基于Android的智能节能照明控制系统设计

邓钰 韩东起 阙开昊 周伟童 陈嘉辉

【摘要】本文主要研究了一种基于Android的智慧节能照明控制系统及方法，系统采用无线通信模块与手机互连组网，用户可通过手机远程控制室内照明灯的开关，监测当前室内的温度及湿度数据，同时系统可根据当前室内环境光照度及有无人自动完成照明灯的亮度调节及开关。

【关键词】智能;Android;无线通信

中图分类号：TN929                    文献标识码：A                     DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2021.06..036

目前在企业的办公室或学校的教室照明系统中，大多数是以传统的日光灯照明为主，采用墙面开关手动控制日光灯的亮灭，但往往会出现使用环境中没人但忘记关灯或使用环境很亮但日光灯依然明亮的情况，这也是手动控制开关灯所无法完全避免的，使得电能白白的被消耗，因此研究一种能够自动控制灯管亮度并可实现远程监控、智能控制的节能照明系统就具有很强的现实意义。

1. 系统总体设计

智能节能照明控制系统设计目的是能够根据室内有无人情况自动开启和关闭LED照明灯，并在有人情况下根据环境光照度自动调节LED照明灯亮度，同时还具有手机实时远程控制LED照明灯、远程采集房间光照度，温湿度功能。图1为智能节能照明控制系统框图。

系统中MCU控制模块是整个系统的核心，它负责整个系统的控制、组网及信息处理，光照检测模块、温湿度检测模块分别检测教室内的光照度、温湿度信息，人体检测模块用于检测教室内是否有人，网通信模块用于系统网络通信数据的处理和收发，LED模块用于室内LED照明灯的控制。

2. 电路设计

2.1 微处理器模块设计

系统的微处理器选用TI公司的CC2530，该芯片基于Android系统开发对网络信息数据进行传输，以低成本的材料对其建立强大的网络节点。通过微处理器对RF收发器的结合使其性能优化同时加上外围设备合理配合使用，可以实现多种功能及高效率的无线数据传输。

2.2 光照检测模块设计

系统采用光敏电阻作为光照检测元件，光敏电阻根据不同时间的光照强度，光电流也随之变化。光照时，光照强度越强，电阻的阻值越小，反之光照强度越弱，电阻的阻值越大，在无光照的情况下，电阻的阻值又恢复原来的状态。光敏电阻具有结构简单，反应速度快，灵敏度高等特点，同时具有稳定性与可靠性。光照检测电路如图2所示。

图中RA1一端和3.3V电源连接，另一端和微处理器的P00连接，RA2作为光敏电阻，一端接地另一端和微处理器的P00连接，根据光敏电阻的原理中，光敏电阻检测到的光照强度随着光强发生相应的变化同时输入P00电压也随之跟随光强发生相应的变化。系统根据P00端的电压变化来对教室环境中的光照强度进行判断。

2.3 人体检测模块设计

系统采用红外热释电传感器对教室或办公室有无人进入进行检测，热释电传感器可以对人体发射出的红外辐射能进行检测，通过放大电频处理，产生相应的负载，作为红外热释电传感器通断电路的开关。红外热释电由不同电容、云母电容、电阻及红外热释电传感器组成集成电路。

2.4 温湿度检测模块设计

系统采用DH11温湿度传感器来检测室内温湿度环境变化，温湿度传感器一端与CC2530的数据传输相连使用单总线协议，另一端电阻接地同时与CC2530的P07串口相连。DH11温湿度传感器采用专用的数字模块技术进行信息采集及温湿度的传感技术，使其具有超快响应、品质卓越、性价比高、抗干扰性强等优点。同时信号能传输长大20米以上的距离，体积小、功耗低、连接方便、可供教室情况进行调节。

2.5 网络通信模块设计

系统中MCU与手机间的各通信信息（包括各检测模块检测的状态信息和手机端发出的远程控制命令）是通过互联网进行通信从传输。本设计中。采用ESP8266完成这一功能。该芯片是一款超低功耗的UART-WiFi透传模块，拥有业内极富竞争力的封装尺寸和超低能耗技术，专为移动设备和物联网应用设计，可将用户的物理设备连接到Wi-Fi无线网络上，进行互联网或局域网通信，实现联网功能。

ESP8266支持STA/AP/STA+AP三种工作模式。本设计采用STA+AP模式完成系统网络通信任务。

电路中，ESP8266采用3.3V电源供电，其6脚、7脚分别通过电阻R1、R2与电源VOUT相连，8脚直接与电源VOUT相连;其1脚、3脚与GND相连;5脚为数据发送，与USB接口的3脚相连，4脚为数据接收与USB接口的4脚相连，USB接口与CC2530的相应通信接口相连。

3. 软件设计

3.1 手机界面设计

该系统中的手机APP主要基于Android系统开发而成，可以通过手机APP完成对教室环境状况信息的采集与控制命令的发放，硬件设备监控界面涉及到展示的UI控件设计和基于TCP/IP的MCU通信，在Android（IOS）程序设计界面需要在主线程中完成，网络连接等耗时的操作不允许在主线程中执行。需要新建线程接收下位机传输来的空气温湿度和有无人在教室的数据，然后使用Handle机制在线程之间传输数据，将数据传到主线程，最后实现UI的更新。APP界面如图4所示。

3.2 .Android程序设计

程序的正常运行的情况下，首先进入执行程序，手机连接路由器到WIFI接收信息数据的执行程序进行信息接收处理进行下一步对参数设置判断，假设在没有进行参数设置则将会转入到参数设置的程序中，若已经设置了参数数据则转入到WIFI发送数据的程序中，然后再进行下一轮的判断是否要进行参数设置，根据上述流程重复进行。流程图如图5所示。

4. 结语

本文设计了一种成本低，基于Android的网络通信模式下的智能节能照明控制系统，该系统在倡导智能节能的情况下采用了低成本、低功耗，简便的操作系统。该系统结合了网络通信技术，通过APP在手机界面控制下，可对控制终端收集传感信号，自动调节LED灯的开关与亮度，同时实时检测室内环境的温度及湿度等。

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作者简介：韩东起，山东省平度市人，讲师，硕士，研究方向：智能控制技术。