng)用技術(shù)、有線通信技術(shù)和無線數(shù)傳技術(shù)。2基于單片機的照明控制系統(tǒng)的設(shè)計框架與性能 系統(tǒng)設(shè)計要點系統(tǒng)設(shè)計主要包括硬件和軟件兩大部分，依據(jù)控制系統(tǒng)的工作原理和技術(shù)性能，將硬件和軟件分開設(shè)計。軟件設(shè)計部分，首先在總體設(shè)計中完成系統(tǒng)總框圖和各模塊的功能設(shè)計，擬定詳細的工作計劃；然后進行具體設(shè)計，包括各模塊的流程圖，選擇合適的編程語言和工具，進行代碼設(shè)計等；最后是對軟件進行調(diào)試、測試，達到所需功能要求。硬件電路是采用結(jié)構(gòu)化系統(tǒng)設(shè)計方法，該方法保證設(shè)計電路的標(biāo)準化、模塊化。硬件電路設(shè)計還包括輸入輸出接口設(shè)計，畫出詳細電路圖，標(biāo)出芯片的型號、器件參數(shù)值，根據(jù)電路圖在仿真機上進行調(diào)試，發(fā)現(xiàn)設(shè)計不當(dāng)及時修改，最終達到設(shè)計目的。此編程工具相比匯編語言具有結(jié)構(gòu)化、適用范圍大、可移植性好等特點。 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主要由三部分組成：（1）上位機系統(tǒng)；（2）下位機系統(tǒng)；（3）通信系統(tǒng)。有線通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖21所示。 圖21有線通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)也是由主控制器和分控制器兩部分組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖22所示。圖22無線數(shù)傳系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖系統(tǒng)的主控制器通過RS485總線或無線數(shù)傳模塊將數(shù)據(jù)或命令發(fā)送給分控制器，同時將信息送給數(shù)碼顯示單元進行顯示，并有看門狗電路對運行程序進行有效監(jiān)視。分控制器接收主控制器的發(fā)來的數(shù)據(jù)和命令，通過可控硅電路對照明燈具進行開關(guān)、亮度控制，并且利用實時時鐘芯片對照明燈具進行定時開關(guān)控制。 圖23主控制器硬件電路結(jié)構(gòu)框圖圖24分控制器硬件電路結(jié)構(gòu)框圖系統(tǒng)在單片機的控制之下完成數(shù)據(jù)的通信、顯示，同時能夠控制照明燈具，其硬件電路只是系統(tǒng)的實施工具，大量的工作是由軟件來完成的。3 系統(tǒng)性能指標(biāo)及技術(shù)要求（1） 照明啟?？刂葡到y(tǒng) ① 全開 ② 全關(guān) ③ 單獨開 ④ 單獨關(guān)（2） 照明亮度控制系統(tǒng) ① 全部亮度調(diào)節(jié) ② 單獨亮度調(diào)節(jié)（3） 定時控制系統(tǒng) ① 對全部照明燈進行定時控制② 對每個照明燈進行定時控制本章主要從系統(tǒng)設(shè)計要點、系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)性能指標(biāo)及技術(shù)要求三方面對所研究的照明控制系統(tǒng)的設(shè)計框架和性能進行了闡述，該系統(tǒng)由一個主控制器與若干個分控制器組成，系統(tǒng)的設(shè)計首先要從硬件方面著手，在繪制出正確的電路圖后，再按功能要求編制出相應(yīng)的軟件程序，最終要達到所要求的性能指標(biāo)。圖31 系統(tǒng)硬件總述圖本系統(tǒng)采用了ATMEL公司MCS51系列單片機中的AT89C51芯片，它是低壓高性能CMOS 8位微處理器，帶有4k字節(jié)Flash閃速存儲器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，15個I／O口線，兩個16位定時／計數(shù)器，—個5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口。主控制器系統(tǒng)的外圍接口電路由鍵盤、數(shù)碼顯示及驅(qū)動電路、晶振、看門狗電路、通信接口電路等幾部分組成。圖32主控制器系統(tǒng)的硬件電路原理圖 鍵盤的接口設(shè)計鍵盤的結(jié)構(gòu)形式有兩種，即獨立式按鍵和矩陣式鍵盤。該形式的鍵盤，每個按鍵開關(guān)位于行列的交叉處，采用逐行掃描的方法識別鍵碼。每當(dāng)按下一個鍵時，對應(yīng)的行線與列線就會連通，這樣單片機就能檢測出信號，并通過鍵盤掃描程序?qū)︽I盤進行掃描，以識別被按鍵的行、列位置。～，經(jīng)7447芯片后，翻譯成7段數(shù)碼管a、b、c、d、e、f、g相應(yīng)的段，并輸出點亮數(shù)碼管相應(yīng)的段。4個7段數(shù)碼管都被接成共陽極方式。MR與WDO經(jīng)過一個二極管連接起來，RESET接單片機的復(fù)位輸入腳RESET，MR經(jīng)過一個復(fù)位按鈕接地。 （2）對+5V電源進行監(jiān)視：當(dāng)+5V電源正常時，RESET為低電平，單片機正常工作；當(dāng)+5V電源電壓降至+，RESET輸出高電平，對單片機進行復(fù)位。（4）手動復(fù)位：如果需要對系統(tǒng)進行手動復(fù)位，只要按下手動復(fù)位按鈕，就能對系統(tǒng)進行有效的復(fù)位。信號經(jīng)過采集送入A/D轉(zhuǎn)換電路，通過單片機處理后，最終作為系統(tǒng)應(yīng)用程序進行開關(guān)燈判斷的依據(jù)。本系統(tǒng)中，信號的測量范圍的電壓：—。)1LSB Max，芯片體積小等特點。圖33 光信號取樣電路 Microwire串行總線性能介紹Microwire總線是美國國家半導(dǎo)體（NS）公司推出的三線同步串行總線。為了區(qū)別于原有的Microwire總線，稱這種新產(chǎn)品為增強型的Microwire／PLUS總線。圖34Microwire總線系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu) TLC1549的接口設(shè)計TLC1549采用了Microwire串行接口方式，其接口時序如圖35所示，在芯片選擇（CS）無效情況下，I/O CLOCK最初被禁止且DATA OUT處于高阻狀態(tài)。串行接口然后把I/O CLOCK序列提供給I/O CLOCK并從DATA OUT接收前次轉(zhuǎn)換結(jié)果。開始10個I/O 時鐘提供采樣模擬輸入的控制時序。10位數(shù)據(jù)通過DATA OUT 被發(fā)送到主機串行接口。如果I/O CLOCK 傳送大于10個時鐘長度，那么在的10個時鐘的下降沿，內(nèi)部邏輯把DATA OUT拉至低電平以確保其余位的值為零。由于可能破壞輸出數(shù)據(jù)，所以在接近轉(zhuǎn)換完成時要小心防止CS被拉至低電平。圖35TLC1549引腳及與A/D接口電路圖36 TLC1549方式1時序圖 TCL1549的數(shù)據(jù)采集程序設(shè)計/* AetAD()TLC1549數(shù)據(jù)采集*/sbit ADCLK=P1^0。sbit ADCS=P1^2。uint vol。w=PickCount。vol=0。//開啟控制電路，使能DATA OUT和I/O CLOCKfor(i=1。i++)//采集10位串行數(shù)據(jù){//給一個脈沖ADCLK=1。if(ADOUT)vol|=0x01。}ADCS=1。//兩次轉(zhuǎn)換間隔大于21usP0=0xff。(1)人體紅外探頭熱釋電紅外傳感器能以非接觸形式檢測出人體輻射的紅外線,并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘枴嶋H使用時,在熱釋電傳感器前需安裝菲涅爾透鏡,這樣可大大提高接收靈敏度,增加檢測距離及范圍。而配上菲涅爾透鏡后,其檢測距離可增加到10 m 以上(2)熱釋紅外傳感器熱釋電人體紅外線傳感器是上世紀80年代末期出現(xiàn)的一種新型傳感器件，現(xiàn)在已得到越來越廣泛的應(yīng)用，從原理上分析，它主要有主動式和被動式兩類。熱釋電紅外傳感器（以下簡稱：傳感器）由敏感單元、阻抗變換器和濾光窗等三大部分組成。 （1）敏感單元（3）敏感單元當(dāng)傳感器沒有檢測到人體輻射出的紅外線信號時，由于PP2自身產(chǎn)生極化，在電容的兩端產(chǎn)生極性相反、電量相等的正、負電荷，而這兩個電容的極性是相反串聯(lián)的，所以，正、負電荷相互抵消，回路中無電流，傳感器無輸出。傳感器仍然沒有信號輸出。從原理上講，任何發(fā)熱體都會產(chǎn)生紅外線，熱釋電人體紅外線傳感器對紅外線的敏感程度主要表現(xiàn)在傳感器敏感單元的溫度所發(fā)生的變化，而溫度的變化導(dǎo)致電信號的產(chǎn)生。（4）濾光窗 制造熱釋電紅外探測元的高熱電材料是一種廣譜材料，～20μm。濾光窗是由一塊薄玻璃片鍍上多層濾光層薄膜而成的，~14um波長以外的紅外線。物體發(fā)射出的紅外線輻射能，最強波長和溫度的關(guān)系滿足λm*T=2989（）（其中λm為最大波長，T為絕對溫度）。因此，人體輻射的最強的紅外線的波長正好落在濾光窗的響應(yīng)波長（7~14um）的中心。 （5）菲涅爾透鏡菲涅爾透鏡作用有兩個：一是聚焦作用，即將熱釋紅外信號折射（反射）在PIR上，第二個作用是將探測區(qū)域內(nèi)分為若干個明區(qū)和暗區(qū)，使進入探測區(qū)域的移動物體能以溫度變化的形式在PIR上產(chǎn)生變化熱釋紅外信號。整個接收人體紅外光的方式也被稱為被動式紅外活動目標(biāo)探測器。二、白色主要用于適配外殼顏色。鏡片還可以結(jié)合產(chǎn)品外觀注色，使產(chǎn)品整體更美觀。以毫米為單位。三、焦距——指鏡片與探頭窗口的距離，精確度以毫米的小數(shù)點為單位。鏡片與探頭的配合應(yīng)用——我們常用的是雙源式探頭，揭開濾光玻璃片，其內(nèi)部有兩點對7—14um的紅外波長特別敏感的TO—5材料連接著場效管。動態(tài)情況下，人體經(jīng)過探頭先后被A源或被B源感應(yīng)，SaSb或SaSb產(chǎn)生差值，雙源失去互補平衡作用而很敏感地產(chǎn)生信號輸出，見圖310。由于熱釋電傳感器輸出的信號變化緩慢、幅值小(小于1 mV) ,不能直接作為照明系統(tǒng)的控制信號,因此傳感器的輸出信號必須經(jīng)過一個專門的信號處理電路,使得傳感器輸出信號的不規(guī)則波形轉(zhuǎn)變成適合于單片機處理的數(shù)字信號。圖311熱釋電檢測電路組成框圖本設(shè)計采用BIS0001 來完成對熱釋電傳感器輸出信號的處理。圖312中,熱釋電傳感器S 極輸出信號送入BIS0001的14 腳,經(jīng)內(nèi)部第一級運算放大器放大后,由C3 耦合從12 腳輸入至內(nèi)部第二級運算放大器放大,再經(jīng)電壓比較器構(gòu)成的鑒幅器處理后,檢出有效觸發(fā)信號去啟動延遲時間定時器,最后從12 腳輸出信號(Vo ) 送入單片機進行照明控制。圖313人體信號比較電路當(dāng)被動紅外探頭感應(yīng)到人體信號后，運算放大器的“2腳”或“5腳”；當(dāng)被動紅外探頭在沒有感應(yīng)人體紅外信號時，“2腳”或“5腳”。 “1腳”，“2腳”，“6腳”，“5腳”的電壓與“2腳”的電壓保持一致。（由于故障或沒有安裝探頭）“1腳”，“2腳”的電壓為0V，“6腳”，“5腳”的電壓為0V。具體的比較結(jié)果如下表31所示。 DS12887時鐘芯片接口電路設(shè)計本次系統(tǒng)設(shè)計中，燈光設(shè)計有以時間作為基準信號，故采用了DALLAS公司的DS12887芯片。采用DS12887芯片設(shè)計的時鐘電路無需任何外圍電路和器件，并具有良好的微機接口。分控制器采用低檔型的AT89C2051單片機作為微處理器，AT89C2051也是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓、高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含2K bytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲器和128 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），兼容標(biāo)準MCS51指令系統(tǒng)，具有15線可編程I/O口，該單片機具有體積小、成本低、結(jié)構(gòu)簡單、性價比較高等特點。分控制器系統(tǒng)的硬件電路原理圖如圖314所示。DS1302是美國Dall