項目背景

顯而易見，智能照明的需求在日漸增長，到2025年，全球智能照明的市場規模將達到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，如果我們能根據時間來動態地控制色溫及強度，那么我們將能最大程度對色溫進行優化，這將有益于公司員工的身心健康。

智能照明系統可以根據時間自動調節色溫和照明強度，同時也可以檢測周圍光線是否充足，同時可以檢測到是否有人在活動。

項目開發工具智能照明系統是一個中高級的嵌入式開發項目，它基于Windows10 64位系統開發完成。在這個項目中，我們使用了以下評估和開發工具。

Microchip Technology PIC18F47K42 Curiosity Nano評估套件是一款評估套件，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MPLABX IDE管理MCU并逐步完成調試。板載的調試器更給開發者在原型設計階段提供很多便利，MPLABX會讓這個評估套件的性能更強大，因為它可以讓開發者輕松地載入大量的適配Mikroe Click Boards的庫。

Mikroe RTC5 Click開發工具集成了MCP79510時鐘芯片，該芯片使用SPI協議和可編譯中斷。這個開發工具可以為微控制器提供實時太陽時間，對于閏年和小于31天的月份，它都會進行自動補償。

Mikroe MIKROE-3601 Ambient 7 Click光學傳感器開發工具可以用來檢測環境光的強度，因為它配備了一枚由OSRAM Opto Semiconductors生產的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。

Mikroe Motion 2 Click光學傳感器開發工具能夠檢測是否有人在活動，該開發工具配備了一枚Panasonic生產的EKMC1607112運動傳感器，同時還配備了一枚Toshiba生產的TLP241A（LF1，F光耦固態繼電器。當檢測到人的活動時，該開發工具會送出一個中斷信號，觸發微控制器上的相關程序。在使用開發工具前，EN針應該被設置成邏輯低電位。

Microchip傳感器開發套件QT7 Xplained Pro可以評估自電容觸摸的防水性和抗噪性，它包括了一個自電容滑動觸摸傳感器、兩個自電容觸摸按鈕，以及8個LED，用來給觸摸傳感器提供反饋。在這個項目中，我們只使用兩個觸摸按鈕，因為8位微控制器只能提供有限的GPIO針。

Microchip Technology MPLABX集成開發環境 （IDE）是一個可擴展的、高度可調的軟件程序。它使設計者能夠探索、配置、開發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MPLABX IDE/MPLABXC8編譯器/MCC的安裝、新項目創建、庫的安裝、MCC設置，以及硬件連接等。庫安裝過程中，先打開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等過程。在System Module設置中，需要選擇HFINTOSC，因為它可以提供64MHz 的時鐘，因此采樣速率很高。在TMR2設置中，選擇FOSC/4來輸出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設置包含了創建兩個按鈕，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，將Prescaler設置為1:2，并將TimePeriod改成4s。這樣，這兩個Timer可以檢測到3s以上的觸摸。但在這個項目中沒有利用這個功能，只是為了兼容性而初始化了這兩個Timer。

系統設置完成以后，需要進行硬件連接。在項目開發過程中，我們使用Autodesk EAGLE來設計電路示意圖，硬件連接如圖6所示：

系統調試及驗證

使用micro USB線給系統供電，將壁掛式AC適配器連接到LED照明條上。打開項目文件，將其載入到微控制器上，并在rtcc5_example.c中調整時間。

當RTC的時間設置在7:00和19:00之間并且按下觸摸按鈕1，系統會在自動和手動模式間切換。在自動模式下，色溫根據時間而變化，每小時變化一次。而在手動模式下，按下按鈕2將在不同的色溫之間循環，默認狀態是關閉。

在ambient.c中調試Ambient 7 Click光學傳感器開發工具的靈敏度，在實際使用過程中，可能需要多次調試。光學傳感器在7:00到19:00的時間范圍內檢測環境光，每十分鐘進行一次。如果檢測到的環境光不足，LED照明條的暖色溫和冷色溫頻道都會被啟用到100%。按觸摸按鈕1兩次，系統會回到自動模式；再按一次，則系統會回到手動模式。在這個情況下，觸摸按鈕2沒有被編譯。

當時間設置在19:00到7:00之間時，Ambient 7 Click光學傳感器開發工具會被關閉，但Motion 2 Click光學傳感器開發工具會被啟用。如果檢測到有人在活動，LED照明條的暖色溫和冷色溫頻道都會被啟用到100%。LED照明條可以通過觸摸按鈕2來被手動開啟或關閉。在這個情況下，觸摸按鈕1沒有被編譯。

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，但這個項目大膽地將我們帶入了智能照明的時代，不僅適用于個人住所，更適用于辦公室環境。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8個小時，這個智能系統達到了根據太陽時間來改變色溫的功能，幫助公司員工保持精力集中并得到適度放松。

責任編輯：haq