能让家更智能的嵌入式Linux照明节能系统方案-电子发烧友网

嵌入式 linux是将日益流行的Linux操作系统进行裁剪修改，使之能在嵌入式计算机系统上运行的一种操作系统。嵌入式Linux既继承了Internet上无限的开放源代码资源，又具有嵌入式操作系统的特性，如今已被广泛的应用于工业制造、过程控制、通讯等众多领域。

本文设计并实现了一种基于嵌入式Linux的智能家居照明节能控制系统，节能效果佳，而且性能优异。

1、智能家居照明节能控制系统硬件设计

1.1硬件总体设计

依据智能家居照明节能控制系统的功能需求，综合分析整个系统的成本和开发进度控制需求，设计的基于Linux的智能家居照明节能控制系统的硬件总体结构用图1进行描述。

1.2 ZigBee 接口电路设计

利用跳线设置获取通信节点的类型、TTL电平收发、串口通信等实现和控制器之间的通信，能够大大节省嵌入开发时间。设计的ZigBee接口的输入电压是5V，最大发射电流是80mA，最大接收电流是60mA，在睡眠模式下的功耗只有25μA/h。ZigBee接口和处理器的电路连接用图2进行描述。

图2中，其中引脚5和主板电源连接，引脚6接地，引脚7和主板RX1相连，引脚8和主板SYS相连。

1.3 WI-FI接口电路设计

WI-FI模块选用海华公司AW-GH321为主芯片，该芯片将Marvell公司生产的88W8686作为内核，支持IEEE802。11b/gWLAN协议，有SDIO/G和SpI两种接口方式，能够有效节约电资源，具有功耗低的特点。WI-FI接口电路用图3进行描述。

1.4 照明节能控制电路

照明节能控制电路主要由ZigBee接口电路、交流电过零采集电路和白炽灯驱动电路组成，框图如图4所示。

智能家居照明节能的基本原理为控制流过白炽灯电流的大小，也可将其转换成通电时间的长短，因此需确定交流电过零点。

本节通过交流电过零采集电路确定交流电过零点，从而准确调控双向可控硅的导通角，以实现对白炽灯通电时间的控制。交流电过零采集电路用图5进行描述。

图5中，通过变压器将220V的交流电转换成低压交流电，低压交流电的电压是16V，Dl代表全波整流桥，主要负责将低压交流电整流成100Hz的脉动直流电。R1和R2为限流电阻，避免因电流过大导致与其相连的Ul光耦发光管被烧毁。在电压高于发光管导通电压的情况下，光耦中的光敏三极管将输出低电平，反之将输出高电平，即为中断信号。

白炽灯驱动电路可通过继电器或可控硅进行驱动。继电器驱动电路属于机械动作，效率较低，无法满足系统功能需求。可控硅是一种关键的半导体器件功率器件，能够有效用于高电压和高电流的控制。本节将可控硅作为功率控制器件，白炽灯驱动电路用图6进行描述。

图6中，MOC3022为光控可控硅，其不仅能够起到隔离的作用，防止控制器被外部高压信号损毁，而且可用于触发Q1BAT06导通。控制器IO端口和MOC3022发光管的负极相连，在IO口输出低电平的情况下，发光管被点亮，光控可控硅处于导通状态。Q1BAT06是双向可控硅，可流过交流电，且导通后即使触发信号消失，其仍可保持导通状态，直至无负载电流流过。

交流电的各半波阶段均需输出触发信号，触发信号的输出时间直接影响灯泡亮度，随着可控硅导通时间的减少，白炽灯亮度逐渐降低，通过控制白炽灯亮度实现智能家居照明节能控制。

2、智能家居照明节能控制系统软件设计

在对智能家居照明节能控制系统进行软件设计时，系统选用嵌入式Linux操作系统，因为Linux操作系统具有丰富、内核稳定和网络功能丰富等特点。在本系统中，嵌入式图形界面 GUI选择QT/Embe-ded，引导程序选择U-Boot，根文件系统选择Yaffs，Linux内核选用Linux2.6版本。基于上述分析，基于嵌入式Linux的智能家居照明节能控制系统的软件架构如图7所示。