【正文】 基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊邏輯有機(jī)結(jié)合的神經(jīng)模糊技術(shù)，已成為近年來(lái)的一個(gè)熱門(mén)課題。人工智能技術(shù)在建筑與照明中的應(yīng)用趨勢(shì)不斷擴(kuò)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(jì)算機(jī)進(jìn)行控制與管理。此外計(jì)算機(jī)在照明設(shè)計(jì)和測(cè)試方面也得到廣泛應(yīng)用。智能照明控制系統(tǒng)是指用計(jì)算機(jī)技術(shù)并輔助以其它手段，對(duì)電力照明實(shí)行自動(dòng)控制，提供合適照明光環(huán)境的同時(shí)降低照明系統(tǒng)電能消耗和其它使用費(fèi)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(gè)部分組成。輸入裝置包括傳感器、定時(shí)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(kāi)和調(diào)節(jié)燈光到相應(yīng)的水平，包括手動(dòng)開(kāi)關(guān)。美國(guó)LCamp。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的真善美智能照明系統(tǒng)具有集中控制、多點(diǎn)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(guó)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(gè)燈或一組燈的開(kāi)、關(guān)，不能實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景控制，也不能對(duì)燈光的亮度進(jìn)行調(diào)節(jié)，不能產(chǎn)生多種照明效果。系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(kāi)設(shè)計(jì)。硬件電路是采用結(jié)構(gòu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，該方法保證設(shè)計(jì)電路的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化。硬件電路設(shè)計(jì)還包括輸入輸出接口設(shè)計(jì)，畫(huà)出詳細(xì)電路圖，標(biāo)出芯片的型號(hào)、器件參數(shù)值，根據(jù)電路圖在仿真機(jī)上進(jìn)行調(diào)試，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)不當(dāng)及時(shí)修改，最終達(dá)到設(shè)計(jì)目的。 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主要由三部分組成：（1）上位機(jī)系統(tǒng)；（2）下位機(jī)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(jī)系統(tǒng)系統(tǒng)的主控制器通過(guò)RS485總線將數(shù)據(jù)或命令發(fā)送給分控制器，同時(shí)將信息送給數(shù)碼顯示單元進(jìn)行顯示，并有看門(mén)狗電路對(duì)運(yùn)行程序進(jìn)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(jī)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(shí)，可有效防止無(wú)人燈（無(wú)人時(shí)開(kāi)燈）﹑無(wú)效燈（光線亮?xí)r開(kāi)燈）、無(wú)限燈（休息時(shí)間開(kāi)燈），從而達(dá)到節(jié)電目的。關(guān)系如果假設(shè)：室內(nèi)光線強(qiáng)度為A：光線強(qiáng)時(shí)A=1，光線弱時(shí)A=0；人體信號(hào)為B：有人時(shí)B=1，無(wú)人時(shí)B=0；作息時(shí)間為C：上課時(shí)C=1，休息時(shí)C=0；電燈開(kāi)關(guān)狀態(tài)為D：合時(shí)D=1，斷開(kāi)時(shí)D=0。由真值表可得出系統(tǒng)邏輯函數(shù)表達(dá)式為：D=AC信號(hào)室內(nèi)光信號(hào)人體信號(hào)時(shí)鐘信號(hào)電燈的開(kāi)關(guān)狀態(tài)參數(shù)自然光照度人體作息時(shí)間邏輯狀態(tài)強(qiáng)無(wú)休息斷強(qiáng)無(wú)上課斷強(qiáng)有休息斷強(qiáng)有上課斷弱無(wú)休息斷弱無(wú)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(hào)室內(nèi)光信號(hào)人體信號(hào)時(shí)鐘信號(hào)電燈的開(kāi)光狀況參數(shù)自然光信號(hào)人體作息時(shí)間符號(hào)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(zhuān)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(jī)應(yīng)用技術(shù)、有線通信技術(shù)和無(wú)線數(shù)傳技術(shù)。2基于單片機(jī)的照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)框架與性能 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(kāi)設(shè)計(jì)。軟件設(shè)計(jì)部分，首先在總體設(shè)計(jì)中完成系統(tǒng)總框圖和各模塊的功能設(shè)計(jì)，擬定詳細(xì)的工作計(jì)劃；然后進(jìn)行具體設(shè)計(jì)，包括各模塊的流程圖，選擇合適的編程語(yǔ)言和工具，進(jìn)行代碼設(shè)計(jì)等；最后是對(duì)軟件進(jìn)行調(diào)試、測(cè)試，達(dá)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(jì)方法，該方法保證設(shè)計(jì)電路的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化。硬件電路設(shè)計(jì)還包括輸入輸出接口設(shè)計(jì)，畫(huà)出詳細(xì)電路圖，標(biāo)出芯片的型號(hào)、器件參數(shù)值，根據(jù)電路圖在仿真機(jī)上進(jìn)行調(diào)試，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)不當(dāng)及時(shí)修改，最終達(dá)到設(shè)計(jì)目的。此編程工具相比匯編語(yǔ)言具有結(jié)構(gòu)化、適用范圍大、可移植性好等特點(diǎn)。 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(jī)系統(tǒng)；（2）下位機(jī)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(wú)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(wú)線數(shù)傳系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖系統(tǒng)的主控制器通過(guò)RS485總線或無(wú)線數(shù)傳模塊將數(shù)據(jù)或命令發(fā)送給分控制器，同時(shí)將信息送給數(shù)碼顯示單元進(jìn)行顯示，并有看門(mén)狗電路對(duì)運(yùn)行程序進(jìn)行有效監(jiān)視。分控制器接收主控制器的發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)和命令，通過(guò)可控硅電路對(duì)照明燈具進(jìn)行開(kāi)關(guān)、亮度控制，并且利用實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片對(duì)照明燈具進(jìn)行定時(shí)開(kāi)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(jī)的控制之下完成數(shù)據(jù)的通信、顯示，同時(shí)能夠控制照明燈具，其硬件電路只是系統(tǒng)的實(shí)施工具，大量的工作是由軟件來(lái)完成的。3 系統(tǒng)性能指標(biāo)及技術(shù)要求（1） 照明啟停控制系統(tǒng) ① 全開(kāi) ② 全關(guān) ③ 單獨(dú)開(kāi) ④ 單獨(dú)關(guān)（2） 照明亮度控制系統(tǒng) ① 全部亮度調(diào)節(jié) ② 單獨(dú)亮度調(diào)節(jié)（3） 定時(shí)控制系統(tǒng) ① 對(duì)全部照明燈進(jìn)行定時(shí)控制② 對(duì)每個(gè)照明燈進(jìn)行定時(shí)控制本章主要從系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)、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(duì)所研究的照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)框架和性能進(jìn)行了闡述，該系統(tǒng)由一個(gè)主控制器與若干個(gè)分控制器組成，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(dá)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(jī)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(chǔ)器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，15個(gè)I／O口線，兩個(gè)16位定時(shí)／計(jì)數(shù)器，—個(gè)5向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)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(pán)、數(shù)碼顯示及驅(qū)動(dòng)電路、晶振、看門(mén)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(pán)的接口設(shè)計(jì)鍵盤(pán)的結(jié)構(gòu)形式有兩種，即獨(dú)立式按鍵和矩陣式鍵盤(pán)。該形式的鍵盤(pán)，每個(gè)按鍵開(kāi)關(guān)位于行列的交叉處，采用逐行掃描的方法識(shí)別鍵碼。每當(dāng)按下一個(gè)鍵時(shí)，對(duì)應(yīng)的行線與列線就會(huì)連通，這樣單片機(jī)就能檢測(cè)出信號(hào)，并通過(guò)鍵盤(pán)掃描程序?qū)︽I盤(pán)進(jìn)行掃描，以識(shí)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(diǎn)亮數(shù)碼管相應(yīng)的段。4個(gè)7段數(shù)碼管都被接成共陽(yáng)極方式。MR與WDO經(jīng)過(guò)一個(gè)二極管連接起來(lái)，RESET接單片機(jī)的復(fù)位輸入腳RESET，MR經(jīng)過(guò)一個(gè)復(fù)位按鈕接地。 （2）對(duì)+5V電源進(jìn)行監(jiān)視：當(dāng)+5V電源正常時(shí)，RESET為低電平，單片機(jī)正常工作；當(dāng)+5V電源電壓降至+，RESET輸出高電平，對(duì)單片機(jī)進(jìn)行復(fù)位。（4）手動(dòng)復(fù)位：如果需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行手動(dòng)復(fù)位，只要按下手動(dòng)復(fù)位按鈕，就能對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行有效的復(fù)位。信號(hào)經(jīng)過(guò)采集送入A/D轉(zhuǎn)換電路，通過(guò)單片機(jī)處理后，最終作為系統(tǒng)應(yīng)用程序進(jìn)行開(kāi)關(guān)燈判斷的依據(jù)。本系統(tǒng)中，信號(hào)的測(cè)量范圍的電壓：—。)1LSB Max，芯片體積小等特點(diǎn)。圖33 光信號(hào)取樣電路 Microwire串行總線性能介紹Microwire總線是美國(guó)國(guó)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(chēng)這種新產(chǎn)品為增強(qiáng)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(jì)TLC1549采用了Microwire串行接口方式，其接口時(shí)序如圖35所示，在芯片選擇（CS）無(wú)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(kāi)始10個(gè)I/O 時(shí)鐘提供采樣模擬輸入的控制時(shí)序。10位數(shù)據(jù)通過(guò)DATA OUT 被發(fā)送到主機(jī)串行接口。如果I/O CLOCK 傳送大于10個(gè)時(shí)鐘長(zhǎng)度，那么在的10個(gè)時(shí)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(shí)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(shí)序圖 TCL1549的數(shù)據(jù)采集程序設(shè)計(jì)/* AetAD()TLC1549數(shù)據(jù)采集*/sbit ADCLK=P1^0。sbit ADCS=P1^2。uint vol。w=PickCount。vol=0。//開(kāi)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(gè)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(cè)出人體輻射的紅外線,并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)。實(shí)際使用時(shí),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(cè)距離及范圍。而配上菲涅爾透鏡后,其檢測(cè)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(jì)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(lái)越廣泛的應(yīng)用，從原理上分析，它主要有主動(dòng)式和被動(dòng)式兩類(lèi)。熱釋電紅外傳感器（以下簡(jiǎn)稱(chēng)：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(méi)有檢測(cè)到人體輻射出的紅外線信號(hào)時(shí)，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(fù)電荷，而這兩個(gè)電容的極性是相反串聯(lián)的，所以，正、負(fù)電荷相互抵消，回路中無(wú)電流，傳感器無(wú)輸出。傳感器仍然沒(méi)有信號(hào)輸出。從原理上講，任何發(fā)熱體都會(huì)產(chǎn)生紅外線，熱釋電人體紅外線傳感器對(duì)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(hào)的產(chǎn)生。（4）濾光窗 制造熱釋電紅外探測(cè)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(zhǎng)以外的紅外線。物體發(fā)射出的紅外線輻射能，最強(qiáng)波長(zhǎng)和溫度的關(guān)系滿(mǎn)足λm*T=2989（）（其中λm為最大波長(zhǎng)，T為絕對(duì)溫度）。因此，人體輻射的最強(qiáng)的紅外線的波長(zhǎng)正好落在濾光窗的響應(yīng)波長(zhǎng)（7~14um）的中心。 （5）菲涅爾透鏡菲涅爾透鏡作用有兩個(gè)：一是聚焦作用，即將熱釋紅外信號(hào)折射（反射）在PIR上，第二個(gè)作用是將探測(cè)區(qū)域內(nèi)分為若干個(gè)明區(qū)和暗區(qū)，使進(jìn)入探測(cè)區(qū)域的移動(dòng)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(hào)。整個(gè)接收人體紅外光的方式也被稱(chēng)為被動(dòng)式紅外活動(dòng)目標(biāo)探測(cè)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(diǎn)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(kāi)濾光玻璃片，其內(nèi)部有兩點(diǎn)對(duì)7—14um的紅外波長(zhǎng)特別敏感的TO—5材料連接著場(chǎng)效管。動(dòng)態(tài)情況下，人體經(jīng)過(guò)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(bǔ)平衡作用而很敏感地產(chǎn)生信號(hào)輸出，見(jiàn)圖310。由于熱釋電傳感器輸出的信號(hào)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(hào),因此傳感器的輸出信號(hào)必須經(jīng)過(guò)一個(gè)專(zhuān)門(mén)的信號(hào)處理電路,使得傳感器輸出信號(hào)的不規(guī)則波形轉(zhuǎn)變成適合于單片機(jī)處理的數(shù)字信號(hào)。圖311熱釋電檢測(cè)電路組成框圖本設(shè)計(jì)采用BIS0001 來(lái)完成對(duì)熱釋電傳感器輸出信號(hào)的處理。圖312中,熱釋電傳感器S 極輸出信號(hào)送入BIS0001的14 腳,經(jīng)內(nèi)部第一級(jí)運(yùn)算放大器放大后,由C3 耦合從12 腳輸入至內(nèi)部第二級(jí)運(yùn)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(hào)去啟動(dòng)延遲時(shí)間定時(shí)器,最后從12 腳輸出信號(hào)(Vo ) 送入單片機(jī)進(jìn)行照明控制。圖313人體信號(hào)比較電路當(dāng)被動(dòng)紅外探頭感應(yīng)到人體信號(hào)后，運(yùn)算放大器的“2腳”或“5腳”；當(dāng)被動(dòng)紅外探頭在沒(méi)有感應(yīng)人體紅外信號(hào)時(shí)，“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(méi)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(shí)鐘芯片接口電路設(shè)計(jì)本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，燈光設(shè)計(jì)有以時(shí)間作為基準(zhǔn)信號(hào)，故采用了DALLAS公司的DS12887芯片。采用DS12887芯片設(shè)計(jì)的時(shí)鐘電路無(wú)需任何外圍電路和器件，并具有良好的微機(jī)接口。分控制器采用低檔型的AT89C2051單片機(jī)作為微處理器，AT89C2051也是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓、高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含2K bytes的可反復(fù)擦寫(xiě)的Flash只讀程序存儲(chǔ)器和128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS51指令系統(tǒng)，具有15線可編程I/O口，該單片機(jī)具有體積小、成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性?xún)r(jià)比較高等特點(diǎn)。分控制器系統(tǒng)的硬件電路原理圖如圖314所示。DS1302是美國(guó)Dall