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基于ZigBee单片机之智能照明结构设计和实现
基于ZigBee单片机之智能照明结构设计和实现 第一章绪论 1.1研究背景 最近几年,LED 产业链上游的失控的发展,使得 LED 照明产业具有产量 饱和、同类产品竞争以及降价竞争一系列严重的恶性循环。根据有关的数据表明, 上年度, 国内 MOCVD 平均开工率只有一半左右,产能的利用率三成不到。这也 使得采购芯片的单价下降,导致产品整体利润空间减少。同时,受全球经济低迷的 冲击,国内 LED 企业订单急剧下滑,一些企业开始减产、停产甚至关门,LED 产 业面临空前严峻的发展危机,LED 产业链亟待结构性调整。“LED 智能照明系统” 改变纯粹由上游技术带动产业发展的不利格局,从需求端和应用端出发,使照明产 业的价值生态链良性循环,激发市场活力,增加市场容量,实现下游的应用的兴起 去带动上游研发的繁荣,促进全国半导体照明产业的快速健康的发展,为人类的照 明带来新的改革。1.2 智能照明系统研究现状 目前在国际上比较有权威的智能照明控制系统有依据市场上规范的的 EIB 标准,才能够保证系统中的所有部分相容性,EIB 控制系统在日光控制、场景 控制等有着广泛的应用。DALI 数字照明控制系统为全球大型灯具厂所支持,它 统一了照明产品与系统软硬件控制器之间的控制的规范,它采取的是一种传统的 总线,但它支持许多国际上的开放式系统。DALI 数字照明控制系统是对过去的 智能型的灯光控制系统的优化,这给设计者更大的自由和创造的空间,可以添加到 任何 DALI 照明控制系统,同时让其他灯无需改造就能够添加到现存的 DALI 控制系统。
....... 第二章 相关技术的发展与理论基础 2.1 ZigBee 技术的理论与发展 与此同时,相对其他的通信协议,它拥有如下几个优点:1、节省电量,由于传 输的功率低,发射的功率小,同时,还采取了休眠模式策略,因此,综合的性能就是非 常省电。2、成本低:ZigBee 协议对专利是不收费的。3、可靠性能高:采用了收发信号碰撞避免的算法,同时为将来预留了专用时隙,产生了通信业务的专用,独享 资源,避免高流量时的冲突。4、安全性检查:提供了相对完整的安全检查处理策略, 支持认证和鉴权算法。
ZigBee 的使用非常广泛,在不同的产品领域中,在不同的地点和无线网络 传感器节点的分散,利用收集的数据,能够更方便的分析和处理结果,可以成为决 策辅助系统的重要工具,在家庭中,可以利用网络的优越性,扩展家居系统的健壮 性能,另外,由于它时延的短,可以成为 PC 机的辅助外设,作为远程遥控器。
2.2 无线传感网的理论与发展 作为一种新兴的网络传输技术,具有几大特征,第一,数目繁多的节点可以 使整个系统具有高精度、容错机能强、盲区缩小等明显优势。第二,能够动态组 网,节点位置随处移动。第三,采取以数据本身为核心的查询和传输数据的思想。
正因为无线传感网络可以完成在不同时间、不同位置和任何条件下获得海 量的数据来源,从而具有长远的应用潜力,可被广泛应用在国防军事、医疗卫生、 智能建筑、家居系统、农业监控等领域。
第三章 智能照明系统的总体方案.......10 3.1 智能照明系统的总体设计方案........11 第四章 智能照明系统的硬件设计与实现......24 4.1 传感器节点硬件设计.........24 第五章 智能照明系统的软件设计与实现......................33 5.1 软件整体架构.................33 第六章 智能照明系统的调试与实验测试 6.1 系统单元测试 从上面的测试中,此程序能够获得 LED 灯的参数信息以及控制灯的状态 信息,当服务器查询本地数据库的 ACTION 表,如果有客户端要完成的功能,则转 发给客户端管理,一旦客户端完成指定的功能后,当返回“GET”,表示采集了灯的参数数据,当返回“SET”此时会返回“success”或“failed”,则表示 ACTION 表已经删 除对应的行信息。
6.2 服务器与客户端测试 从上面的测试中,可以得出,LED 灯注册功能能够达到预期的效果:当本地 数据库包含 LED 灯的注册信息时,不需要进一步注册,避免产生重复,但是当本 地数据库里没有 LED 灯的的注册信息时,会根据所必备的信息注册。因此,从最 后的结果中,light_mac 为‘12345’的 LED 灯,不在进行重复注册,而对其他的 LED 灯,系统对其进行了一次注册过程。2、测试功能:采集 LED 灯的状态参数 以及控制灯的状态参数(1) 在本地数据库人工的调整对应的处理信息,用来模拟 用户群体从便携式移动端以及网页浏览器对 LED 灯的操作。(2) 运行客户端/ 服务器程序,在客户端程序的控制台上观察采集的 JSON 字串以及模拟客户端 程序处理 JSON 字符后的效果。
本章在单元测试的基础上,分别测试了协调器节点与传感器节点的功能,符 合预定的设计要求,与此同时,模拟测试了服务器与客户端的功能,达到了既定的 目标,上述模块的完善,为整体项目的集成提供了模块支持。
.......... 第七章 总结与展望 本文在智能照明系统中的设计与实现中,综合运用了无线传感技术,嵌入式 技术以及云计算的框架,从硬件上和软件上构成一系列完整的系统,利用无线传感 技术收集LED 灯的不同参数数据,利用嵌入式技术转发 LED 的不同参数数据, 利用服务器节点作为数据的分析与筛选,最后,利用构建大型网站显示效果,实现 数据处理和实时监控,本文所做主要的工作如下:1、本文首先给出了系统的整体的 架构和一系列的解决方案,并进一步分析了各层的功能和目标,为每一层次的实现 提供了详细的说明和功能需求。2、对硬件平台所使用的产品选型的依据到具体 设计实现,同时对不同的数据收集芯片的选型进行了分析。3、实现了每个 LED 的传感器的驱动,能够采集到对应的数据参数信息。4、分析了协调器节点与传感 器节点的通信方式,以及系统的层次间通信方式,它的开发流程,原理和步骤,并为 本文系统的通信提供了一系列的标准协议。5、设计并实现了照明系统,将传感器 节点底层收集的一系列数据,经过嵌入式系统的转发,融合云计算平台,最终到呈 现效果给用户。本文采取从需求角度出发的架构思维,设计了一个技术架构和实现方案都合理的解决方案。本文工作的重点和难点在于如何将软件系统和硬件系 统的结合,在分析了以往传统设计的基础上,分析整体平台的项目架构,并完成了 相对完善的需求设计,代码实现,集成测试的整体工作。
