本科毕业论文（设计）
题目智能家居照明控制系统设计
学院电信学院
专业电子信息工程
班级电子信息工程统本（01）班
学号121040110119
学生姓名谢国鑫
指导教师田新志
完成日期2016年5月
西安思源学院教务处制
二〇一六年五月
摘要
人们日常生活照明是必不可少的，随着老百姓生活水平的提高,普通照明达不打那种随心所欲的要求,并且电子的发展,通信和计算机网络技术为智能照明控制系统提供了条件，具有广阔的发展前景。
本课题中所设计的系统中使用CC2530作为无线网络设备,MSP430F2619 微控制器芯片作为处理器，并结合TI公司Z -堆栈协议栈来实现打开和关闭以及控制LED灯泡。本设计在上位机通过节点之间关系的灵活配置进而能达到智能控制。
本设计中的电气系统的自组网功能,用户可以通过路由器到路由器节点控制协调器发送信号任何终端设备,终端接收到命令和PWM信号,实现每个灯导致多级调光和场景模式控制功能,具有一定的实用价值。
关键词：智能照明系统 ZigBee 无线网络 CC2530
Abstract
Lighting is essential to People's Daily life, as people living standard rise, the requirements of general lighting up to don't play that follow one's inclinations, and the development of electronic, communication and computer network technology provides conditions for the intelligent lighting control system, has a broad development prospects.
This topic in the design of the system used in CC2530 as wireless network equipment, MSP430F2619 microcontroller chip as the processor, and connecting with the TI company Z - stack protocol stack to achieve open and close and control LED bulbs. This design through the node in the upper machine of the relationship between the flexible configuration which can achieve intelligent control.
Electrical system in the design of the ad-hoc network function, the user can control the coordinator to send signals through the router to router nodes any terminal, terminal receives the command and the PWM signal, realize each lamp to multistage dimming and scene mode control function, has a certain practical value.
Keywords: Intelligent Light System ZigBee wireless network CC2530
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目录
第一章绪论 (1)
1.1 本课题研究背景 (1)
1.2智能家居照明系统国内外研究现状 (1)
1.2.1智能家居照明系统发展现状 (1)
1.2.2短距离无线通信技术发展现状 (2)
1.3智能家居照明控制系统发展方向 (2)
1.4本课题设计的主要工作和任务 (3)
1.5论文结构安排 (3)
第二章智能家居照明控制系统支撑技术——zigbee技术 (5)
2.1 ZigBee概述 (5)
2.2 ZigBee网络基础 (6)
2.2.1 网络节点类型 (6)
2.2.2 网络拓扑形式 (7)
2.2.3 工作模式 (8)
2.3 本章小结 (8)
第三章智能家居照明系统总体设计方案 (9)
3.1 智能家居照明系统设计要求 (9)
3.2 系统总体设计方案 (10)
3.3 系统硬件设计方案 (11)
3.4 系统软件设计方案 (11)
第四章智能照明系统的硬件设计与实现 (13)
4.1微控制器模块设计 (13)
4.1.1 MSP430F2619 微控制器芯片 (13)
4.1.2 MSP430F2619 微控制器外围电路设计 (15)
4.2无线射频模块设计 (18)
4.3传感器采集模块设计 (19)
4.4 光控模块设计 (19)
第五章智能照明控制系统的软件设计 (21)
5.1 系统的结构 (21)
5.2系统程序流程图 (22)
5.2.1网络建立过程 (22)
5.2.2路由器程序设计 (23)
5.3.3终端程序设计 (24)
5.3系统的核心程序设计 (25)
5.4 上位机 (26)
5.4.1 上位机的功能简介 (26)
5.4.2 上位机工作流程 (26)
5.5 系统测试 (27)
5.5.1 系统硬件测试 (27)
5.5.3 协议栈的测试 (27)
5.5.4 上位机的测试 (27)
第六章结论 (28)
致谢 (29)
参考文献 (30)
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第一章绪论
1.1 本课题研究背景
对于繁杂的照明控制系统来说，若采用传统的有线控制方式则价格较高，电缆铺设繁琐，已经逐渐不能完全满足现代都市人们的应用需求了。因而无线通信技术应运而生。
无线通信技术的种类有很多，不同的技术应用的场合也不相同。如蓝牙技术传输速度快，但是传输距离有限，适用于近距离且组网节点少的场合；WIFI传输速度快，传输距离远，但其价格偏高，功耗较大，组网能力较差。而本文中将要使用的ZigBee技术则具有低成本、低功耗等特点，并且其在工作模式下，ZigBee传输速率较低，传输数据量很小，从而导致信号收发时间很短，另外当其处于非工作模式时，节点处于休眠模式以节省能源消耗。
1.2智能家居照明系统国内外研究现状
1.2.1智能家居照明系统发展现状
智能家居照明系统是近几年开始发展起来的，本质上是隶属于智能楼宇自动化系统中的一个子系统。进入二十一世纪已来，智能化建筑方面的发展可谓是日新月异，在智能化建筑中涉及到有传统的用于通信方面网络系统（包括有线与无线系统），有用于安全方面的智能监控系统，有用于提高工作效率的智能办公和通信自动化系统。智能建筑在这几方面已经有了长足的发展，相关技术也比较成熟。但是作为智能建筑中的智能照明控制系统方面的发展却相对比较滞后。目前在很多成熟的智能建筑系统，照明方面仍然采用传统的手动控制照明的方法。出现这一现象主要是因为智能照明控制系统在国外的定位太高，对于普通消费者来说只能是海市蜃楼，价格高得难以接受。而在国内以前则是主要是受传统消费观念的影响，在人们的印象中照明也只是在黑暗中提供充足的光源就可以了，没有必要去花过多的金钱在照明控制上，正是由于普通民众的这种想法，使得国内一些具有这方面科研能力的院所和企业没有也不愿投入过多的人力和财力进行研
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究和推广智能照明系统1。现在随着生活水平的提高，人们对生活品质的追求也越来越高，因而对智能照明系统提出了新的要求，现在的智能照明控制系统大部分是由舞台灯光控制系统演变而来，但随着智能家居和楼宇自动化的发展，智能照明系统也开始从舞台灯光控制向各种建筑物照明发展。现在随着无线通信技术与计算机技术的发展，国内外很多的科研机构也开始研究如何将无线通信技术引入智能照明控制系统中。而ZigBee技术的各种特性，能够很好的满足智能照明系统的要求，成为智能照明控制系统研究的热点技术。
1.2.2短距离无线通信技术发展现状
对于智能照明系统来说使用的主在通信技术就是短距离无线通信技术。现阶段主要的无线短离距通信技术有ZigBee技术、UWB技术、蓝牙技术、WiFi技术等。UWB不采用传统无线通信技术常用的连续载波，而是通过纳秒级的脉冲来完成数据信号的发送，具有很宽的频谱范围。蓝牙技术的通信距离一般在10m 以内，现阶段蓝牙技术主要应用在计算机外设，比如蓝牙打印机、蓝牙音箱等。另外目前的智能手机都内置有蓝牙模块，用于短距离之间的数据传输。WiFi也是一种短距离的无线通信技术，主要用于数据传输量大，可靠性要求较高的场合（如无线局域网）等，但其成本较高、功耗很大。对于ZigBee来说，其通信速率在10~250kbit/s之间，通信距离在开阔空间难能够达到300m，若是在室内等较封闭的空间也在10~100m范围之间，通信效率也比较高。适用于低成本、低功耗的场合。上述的几种无线短距通信技术各有各的特点，因而其应用场合也不完全相同，但它们之间的竞争非常激烈，一定的时候可能互相进行补充1。
1.3智能家居照明控制系统发展方向
传统的照明系统只为人们提供必要的照度，智能照明控制系统的设计主要是为了解决传统照明系统方面的不足。纵观智能照明控制系统发展，大致可分为三个阶段：照明系统的电子化、照明系统自动化和照明系统智能化2。在智能照明系统中用户可以根据需要设置不同的情景模式，另外还可以通过一些传感器感应周围环境变化，从而实现智能调节，为人们的工作、学习和生活提供更好的环境。就目前的发展来看智能照明控制发展的主要趋势主要在以下几个方面1：
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1) 更加人性化。根据人们的不同需求来实现智能化调节，目的就是实现人机合一。
2) 网络化。由于维护方面传统照明比较有局限性，所以网络化能及时监测到各种信息并及时反馈方便人们的使用。
3) 可扩展性。智能照明系统因实现可扩展，方便新设备能随意接入网络。
4) 标准化。智能照明系统的标准化很重要，如果说不同厂商生产出来的用时不能使用会给人们带来极大地不便。
1.4本课题设计的主要工作和任务
智能家居照明系统是一项实践性很强的课题。需要具有一定的理论基础知识，还要求具有一定的动手实践能力。为了很好的完成本次毕业设计，从毕设的准备到最后的完成主要做了以下几方面的工作。
（1）查阅相关的文献资料，搜集相应的理论基础知识。在此基础上做好理论知识准备。
（2）进行了相应的实地考察，理论与现实相结合，分析判断考虑设计的整体框架。
（3）深入了解了ZigBee技术的特性和通信原理以及智能照明的技术要求等。
（4）在相关理论基础完备的情况下设计了基于ZigBee的智能家居照明系统
（5）4)最后进行仿真与调试，完成课题设计。
1.5论文结构安排
论文第一部分为“绪论”，该部分首先说本课题的研究背景做了较为详细的阐述，随后就智能照明控制系统的国内外的研究现状过行了系统的分析。
论文第二部分为“智能照明控制系统支撑技术——Zigbee技术”，该部分主要对Zigbee技术进行了具体的说明。
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论文的第三部分为“系统的硬件设计与实现”,该部分主要介绍智能照明控制技术中的硬件部分的设计。
论文第四部分为“系统的软件设计实现”，该部分就系统的结构，功能以及相对应的程序的设计与实现分别进行关键技术说明分析。
第五部分为“结论”，该部分用于描述本课题的实施结论并给出了进一步的展望。
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第二章智能家居照明控制系统支撑技术——zigbee技术
2.1 ZigBee概述
ZigBee技术一种应用于传输距离短、速率低的电子设备间的无线通信技术。是基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议。
Zigbee协议栈由子层组成，每一层为其上层提供服务：如果是一个数据实体就提供数据传输服务；如果是一个管理实体就提供管理、维护服务。每个服务实体通过一个提供了一系列的基本服务指令来实现相应的功能服务接入点（SAP）为其上层提供服务接口。其协议栈结构如图2-1所示。
图2-1 ZigBee协议栈结构
从图中可以看出，ZigBee协议从下到上分别为物理层(PHY)、媒体访问控制层(MAC)、传输层(TL)、网络层(NWK)、应用层(APL)（应用支持子层和应用层）3。其中物理层和媒体访问控制层遵循IEEE 802.15.4标准的规定，传输层、网络层及应用支持子层则遵循ZigBee联盟标准的规定。
从协议的工作过程来看，ZigBee协议中层与层之间与OSI参考模型的工作过程类似都是通过原语进行信息的交换和应答的。层与层之间通过服务接口来完成相关服务与相关数据的传递的。ZigBee协议提供数据服务和管理服务两种服
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务接口，数据服务接口的主要任务是向上层提供所需的常规数据服务，管理服务接口的主要任务是向上层提供访问内部层参数、配置和管理数据的机制4。
在本课题所设计的系统中，为了达到节能的目的，系统将会采用Zigbee技术来构建智能家居照明系统。
2.2 ZigBee网络基础
ZigBee网络和传统意义上的网络是不同的。本文主要从ZigBee网络中的设备类型，网络拓扑结构以及工作模式这三方面的内容进行介绍，在ZigBee标准中，网络主要有三类网络节点、三种拓扑结构以及两种工作模式。三类网络节点分别是网络协调器（Coordinator）、路由器(Router)和终端节点（End Device）；三种拓扑形式是星型拓扑、树型拓扑和网状拓扑；两种工作模式为信标(Beacon)模式和非信标(Non-beacon)模式。
2.2.1 网络节点类型
(1) 协调器（Coordinator）
协调器顾名思义就是在网络中进行协调的，在ZigBee网络中，协调器的主要作用有：1）ZigBee网络中通信频道的选择；2）ZigBee网络的建立；3)为其他节点提供必要的路由信息，管理其它节点的安全及其他服务。根据ZigBee协议的规定在一个Zigbee网络中有且只有一个协调器节点。
(2) 路由器（Router）
在ZigBee网络中，路由器的主要作用有：1）路由器节点自身信息的收发；2）节点之间转发信息的收发；3）协助其它节点加入到网络中；4）为网络提供路由信息。
(3) 终端节点
终端节点是Zigbee系统中的最小单元，其主要作用有：1）发送和接收信息；2）为了达到节能的目的，一般当终端节点不需要数据收发时，就会进入休眠状态以降低能耗。
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2.2.2 网络拓扑形式
(1) 星型拓扑
在星型拓扑中有一个协调器节点和若干个终端节点，协调器节点负责全网的运行，这种拓扑结构是Zigbee网络拓扑结构中最简单的拓扑形式，如图2-2所示。
图2-2 星形拓扑结构
(2)树型拓扑
在树形拓扑结构中，协调器节点作为整个网络的根节点，它可以连接路由器节点和终端节点，路由器节点可以连接路由器节点和终端节点，而终端节点下面则不能再连接任何其它节点。树状拓扑结构如图2-3所示。
图2-3 树状拓扑结构
(3)网状拓扑
在在ZigBee网状拓扑中，网状拓扑是最复杂的一种方式，当然也是最灵活的一种方式，具有很好的容错能力，如果某个路由路径出现问题，信息可自动选择他路径进行传输。网状拓扑结构如图2-4所示。
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图2-4 网状拓扑结构
2.2.3 工作模式
不同的应用需求，对网络的工作方式的要求也不同。为了满足不同的应用需求，ZigBee网络的工作模式分为信标(Beacon)模式和非信标(Non-beacon)模式两种。
在信标模式下，网络中的所有设备的工作与休眠都是同步的，这样做的目的是可以在最大程度上节省能源的消耗。而在而非信标模式进行周期性休眠，网络中的设备的工作与休眠不是同步的，网络中的协调器和所有路由器设备长期处于工作状态，以确保系统时刻处于响应中。
2.3 本章小结
本章就ZigBee技术给与一些基本的介绍，并且对节点类型和拓扑形式以及工作模式有了一定的了解，在第三章和第四章会介绍如何基于硬件完成设计。
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第三章智能家居照明系统总体设计方案
3.1 智能家居照明系统设计要求
现代家居照明系统的要求与过去相比有了很大的不同。一方面让用户在适合的光照下生活学习，另一方面还要求系统具有节能功能以及用户操作的方便性。因而在设计智能家居照明系统时应围绕这几个方面来考虑。针对以上要求智能控制系统的设计方面应在无线感知网络方面、接入节点功能方面、远端用户和数据中心方面进行重点考虑。各方面需完成的主要功能如下。
无线感知层：作为感知层方面来说系统应该能够监测室内的温度、湿度、室内光照强度及设备电池电压等环境信息,然后将感知到的结果通过系统中的接入节点转发到远端用户或数据中心5。
接入节点：对于接入点来说，首先收集感知层传感节点采集到的室内温度、室内湿度、室内光照强度及设备电池电压等环境信息,然后通过通信网络将收集到的数据转发给远程用户或PC机上的数据中心；另外对于远端用户或者数据中心发送的时候关查询命令、网络拓扑更新命令和LED灯具的开/关灯及调光控制命令等接入节点应当能够及时的进行解析,并根据解析的结果将信息转发给底层的感知节点5。
远端用户和数据中心：对于远端用户来说，一般都是采用手机监控室内环境信息,这样用户就可以利用手机等终端设备通过短信的形式向感知节点发送查询或者控制命令,并接收感知节点反馈的信息等；让用户可能很方便的监控室内的环境。对于数据中心来说，则需要进行接收并显示感知层监测到的数据、实时显示网络拓扑结构、发送控制命令并显示查询结果,还具有历史数据查询及统计信息显示等功能5。
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3.2 系统总体设计方案
智能家居照明系统是一个较为复杂的系统，涉及到通信技术、智能控制技术以及计算机技术等方面，本课题经过充分的认证后决定采用基于ZigBee无线传感器网络技术来设计本系统。本系统的主要组成部分有感知节点、接入节点、路由节点、终端节点和数据中心/远端用户。如图3-1所示。
图3-1 系统结构图
在本系统中，系统中的所有节点通过自适应方式组成一个网状的无线传感器网络,在该网络中接入节点承担zigbee网络中的协调器,该节点上电后会自动建立网络,随后路由节点和终端节点能自由地加入网络。
在本系统中,各部分的作用如下。
网络的管理
数据转发
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。
3.3 系统硬件设计方案
本课题中的硬件部分的设计本质上就是无线传感器网络中的节点的设计。由于系统需要实现无线方式照度的调节，灯具的开与关，因此本系统的硬件设计主要有微处理器模块、光控模块、无线射频收发模块、电源模块、串口单元和调试接口等的设计,系统的结构框图如图3-2所示。在该系统中,微处理器单元需要与光控模块、射频模块、串口单元以及调试接口进行通信，是系统的核心部件。
图3-2 节点结构框图
3.4 系统软件设计方案
系统的硬件是系统正常运行的基础，而系统中的软件部分则是系统的灵魂，一个好的系统离不开优秀的软件系统。为了实现本课题中的智能家居照明系统的
电源模块
光控模
CC2530 串
口
调
试 MSP430F2619 微控制器模块 G S G
J
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设计，在该系统中的数据中心/远端用户、接入节点、路由节点和终端节点部分的软件功能如下应做到以下几个方面5。
数据中心
实时地显示家居环境信息（自然光照度）
用户能够通过数据中心对网络中节点的管理、控制智能灯
光节点上灯具的开关等;
远端用户
可以实时远程监控家居环境信息
可以通过短信的形式向感知节点发送查询、控制命令,并接收感知节点反馈的信息;
接入节点 组建无线传感器网络
发送与接收网络数据与指令
实现与数据中心/远端用户的通信;
路由节点
实现数据包的路由与转发,扩大网络覆盖范围 具备终端节点的所有功能
终端节点
实现对室内环境信息的采集
通过无线传感器网络发送监测数据及拓扑信息到接入节点
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第四章智能照明系统的硬件设计与实现
按照系统的规划，智能家居照明系统的硬件部分的设计与实现也就是微控制器模块、射频模块、光控模块、传感器采集模块、电源模块、串口单元及调试接口的设计与实现。
4.1微控制器模块设计
4.1.1 MSP430F2619 微控制器芯片
微控制器（MCU），也被称为单片机，可以被认为在其内部集成了许多完成算术运算和逻辑运算等功能的逻辑电路模块。微控制器的每一条汇编指令对应一个逻辑电路模块。微控制器依靠所运行的程序来完成工作。这个程序是设计者对微控制器的一组完整的指令，指令告诉微控制器其操作的每一步应该去调用什么逻辑电路模块，以及如何调用这个逻辑电路模块。这些指令以二进制代码的形式存储在存储器中，微控制器从存储器中一次读取一条指令代码，并完成由指令代码指定的操作。
通过编写设计文件，或者程序，可以在可编程逻辑器件内部产生希望的硬件电路，或者控制微控制器完成不同的工作，正时由于这个特点，使得硬件系统的设计变得非常方便。当由于需求的更改而需要修改系统的部分设计时，设计者只需要进行少量的工作就可以完成。
由于微控制器一次只能执行一条指令，因此它的主要局限性是工作速度。采用硬件方案设计的数字系统总是比软件方案设计的数字系统的工作速度快6。可编程逻辑器件在下载设计文件以后，在它的内部将形成对应的硬件电路，这些电路是可以同时工作的。例如向2个数码管传送显示代码，这时可以同时进行。在微控制器中，向2个数码管传送显示代码的工作只能是逐个传送。可编程逻辑器件内部电路模块中信号处理的时间只来源于硬件电路产生的时间延迟，不存在指
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令读取和执行产生的时间延迟。上述工作特点使得可编程逻辑器件的工作速度比微控制器芯片快。
在本课题的设计中采用MSP430F2619微控制器模块，该芯片是由德州仪器（TI）公司生产的64管脚PM包装。MSP430F2619芯片管脚排列图和功能方框图分别如图4-1和图4-2所示。
图4-1 MSP430F2619芯片管脚排列图
图4-2 MSP430F2619芯片功能方框图
XXXXXXXXXXXXXX 嵌入式系统原理及应用实践 —智能家居控制系统（无操作系统） 学生姓名XXX 学号XXXXXXXXXX 所在学院XXXXXXXXXXX 专业名称XXXXXXXXXXX 班级XXXXXXXXXXXXXXXXX 指导教师XXXXXXXXXXXX 成绩 XXXXXXXXXXXXX 二○XX年XX月
综合实训任务书
目录 前言 (1) 1 硬件设计 (1) 1.1 ADC转换 (3) 1.2 SSI控制数码管显示 (3) 1.3 按键和LED模块 (5) 1.4 PWM驱动蜂鸣器 (6) 2 软件设计 (7) 2.1 ADC模块 (7) 2.1.1 ADC模块原理描述 (7) 2.1.2 ADC模块程序设计流程图 (8) 2.2 SSI 模块 (8) 2.2.1 SSI模块原理描述 (9) 2.2.2 SSI模块程序设计流程图 (10) 2.3 定时器模块 (10) 2.3.1 定时器模块原理描述 (10) 2.3.2 定时器模块流程图 (11) 2.4 DS18B20模块 (11) 2.4.1 DS18B20模块原理描述 (11) 2.4.2 DS18B20模块程序设计流程图 (12) 2.5 按键模块 (13) 2.5.1 按键模块原理描述 (13) 2.5.2 按键模块程序设计流程图 (13) 2.6 PWM模块 (13) 2.6.1 PWM模块原理描述 (14) 2.6.2 PWM模块程序设计流程图 (14) 2.6 主函数模块 (14) 2.6.1 主函数模块原理描述 (14) 2.6.2主函数模块程序设计流程图 (15)
课程论文 智能家居控制系统 摘要 智能家居也称智能住宅聪明家。智能家居是以住宅为平台，它将建筑结构与网络通信、信息家电、设备自动化控制进行综合的系统集成。它利用先进的计算机技术、网络通讯技术、综合布线技术、将与家居生活有关的各种子系统，有机地结合在一起，通过统筹管理，让家居生活更加舒适、安全、有效。与普通家居相比，智能家居不仅具有传统的居住功能，而且提供舒适安全、高品位且宜人的家庭生活空间，还可将原来的被动静止结构转变为具有能动智慧的工具，提供全方位的信息交换功能，帮助家庭与外部保持信息交流畅通，优化人们的生活方式，帮助人们有效安排时间，增强家居生活的安全性，甚至为各种能源费用节约资金。关键词：智能家居计算机技术自动化控制网络通信
目录 1.智能家居控制系统的控制原理 (3) 1.1物联网应用于智能家居 (3) 1.2智能家居控制系统结构 (3) 1.3智能家居主要控制模块的设计方法 (4) 1.3.1无线通讯遥控器模块 (5) 1.3.2可视门禁控制模块 (5) 1.3.3窗帘控制模块 (6) 1.3.4防盗报警模块 (6) 2.使用智能家居控制系统的特点 (7) 2.1家居电器远程控制 (7) 2.2定时控制 (7) 2.3智能照明 (7) 2.4万能遥控集中控制 (8) 2.5网络控制 (8) 2.6家电控制 (8) 3.结束语 (8)
1.智能家居控制系统的控制原理 1.1物联网应用于智能家居 ?物联网就是“物物相连的互联网”。这有两层意思：第一，物联的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；第二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通讯。它通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。物联网应用图见下图1 图1 物联网应用 ?物联网已成为当前世界新一轮经济和科技发展的战略制高点之一，发展物联网对于促进经济发展和社会进步具有重要的现实意义，2011年物联网已经纳入国家《十二五》发展规划中，将来物联网在智能家居方面发展也是一个主流方向。 1.2智能家居控制系统结构 家居系统主要由智能灯光控制、智能家电控制、智能安防报警、智能娱乐系统、可视对讲系统、远程监控系统、远程医疗监护系统等组成，框图如图2和图3所示。
智能家居照明控制 系统设计 1
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Abstract Lighting is essential to People's Daily life, as people living standard rise, the requirements of general lighting up to don't play that follow one's inclinations, and the development of electronic, communication and computer network technology provides conditions for the intelligent lighting control system, has a broad development prospects. This topic in the design of the system used in CC2530 as wireless network equipment, MSP430F2619 microcontroller chip as the processor, and connecting with the TI company Z - stack protocol stack to achieve open and close and control LED bulbs. This design through the node in the upper machine of the relationship between the flexible configuration which can achieve intelligent control. Electrical system in the design of the ad-hoc network function, the user can control the coordinator to send signals through the router to router nodes any
智能照明系统的设计 1引言 随着人民生活水平的不断提高，人们对工作和生活环境的要求越来越高，同时对照明系统的要求也越来越高。照明领域的能源消耗在总的能源消耗中占了相当大的比例，节约能源和提高照明质量是当务之急。照明用电作为电力消耗的重要部分，已经占到了电力消耗的10%左右，并且随着我国国民经济的迅猛发展和人民生活水平的不断提高，照明用电还将不断增加。[1] 传统照明技术受到了强烈冲击。一方面，由于信息技术和计算机的发展对照明技术的变化提供了技术支撑；另一方面，由于能源的紧缺，国家对照明节能越来越重视，新型的照明技术得以迅速发展，以满足使用者节约能源、舒适性、方便性的要求。 智能照明系统是最先进的一种照明控制方式，它采用全数字、模块化、分布式的系统结构，通过五类控制线将系统中的各种控制功能模块及部件连接成一个照明控制网络，它可以作为整个建筑物自动化管理系统（BA系统）[2]的，一个子系统通过网络软件接入BA系统，也能作为独立系统单独运行，在照明控制实现手段上更专业、更灵活，可实现对各种照明灯的调光控制或开关控制，是实现舒适照明的有效手段，也是节能的有效措施。 智能照明系统可对白炽灯、日光灯(专用镇流器)、节能灯、石英灯等多种光源调光,满足各种环境对照明的要求。适用范围有:大型公共建筑,如会展中心、航站楼、客运站、体育场馆、大型商场等;博物馆、美术馆、图书馆等文化建筑和教学建筑;星级酒店和高档写字楼的宴会厅、多功能厅、会议室、大堂、走道等场所。 通过采用智能照明系统,可实现以下控制功能:
(1)时钟控制:通过时间设定实现各照明区域的不同控制。 (2)调光控制:通过照度探测器和调光模块,达到各区域照度值始终在预先设定值范围。 (3)区域场景控制:通过控制面板和调光模块,实现各照明区域的场景切换控制。 (4)动静探测控制:通过动静探测器和调光/开关模块,实现各照明区域的自动开关控制。 (5)手动遥控器控制;通过红外线遥控器,实现在正常状态下各区域内的照明灯具的手动控制和区域场景控制。 (6)应急照明控制:系统对特殊区域内的应急照明所执行的控制。 3智能照明控制系统原理与组成 智能照明系统是基于计算机控制平台的全数字、模块化、分布式总线型控制系统。中央处理器、模块之间通过网络总线直接通信，利用总线使照明、调光、百叶窗、场景、控制等实现智能化，并成为一个完整的总线系统。可依据外部环境的变化自动调节总线中设备的状态，达到安全、节能、人性化的效果，并能在今后的使用中根据用户的要求通过计算机重新编程来增加或修改系统的功能，而无须重新敷设电缆，智能照明控制系统的可靠性高，控制灵活，是传统的照明控制方式所无法做到的。 智能照明的系统通常主要由调光模块、开关模块、控制面板、液晶显示触摸屏、智能传感器、PC接口、时间管理模块、手持式编程器、监控计算机（大型网络需网桥连接）等部件组成。 线路系统：总线式智能照明简单的开关特点：负载回路连线接到输出单元的输出端，控制开关用五类线与输出单元相连。负载容量较大时仅考虑加大输出单元容量，控制开关不受影响；开关距离较远时，只须加长控制总线的长度，节省大截面电缆用量；可通过软件设置多种功能（开/ 关、调光、定时等）。总线式智能照明系统双控电路特点：实现双控时只需简单地在控制总线上并联一个开关即可；进行多点控制时，依次并联多个开关即可，开关之间仅用一条五类线连接，线路安装简单省事。 控制方式：智能照明控制，采用低压二次小信号控制，控制功能强、方式多、范围广、自动化程度高，通过实现场景的预设置和记忆功能，操作时只须按一下控制面板上某一个键即可启动一个灯光场景（各照明回路不同的亮暗搭配组成一种灯光效果），各照明回路随即自动变换到相应的状态。上述功能也可以通过其他界面如遥控器等实现。 照明方式：智能照明控制系统采用“调光模块”，通过灯光的调光在不同使用场合产生不同灯光效果，营造出不同的舒适的氛围。
智能家居控制系统-课程设计报告
XXXXXXXXXXXXXX 嵌入式系统原理及应用实践 —智能家居控制系统（无操作系统） 学生姓名XXX 学号XXXXXXXXXX 所在学院XXXXXXXXXXX 专业名称XXXXXXXXXXX 班级XXXXXXXXXXXXXXXXX 指导教师XXXXXXXXXXXX 成绩 XXXXXXXXXXXXX 二○XX年XX月
综合实训任务书
目录 前言 (1) 1 硬件设计 (1) 1.1 ADC转换 (3) 1.2 SSI控制数码管显示 (4) 1.3 按键和LED模块 (6) 1.4 PWM驱动蜂鸣器 (7) 2 软件设计 (8) 2.1 ADC模块 (8) 2.1.1 ADC模块原理描述 (8) 2.1.2 ADC模块程序设计流程图 (9) 2.2 SSI 模块 (9) 2.2.1 SSI模块原理描述 (10) 2.2.2 SSI模块程序设计流程图 (11) 2.3 定时器模块 (11) 2.3.1 定时器模块原理描述 (11) 2.3.2 定时器模块流程图 (12) 2.4 DS18B20模块 (12) 2.4.1 DS18B20模块原理描述 (13) 2.4.2 DS18B20模块程序设计流程图 (13) 2.5 按键模块 (14) 2.5.1 按键模块原理描述 (14) 2.5.2 按键模块程序设计流程图 (14) 2.6 PWM模块 (15)
2.6.1 PWM模块原理描述 (15) 2.6.2 PWM模块程序设计流程图 (16) 2.6 主函数模块 (16) 2.6.1 主函数模块原理描述 (16) 2.6.2........................... 主函数模块程序设计流程图16 3．验证结果.. (17) 操作步骤和结果描述 (17) 总结 (18)
设计名称：智能照明控制系统组别：第五组 组长：XX 组员：XX
基于单片机的智能照明控制系统设计 随着电子技术的飞速发展，基于单片机的控制系统已广泛应用于工业、农业、电力、电子、智能家居等行业，微型计算机作为嵌入式控制系统的主体与核心，代替了传统的控制系统的常规电子线路。 本文介绍了基于单片机AT89C51的室内灯光控制系统及其原理，提出了有效的节能控制方法。该系统采用了当今较成熟的传感技术和计算机控制技术，利用多参数来实现对学校教室室内照明的控制。 系统设计包括硬件设计和软件设计两部分。工作时,光信号取样电路采集光照强弱、人体信号采集电路采集室内是否有人、是否为工作时间等信息并将信号送到单片机,单片机根据这些信息通过控制电路对照明设备进行开关操作,从而实现照明控制,以达到节能的目的。
目录 1 引言....................................................................... 1.1 研究背景.............................................................. 1.2 智能照明控制系统的优点................................................. 2 设计部分................................................................... 2.1设计要求............................................................... 2.2系统设计............................................................... 2.3逻辑控制............................................................... 2.4硬件设计............................................................... 2.4.1 系统硬件总述....................................................... 2.4.2 AT89C51单片机介绍................................................. 2.4.3 光照检测电路....................................................... 2.4.4 人体信号采集电路................................................... 2.4.5 比较电路........................................................... 2.4.6 延迟时间选择电路................................................... 2.4.7 输出控制电路....................................................... 3 系统软件设计及实现......................................................... 4 结论...................................................................... 5 评价……………………………………………………………………………………………….. 6 组员分工…………………………………………………………………………………………..
基于单片机的楼道照明自动控制系统设计 1.设计内容 本次设计的内容为楼道照明自动控制系统的设计。它利用光敏电阻和热式电红外传感器，单片机等器件对楼道照明灯具进行自动控制。使电灯白天不亮，夜间有人走动时自动点亮，人走后延时一段时间自动熄灭，从而达到节能的目的。 2.设计方案和主要元器件的选择 2.1设计方案 本次设计的三个要求：第一电灯白天不亮，第二晚上有人走动时自动点亮，第三人走后延时一段时间自动熄灭。针对，电灯白天不亮，我们采用光控，采用光敏电阻，利用它的导电特性予以解决；针对行人走动电灯自动点亮，我们采用热式电红外传感器，利用它将热转化为电压的特性予以解决；针对延时，我们采用单片机的延时程序予以解决。 2.2 主要元器件的选择 （一）光敏电阻的结构和工作原理 1 结构 光敏电阻的结构和电路图形符号如图1所示。
光敏电阻又称光导管，它几乎都是用半导体材料制成的光电器件。如图2所示光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时即可加直流电压，也可加交流电压。无光照时候，光敏电阻值（暗电阻）很大，电路中电流很小。当光敏电阻收到一定波长范围的光照时，它的阻值（亮电阻）急剧减少，电路中电流迅速增大，一般希望暗电阻越大越好，亮电阻越小越好，此时光敏电阻的灵敏度高。实际光敏电阻的暗电阻值一般在兆欧级，亮电阻在几千欧以下。 2 工作原理 用于制造光敏电阻的材料主要是金属的硫化物，硒化物等半导体。通常采用
涂敷，喷涂，烧结等方法在绝缘底上制作很薄的光敏电阻体及梳妆欧姆电极，然后接出引线，封存在具有透光镜的密封壳体内，以免受潮影响其灵敏度。在黑暗环境里，它的电阻值很高。当受到光照时，只要光子能量大于半导体材料的禁带宽度，则阶带中的电子吸收一个光子的能量后可跃迁到导带，并在阶带中产生一个带正电荷的空穴，这种有光照产生的电子--空穴对增加了半导体材料中载流子的数目，使其电阻率变小，从而造成光敏电阻值下降。光照愈强，阻值愈低。入射光消失后，由光子激发产生的电子--空穴对将逐渐复合，光敏电阻的阻值也就逐渐恢复原值。 （二）热释电红外传感器 任何发热体都会产生红外线,辐射的红外线波长跟物体温度有关。表面温度越高,辐射能量越强。人体的正常体温为36~37.5℃，其辐射的最强的红外线的波长为9.67~9.64um，中心波长为9.65um。故考虑采用热释电人体红外传感器(PIP)。热释电红外传感器由传感探测元、干涉滤光片和场效应管匹配器三部分组成。其内部的热电元由高热电系数的铁钛酸铅汞陶瓷以及钽酸锂、硫酸三甘铁等配合滤光镜片窗口组成，其极化产生正、负电荷,随温度的变化而变化。 Ｄ端接电源 正极，Ｇ端接电 源负极，Ｓ端为 信号输出。由于
xx家电控制系统设计说明 一、定义 智能家居又称智能住宅，在国外常用Smart Home表示。与智能家居含义近似的有家庭自动化（HomeAutomation）、电子家庭（ElecctronicHome、E-home）、数字家园（DigitalFamily）、家庭网络（Home Net/Networks for ome）、网络家居（Network Home）、智能家庭/建筑 （IntelligentHome/Building），在我国香港和台湾等地区，还有数码家庭、数码家居等称法。 智能家居是以住宅为平台，利用综合布线技术、网络通信技术、安全防范技术、自动控制技术、音视频技术将家居生活有关的设施集成，构建高效的住宅设施与家庭日程事务的管理系统，提升家居安全性、便利性、舒适性、艺术性，并实现环保节能的居住环境。 智能家居是一个居住环境，是以住宅为平台安装有智能家居系统的居住环境，实施智能家居系统的过程就称为智能家居集成。 智能家居集成是利用综合布线技术、网络通信技术、安全防范技术、自动控制技术、音视频技术将家居生活有关的设施集成。由于智能家居采用的技术标准与协议的不同，大多数智能家居系统都采用综合布线方式，但少数系统可能并不采用综合布线技术，如电力载波，不论哪一种情况，都一定有对应的网络通信技术来完成所需的信号传输任务，因此网络通信技术是智能家居集成中关键的技术之一。安全防范技术是智能家居系统中必不可少的技术，在小区及户内可视对讲、家庭监控、家庭防盗报警、与家庭有关的小区一卡通等领域都有广泛应用。自动控制技术是智能家居系统中必不可少的技术，广泛应用在智能家居控制中心、家居设备自动控制模块中，对于家庭能源的科学管理、家庭设备的日程管理都有十分重要的作用。音视频技术是实现家庭环境舒适性、艺术性的重要技术，体现在音视频集中分配、背景音乐、家庭影院等方面。 二、表述 智能家居其实有两种表述的语意，定义中描述的，以及我们通常所指的都是智能家居这一住宅环境，既包括单个住宅中的智能家居，也包括在房地产小
无线Wi-Fi远程LED灯光方案 简介 近年来，智能家居行业火热，许多企业纷纷涉足智能家居领域，从而很多智能家居产品得以问世。由于灯光系统是家庭生活最基本的需求之一，因此智能灯光控制系列产品便成为了智能家居从业者们首选的切入点。而随着科技及生活水平的普遍提高，人们视听体验的水平也呈现出不断上升的趋势。消费者普遍对新奇的灯光控制设备产生兴趣，家中的电灯不仅仅只是照明的设备，人们更多的将智能的元素放入其中，从而智能灯光控制系统成为了一种潮流。所以远嘉科技推出了无线Wi-Fi远程LED灯光方案。 功能 1.具备wifi通讯功能，能够通过家用无线路由器组成的局域网与其他终端设备（室内机，移动终端（IOS,Android））进行通讯，从而可以通过其他终端设备实现对灯光的开，关，调光等控制； 2.基层通讯采用UDP协议，控制协议需要具备安全，可靠，可扩展的特点。Wifi信号符合国家相关行业的技术标准； 3.每一个控制器都具备在系统中唯一识别自己的机制，在有多个控制器共存的系统里，控制器能够被准确，唯一的识别出来； 4.能实现灯光的开关控制，能实现灯光的亮度调节控制； 5.能反馈当前灯光的开关状态，其他控制终端可以得到当前灯光是开，还是关的状态并显示给使用者； 6.对于亮度可调的灯光，当灯光是开的状态的时候，能够得到当前灯光的亮度值，其他控制终端可以得到当前灯光的亮度值并以某种方式显示给使用者；
7.控制器支持场景模式，至少支持32个场景。针对每一种场景，控制器能够记忆每一种场景下用户给本控制器设定的开，关，亮度值等场景参数。当收到控制器的场景切换命令时，控制器能够切换到自己在该场景中所设定的状态； 8.控制器实现7X24小时无故障运行。 APP展示
毕业设计 《图书馆照明控制系统》 The design of Lighting Contro1 System for the library 学生学号： 学生姓名：张竞文 专业班级：电气 指导教师：图萍给 职称：
起止日期： 长春光华学院Changchun Guanghua University
目录
图书馆照明控制系统设计 描要: 本文介绍了基于单片机AT89S51的图书馆照明控制系统及其原理,提出了有效的节能控制方法。该系统采用了当今比较成熟的传感技术和单片机定时控制技术,利用多参数来实现对学校图书馆照明的控制。 系统设计包括硬件设计和软件设计两部分。该照明控制系统的主控制器是以AT89S5l单片机为基础,实現了通信、信号采集、控制等功能。文中详细地描述了控制电路的设计过程,包括:环境光照度信号取样电路、人体信号采集电路、继电器驱动电路以及信号处理电路等。对于软件一设计主要有主控制器的数据传输程序设计以及灯光控制、延时控制、A/D转换等程序设计。 工作时,光信号取样电路采集光照最弱、人体信号采集电路采集室内是否有人信息并将信号送到单片机,单片机根据这些信息通过控制电路对照明设备进行开关操作,从而实現智能照明控制,以送到节能的目的。
关键词：智能控制,热释红外,传感器.单片机,定时控制 The design of Lighting Contro1 System for the library Abstract: This article desiribes Library Based on Single- Chip Microcomputer at89s5l Lighting Control System and its principles, proposes effective energy- saving control-method.The system uses the current sensing technology is more mature and timing of single .chip computer contro1 techno1ogy using multiple parameters to achieve control over lighting in the school liblary. System design includes hardware, design and software design of two parts. The Master 0f lighling Contro1 System is based on the at89s51 single chip,enabling communication,data accquisition,contro1,and other functiolns.The text of the control circuit are described in detail in the design process,including: ambient light signa1 sampling circuit,the body's signal acquisition .circuit,the relay driver circuit and signa1 processing circuit and so on.Software Design for data transfer program, as we11 as the main controller lighting control, Timer control, a/d control program design. Work, the optica1 signa1 Sampling Circuit capture,light, strong or weak, human acquisition of signal acquisition Circuit Indoor If anyone, whether working for the information and send a signal to the SCM, single- chip Mircomputer based on this information by contro11ing circuit for lighting switches, enabling Intelligent Lighting Contro1, to achieve energy- saving purposes.
基于物联网技术的智能家居控制系统设计方案 随着人们生活水平的提高和科技的发展，家庭智能化已成为一种必然趋势而深入千家万户。 家庭智能化即智能化家居 (Smart Home)，亦称数字家园(Digital Family )、家庭自动化(Home Automation )、电子家庭(E-home)、智能化住宅(Intelligent Home )、网络家居(Network Home )、智能屋(Wise House, WH)、智能建筑(Intelligent Building、等。它是利用计算机、通信、网络、电力自动化、信息、结构化布线、无线等技术将所有不同的设备应用和综合功能互连于一体的系统。它以住宅为平台，兼备建筑、网络家电、通信、家电设备自动化、远程医疗、家庭办公、娱乐等功能，集系统、结构、服务、管理为一体的安全、便利、舒适、节能、娱乐、高效、环保的居住环境。其从控制层次来分，一般由中央控制中心、家居智能控制终端、小区智能控制系统、家庭网关和外部网络几部分组成。 1智能家居系统体系结构 家居系统主要由智能灯光控制、智能家电控制、智能安防报警、智能娱乐系统、可视对 讲系统、远程监控系统、远程医疗监护系统等组成，框图如图1所示。 图1智能家居系统结构框图 2系统主要模块设计 2.1照明及设备控制 智能家居控制系统的总体目标是通过采用计算机、网络、自动控制和集成技术建立一个 由家庭到小区乃至整个城市的综合信息服务和管理系统。系统中照明及设备控制可以通过智 能总线开关来控制。本系统主要采用交互式通信控制方式，分为主从机两大模块，当主机触 发后，通过CPU将信号发送，进行编码后通过总线传输到从模块，进行解码后通过CPU触 发响应模块。因为主机模块与从机模块完全相同，所以从机模块也可以进行相反操作控制主
软件工程课程设计 智能家居.智能灯光控制系统
目录 1、引言...............................................................................................................................- 4 - 1.1、项目背景......................................................................................................................- 4 - 1.2、项目可行性..................................................................................................................- 4 - 1.3、项目目的及意义..........................................................................................................- 4 - 2、任务概述.......................................................................................................................- 5 - 2.1、系统定义......................................................................................................................- 5 - 2.1.1、自动感知...........................................................................................................- 5 - 2.1.2、智能分析...........................................................................................................- 5 - 2.1.3、智能决策...........................................................................................................- 5 - 2.1.4、远程控制...........................................................................................................- 5 - 2.1.5、电源控制...........................................................................................................- 5 - 2.2、术语定义：..................................................................................................................- 5 - 2.2.1、照明设备单元...................................................................................................- 5 - 2.2.2、光源单元...........................................................................................................- 6 - 2.2.3、照明模式...........................................................................................................- 6 - 2.3、数据描述：..................................................................................................................- 7 - 2.3.1、物理信号...........................................................................................................- 7 - 2.3.2、数字信号...........................................................................................................- 7 - 2.3.3、指令...................................................................................................................- 7 - 2.3.4、数据处理过程...................................................................................................- 7 - 3、需求分析.......................................................................................................................- 8 - 3.1、功能需求......................................................................................................................- 8 - 3.1.1、业务需求...........................................................................................................- 8 - 3.1.2、用户需求...........................................................................................................- 8 - 3.1.3、系统需求...........................................................................................................- 8 - 3.1.4、用例图及说明................................................................................................ - 10 - 3.2、性能需求................................................................................................................... - 12 - 3.2.1、速度................................................................................................................ - 12 - 3.2.2、鲁棒性............................................................................................................ - 12 - 3.2.3、容错性............................................................................................................ - 12 - 3.2.4、界面................................................................................................................ - 12 - 3.3、约束........................................................................................................................... - 14 - 3.3.1、运行环境........................................................................................................ - 14 - 3.3.2、硬件要求........................................................................................................ - 15 - 4、概要设计.................................................................................................................... - 16 - 4.1、系统架构设计........................................................................................................... - 16 - 4.1.1、总体架构........................................................................................................ - 16 - 4.1.2、智能控制.........................................................................................................- 17 - 4.1.3、远程控制：基于B/S结构 .............................................................................- 17 - 4.2、系统需求设计............................................................................................................- 17 - 4.2.1、智能控制设计.................................................................................................- 17 - 4.2.2、远程控制设计................................................................................................ - 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基于AT89C52单片机和BIS0001的智能照明控制系统设计 类别：网文精粹阅读：1013 对一些照明时间较长、照明设备较多的场所(如学校教室、商场等)，其照明系统的使用浪费现象屡见不鲜。由于缺乏科学管理和管理人员的责任心不强，有时在借助外界环境能正常工作和夜晚室内空无一人时，整个房间内也是灯火通明。这样下来，无形中所浪费的电能是非常惊人的。据测算，这种现象的耗电占其单位所有耗电的40％左右。因此，有必要在保证照明质量的前提下，实施照明节能措施。这不仅可以节约能源，而且会产生明显的经济效益。 1系统结构和工作原理 系统结构图如图1所示。本系统主要由光照检测电路、热释电红外线传感器及处理电路、单片机系统及控制电路组成。工作时，光照检测电路和热释电红外线传感器采集光照强弱、室人是否有人等信息送到单片机，单片机根据这些信息通过控制电路对照明设备进行开关操作，从而实现照明控制，以达到节能的目的。
2系统硬件设计 按图1构成的系统硬件电路如图2所示。为了使系统功能更加完善，在该系统中可以增加时间显示电路，用于显示当前的时间。由于该部分硬件与软件均已成熟，在此不做详细介绍。 2.1中心控制模块 目前较为流行的单片机有AVR和51单片机，从系统设计的功能
需求及成本考虑，51单片机性价比更高。AT89C52是拥有2个外部中断、2个16位定时器、2个可编程串行UART的单片机。中心控制模块采用AT89C52单片机已完全满足设计需要，实现整个系统控制。 2.2光照检测电路 如图2所示，当外界环境光照强时，光敏电阻R13阻值较小，则A点电平较低；当外界环境光照弱时，光敏电阻R13阻值较大，则A 点电平较高，将此电平送到单片机，由程序控制是否实现照明。 2.3热释电传感器及处理电路 2.3.1热释电红外线传感器 热释电红外传感器能以非接触形式检测出人体辐射的红外线，并将其转变为电压信号。热释电传感器具有成本低、不需要用红外线或电磁波等发射源、灵敏度高、可流动安装等特点。实际使用时，在热释电传感器前需安装菲涅尔透镜，这样可大大提高接收灵敏度，增加检测距离及范围。实验证明，热释电红外传感器若不加菲涅尔透镜，则其检测距离仅为2 m左右；而配上菲涅尔透镜后，其检测距离可增加到10 m以上。 由于热释电传感器输出的信号变化缓慢、幅值小(小于1 mV)，不能直接作为照明系统的控制信号，因此传感器的输出信号必须经过一个专门的信号处理电路，使得传感器输出信号的不规则波形转变成适