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項目背景 顯而易見(jiàn)，智能照明的需求在日漸增長(cháng)，到2025年，全球智能照明的市場(chǎng)規模將達到370億美元。一些公司選擇從老式的熒光燈管升級到可以在自定義色溫和亮度下工作的LED照明單元，而LED越來(lái)越受歡迎的原因在于它不僅可節省能源，而且在某些特定情況下也十分有益于身心健康。 研究表明，不同的色溫對人體有不同的效果，熱色溫可以使人放松，而冷色溫通常能幫助人們集中精力。因此，如果我們能根據時(shí)間來(lái)動(dòng)態(tài)地控制色溫及強度，那么我們將能最大程度對色溫進(jìn)行優(yōu)化，這將有益于公司員工的身心健康，我們這個(gè)項目符合上述要求。 智能照明系統可以根據時(shí)間自動(dòng)調節色溫和照明強度，同時(shí)也可以檢測周?chē)饩�(xiàn)是否充足，同時(shí)可以檢測到是否有人在活動(dòng)。 項目開(kāi)發(fā)工具 智能照明系統是一個(gè)中高級的嵌入式開(kāi)發(fā)項目，它基于Windows10 64位系統開(kāi)發(fā)完成。在這個(gè)項目中，我們使用了以下評估和開(kāi)發(fā)工具。 Microchip Technology PIC18F47K42 Curiosity Nano評估套件是一款評估套件（圖1），它具有完整的編程和調試功能，核心MCU集成了大量的獨立接口、智能模擬外設和較大的閃存空間。該套件采用MPLAB®X IDE管理MCU并逐步完成調試。板載的調試器更給開(kāi)發(fā)者在原型設計階段提供很多便利，MPLAB®X會(huì )讓這個(gè)評估套件的性能更強大，因為它可以讓開(kāi)發(fā)者可以輕松地載入大量的適配Mikroe Click Boards的庫。 
圖1：Microchip Technology PIC18F47K42 Curiosity Nano評估套件（來(lái)源：貿澤電子） Mikroe RTC5 Click開(kāi)發(fā)工具（圖2）集成了MCP79510時(shí)鐘芯片，該芯片使用SPI協(xié)議和可編譯中斷。這個(gè)開(kāi)發(fā)工具可以為微控制器提供實(shí)時(shí)太陽(yáng)時(shí)間，對于閏年和小于31天的月份，它都會(huì )進(jìn)行自動(dòng)補償。
圖2：Mikroe RTC5 Click（來(lái)源：貿澤電子） Mikroe MIKROE-3601 Ambient 7 Click光學(xué)傳感器開(kāi)發(fā)工具（圖3）可以用來(lái)檢測環(huán)境光的強度，因為它配備了一枚由OSRAM Opto Semiconductors生產(chǎn)的SFH 5701 A01，此傳感器可以提供精確的測量數據，并將其轉換成模擬電壓。
圖3：Mikroe MIKROE-3601 Ambient 7 Click（來(lái)源：貿澤電子） Mikroe Motion 2 Click光學(xué)傳感器開(kāi)發(fā)工具（圖4）能夠檢測是否有人在活動(dòng)，該開(kāi)發(fā)工具配備了一枚Panasonic生產(chǎn)的EKMC1607112運動(dòng)傳感器，同時(shí)還配備了一枚Toshiba生產(chǎn)的TLP241A(LF1,F光耦固態(tài)繼電器。當檢測到人的活動(dòng)時(shí)，該開(kāi)發(fā)工具會(huì )送出一個(gè)中斷信號，觸發(fā)微控制器上的相關(guān)程序。在使用開(kāi)發(fā)工具前，EN針應該被設置成邏輯低電位。
圖4：Mikroe Motion 2 Click（來(lái)源：貿澤電子） Microchip傳感開(kāi)發(fā)套件QT7 Xplained Pro（圖5）可以評估自電容觸摸和防水外殼，它包括了一個(gè)自電容滑動(dòng)觸摸傳感器以及兩個(gè)自電容觸摸按鈕，同時(shí)該開(kāi)發(fā)工具上還有8個(gè)LED，用來(lái)給觸摸傳感器提供反饋。在這個(gè)項目中，我們只用使用兩個(gè)觸摸按鈕，因為8位微控制器只能提供有限的GPIO針。
圖5：Microchip Technology傳感開(kāi)發(fā)套件QT7 Xplained Pro（來(lái)源：貿澤電子） Microchip Technology MPLAB® X集成開(kāi)發(fā)環(huán)境 (IDE)是一個(gè)可擴展的、高度可調的軟件程序。它使設計者能夠探索、配置、開(kāi)發(fā)和調試絕大多數基于Microchip微控制器和數據信號控制器的項目。 系統配置和連接 系統配置包括了MPLAB®X IDE/MPLAB®XC8編譯器/MCC的安裝、新項目創(chuàng )建、庫的安裝、MCC設置，以及硬件連接等。 庫安裝過(guò)程中，先打開(kāi)MCC，找到Versions[MCC]，并且需要找到MikroElektronika Click Library和mTouch Capacitive Sensing Library，然后選擇載入。在Versions[MCC]中找到相應的Device Resources，添加mTouch、PWM6、PWM8、TMR2和RTC5。 MCC設置包含了System Module、Gird View Pin Manager及Pin Module的分配、中斷設置、TMR2以及PWM等過(guò)程。在System Module設置中，需要選擇HFINTOSC，因為它可以提供64MHz 的時(shí)鐘，因此采樣速率很高。在TMR2設置中，選擇FOSC/4來(lái)使用PWM。將Prescaler設置成1:128，得到500Hz的信號，通常我們的LED電源只識別100-1000Hz的信號。在PWM設置中，選擇Timer2。 mTouch設置包含了創(chuàng )建兩個(gè)按鈕，分別命名為Button1和Button2，用于不同工作模式的選擇。TMR1和TMR3設置，需要選擇LFINTOSC并將Prescaler設置為1:2，并將TimePeriod改成4s。這樣，這兩個(gè)Timer可以檢測到3s以上的觸摸。但在這個(gè)項目中沒(méi)有利用這個(gè)功能，只是為了兼容性而初始化了這兩個(gè)Timer。 系統設置完成以后，需要進(jìn)行硬件連接。在項目開(kāi)發(fā)過(guò)程中，我們使用Autodesk EAGLE來(lái)設計電路示意圖，硬件連接（圖6）所示：
圖6：智能照明硬件連接（來(lái)源：貿澤電子） 系統調試及驗證 使用micro USB線(xiàn)給系統供電，將壁掛式AC適配器連接到LED照明條上。打開(kāi)項目文件，將其載入到微控制器上，并在rtcc5_example.c中調整時(shí)間。 當RTC的時(shí)間設置在7:00和19:00之間并且按下觸摸按鈕1，系統會(huì )在自動(dòng)和手動(dòng)模式間切換。在自動(dòng)模式下，色溫根據時(shí)間而變化，每小時(shí)變化一次。而在手動(dòng)模式下，按下按鈕2將在不同的色溫之間循環(huán)，默認狀態(tài)是關(guān)閉。 在ambient.c中調試Ambient 7 Click光學(xué)傳感器開(kāi)發(fā)工具的靈敏度，在實(shí)際使用過(guò)程中，可能需要多次的調試。光學(xué)傳感器在7:00到19:00的時(shí)間范圍內檢測環(huán)境光，每十分鐘進(jìn)行一次。如果檢測到的環(huán)境光不足夠，LED照明條的暖色溫和冷色溫都會(huì )被啟用到100%。按觸摸按鈕1兩次，系統會(huì )回到自動(dòng)模式；按一次，則系統會(huì )回到手動(dòng)模式。在這個(gè)情況下，觸摸按鈕2沒(méi)有被編譯。 當時(shí)間設置在19:00到7:00之間時(shí)，Ambient 7 Click光學(xué)傳感器開(kāi)發(fā)工具會(huì )被關(guān)閉，但Motion 2 Click光學(xué)傳感器開(kāi)發(fā)工具會(huì )被啟用。如果檢測到有人在活動(dòng)，LED照明條的暖色溫和冷色溫頻道都會(huì )被啟用到100%。LED照明條可以通過(guò)觸摸按鈕2來(lái)被手動(dòng)開(kāi)啟或關(guān)閉。在這個(gè)情況下，觸摸按鈕1沒(méi)有被編譯。 項目總結 雖然本項目的程序邏輯和硬件連接都有提高的空間，但這個(gè)項目大膽地將我們帶入了智能照明的時(shí)代，不僅適用于個(gè)人住所，更適用于辦公室環(huán)境。更重要的是，本項目突出了辦公室智能照明的重要性，因為人們每天都要在辦公室里至少度過(guò)8個(gè)小時(shí)，這個(gè)智能系統達到了根據太陽(yáng)時(shí)間來(lái)改變色溫的功能，幫助公司員工保持精力集中并得到適度放松。 來(lái)源：貿澤電子 作者：Anthony Dong (董騏通) |
