基于FPGA的智能照明综合控制系统

2017 DDC中国区选拔赛作品 | 智能家居

刘靖   项目发起人  2017-06-20

整个系统的架构以FPGA为核心,连接了光敏传感器,人体热释红外传感器,光电传感器,火焰传感器,烟雾传感器等,并且基于FPGA强大的并行处理及控制功能,实现的一个楼宇内外的智能照明综合控制管理系统模型,该模型重点突出了照明系统在智能调节、节能环保、创意多彩等方面的设计,实现了一个具有灯光亮度的强弱调节、灯光软启动、定时控制、场景设置等功能的智能照明系统。

从功能上来说,本系统以楼宇智能照明为目的,分成室内照明模块和室外照明两个部分。在室内照明中,实现了根据自然光照强度智能调节照明灯光、夜间突发照明以及多模式彩色灯光场景照明。在室外照明中,实现了多模式景观照明和智能感应路灯照明。此外,本系统设置了烟雾报警功能和太阳能供电功能,在节能环保和市场需求方面作出了进一步的拓展。

项目详情

项目创意灵感
在科学技术日新月异发展的今天,智能家居产品也在不断发展寻求突破,它不再只是一个单一的享受功能,如今已呈多元化趋势发展。将“大智慧”融入到日常生活中的“小细节”,想用户之所所想,给用户之所需,用智能的方式解决社会遗留的矛盾。如果说互联网改变了我们的生活,智能家居中监控系统的出现彻底改变了家的定义,随时随地能够了解家中的状况。家庭照明产品在智能家居市场中蕴藏着无限的商机,前景大有可观!故而我们设计了这一“基于FPGA的智能照明综合控制系统”作品。
设计特色创新
本系统以楼宇智能照明为目的,分成室内和室外两个功能区。在室内照明中,突出了智能调节照明灯光、夜间突发照明以及多模式彩色灯光场景照明等设计创意。在室外照明中,实现了多模式景观照明以及创新性地增加了智能感应路灯照明功能。此外,本系统设置了烟雾报警功能和太阳能供电功能,在节能环保和市场需求方面作出了进一步的拓展。
系统原理功能
系统采用Basys3 FPGA芯片控制,系统内部进行时钟分频供计数计时使用,芯片内部自带的12位片上模数转换器 (XADC)采集光敏传感器,人体热释红外传感器,光电传感器及烟雾传感器的输出电压量参数经过系统处理,实时的根据实际情况控制灯及报警系统的工作,速度快捷,性能稳定。
完成情况概述
室内照明模块
(1) 根据自然光照状况来控制灯光强弱。
光敏传感器采集室外光照强弱,FPGA采集其输出的模拟电压量,经过AD处理控制室内的灯光实时调节,进而保证室内充足的光线。具体如下:
- 当光照强度小于10000LUX时,光敏传感器控制室内2路灯打开;
- 当光照强度小于10LUX时,光敏传感器控制室内4路灯打开;
- 当光照强度小于0.01LUX时,光敏传感器控制室内6路灯打开。
一般情况:夏日阳光下为100000LUX;阴天室外为10000LUX;黄昏室内为10LUX;夜间室内为0.01LUX;烛光(20cm远处)10~15LUX。
(2)夜间紧急照明
当夜间有紧急情况发生需要起床时,无需手动打开灯。当人体热释红外传感器感应到人起来后,FPGA通过采集光线及人体热释红外传感器输出电压量的变化来自动控制灯打开,根据设置的延时时间自动关闭,此照明模块也可用于壁橱,当打开壁橱后,灯光会自动打开提供照明。
(3)多模式彩色灯光照明
无论是在会客、看电视、听音乐、或与家人在一起、或独自思考、甚至在品尝威士忌时,调节不同灯光的效果,创造舒适、宁静、和谐、温馨的气氛、更深的体会生活,柔和的光线能带来好心情,少而暗的光帮助思考,多而亮的光使气氛更加热烈。本系统提供了非常方便的操作,通过遥控来进行光的调节,实现自己想要的多彩效果。

2.2室外照明模块
(1)景观照明
天黑之后可无线遥控打开室外景观照明,灯光照明可控制单色灯光或彩色灯光,即实现了室外的照明,又增加了视觉美观效果。
(2)路灯照明
当光电传感器检测到远处有人走过后,FPGA芯片检测到输出量发生变化时控制中间的路灯会自动打开。当另外一个红外传感器检测到人离开后,FPGA芯片会控制路灯会自动熄灭,改变了传统路灯常开的弊端,实现了节约能源的目的。

火灾报警模块
当发生火灾时,FPGA芯片检测到烟雾传感器或火焰传感器输出量之后会控制蜂鸣器发生报警鸣叫,提醒人们及时逃离,减少人员伤亡,保障人们的生命财产安全。

太阳能供电模块
屋顶安放太阳能光伏板,发电存储在蓄电池中,为整个系统提供电能。当检测模块检测到蓄电池中电压小于12V时,会自动控制光伏板与蓄电池连接为蓄电池充电。当检测到蓄电池电压高于14V时,会自动控制光伏板与,蓄电池断开停止充电。
展望项目未来
本系统还可增加防盗系统,在室外安装摄像头采集室外的信息,当有盗贼出现时,经系统VGA接口显示到用户的显示屏上,提醒用户有盗贼入侵,并发出报警声音,保障人们的生命财产安全,同时体现出FPGA快速强大的并行处理能力。
项目采用平台: