智能室内照明

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传统的室内照明监控存在布线困难、智能程度不高等问题,而ZigBee无线传感通信技术具有低功耗、低成本、低速率、高可靠、高容量等特点,适合于现代智能室内照明系统的建设。本文结合了ZigBee无线传感技术和计算机网络通信技术,设计出一套基于ZigBee的智能室内照明监控方案,可应用于家庭和办公楼宇,实现室内照明自动按需调节,根据不同场景科学配置亮度,营造出舒适的人性化节能照明环境,同时也提高了室内照明的管理水平。照明控制系统由中央服务器、区域网关、灯具节点、区域控制器,光照采集节点组成,其中区域控制器在不同的场景体现为便携式省电遥控器、基于STM32的中档控制器或基于ARM9的高档控制器。本论文的研究目标是实现各种功能节点,并保障ZigBee网络的高效运行,通过区域网关实现与服务器的通信,主要工作有:1、根据智能室内照明系统的设计要求,需要多个区域网关作为客户端与中央服务器组成C/S架构,为了保证室内系统的实时性要求,客户端采用基于连接、可靠性较高的TCP/IP协议与服务器相连,实现ZigBee子网到Internet网络的接入。2、实现系统中ZigBee网络部分的各个功能节点,区域网关采用现成的TCP/IP转串口模块做二次开发,不需要对TCP/IP协议进行移植,节省开发周期。灯具节点可被无线配置可控LED灯或日光灯;便携式省电遥控器经过串口配置后可自由走动,遥控室内的灯具节点;中档区域控制器采用编码旋钮的开关方式,对灯具节点进行调控,由于受旋钮开关体积的布局,可控灯具数目为两个;为提高用户体验,高档区域控制器是基于Linux QT的人机界面,采用七寸TFT触摸液晶屏,屏幕大小符合人们触摸习惯,利用SD卡配置文件的方式配置灯具信息,可控灯具数目不限,界面根据灯具数目动态地以九宫格形式显示;光照采集节点采用“东”、“南”、“西”、“北”、“中”五面采光的设计,全方位准确地采集室外照度信息,并具有应变光照度突变主动上传服务器的功能。3、 ZigBee网络各功能节点相互通信较多,因而采用可变长度通信协议,方便以后功能扩展,协议采用帧头帧尾校验,加强通信的安全性和鲁棒性。通信协议中有节点信息状态帧、节点配置帧、灯具控制帧、光照采样帧、回复响应帧。4、使用ZigBee网络中的各功能节点对实验室进行灯光改造,对系统中的每个模块进行了的功能测试和性能测试,基本实现了功能上的需求。其他测试包括有ZigBee通信距离的测试,测试结果为ZigBee不加功放的直线通信距离约为60米,有阻碍物的通信距离约为10米。对ZigBee通信响应时间的测试,通信往返时间约31ms,对网络稳定性的测试,短时间内大量操作控制命令,出错率极接近0。ZigBee耗电性能的测试,从省电遥控器投入使用至今已到9个月时间,并没更换电池,遥控液晶亮度显示清晰,电池仍具有满电状态,测试结果基本符合TI官方要求。本系统已参加过LED灯光展览和企业示范性工程测试,对测试结果进行总结,找出影响系统稳定性的因素,并提出改进的建议。
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