智能室内照明

发布时间：2017-10-01 14:36

  本文关键词：智能室内照明

  更多相关文章： ZigBee 智能室内照明 无线传感技术

【摘要】：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。
【关键词】：ZigBee 智能室内照明 无线传感技术
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TU113.66;TN92
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 绪论11-17
• 1.1 课题的研究背景11-14
• 1.2 本文完成的主要工作14-16
• 1.2.1 研究目标14
• 1.2.2 研究内容14-15
• 1.2.3 研究方法及技术路线15-16
• 1.3 章节安排16-17
• 第二章 ZigBee 无线技术的研究分析17-21
• 2.1 ZigBee 的技术特点17-18
• 2.2 ZigBee 网络配置的分析18-20
• 2.2.1 ZigBee 的网络设备角色18
• 2.2.2 ZigBee 的网络拓扑结构18-19
• 2.2.3 ZigBee 的网络管理19-20
• 2.3 本章小结20-21
• 第三章 ZigBee 网络应用层协议的设计21-30
• 3.1 智能室内照明系统的总体框架21-22
• 3.2 系统通信协议的设计22-29
• 3.2.1 通信协议的需求分析22-25
• 3.2.2 灯具节点与区域网关之间的通信协议25-27
• 3.2.3 区域控制器与区域网关之间的通信协议27-28
• 3.2.4 采光节点与区域网关之间的通信协议28-29
• 3.2.5 区域网关监控器的命令协议29
• 3.3 本章小结29-30
• 第四章 灯具节点及区域控制器的设计30-59
• 4.1 ZigBee 通信模块的硬件设计30-32
• 4.2 灯具终端节点的设计32-38
• 4.2.1 硬件设计33-35
• 4.2.2 软件设计35-38
• 4.3 区域控制器的设计38-58
• 4.3.1 便携式省电遥控终端节点的设计38-45
• 4.3.2 基于 STM32 的区域控制器的设计45-51
• 4.3.3 基于 ARM9 的区域控制器的设计51-58
• 4.4 本章小结58-59
• 第五章 区域网关监控器及采光节点的设计59-66
• 5.1 区域网关监控器的设计59-62
• 5.1.1 硬件设计59-61
• 5.1.2 软件设计61-62
• 5.2 光照采集信息终端节点的设计62-65
• 5.2.1 硬件设计63-64
• 5.2.2 软件设计64-65
• 5.3 本章小结65-66
• 第六章 系统测试和实验结果分析66-77
• 6.1 灯具节点及子网控制器的测试66-75
• 6.1.1 节点通信距离测试66-67
• 6.1.2 组网性能测试67-69
• 6.1.3 通信协议的测试69-74
• 6.1.4 基于 Linux QT 程序的测试74-75
• 6.2 功能节点的性能测试及结果分析75-76
• 6.2.1 灯具节点模块的耗电性测试75
• 6.2.2 便携式省电遥控节点的性能测试75-76
• 6.3 本章小结76-77
• 结论77-79
• 参考文献79-82
• 附录82-84
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果84-85
• 致谢85-86
• 附件86

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 李鸣;刘月阳;;三种无线分布式网络的比较[J];电信科学;2007年02期

2 金纯,蒋小宇,罗祖秋;ZigBee与蓝牙的分析与比较[J];信息技术与标准化;2004年06期

3 姚引娣;;基于ZigBee的无线管理系统设计[J];电子技术应用;2007年01期

4 王东;张金荣;魏延;曹长修;唐政;;利用ZigBee技术构建无线传感器网络[J];重庆大学学报(自然科学版);2006年08期

5 周晓伟;蔡建平;郑增威;应晶;;新型室内照明智能控制系统的研究与实现[J];计算机应用研究;2009年08期

6 李黎;;ZigBee技术研究[J];技术与市场;2009年05期

7 李长征;杨洁明;沈大伟;;基于ZigBee的无线监测网络设计[J];机电工程技术;2008年09期

8 林元乖;;ZigBee无线传感器网络及应用[J];科技信息;2009年25期

9 孙静;陈佰红;;Zigbee协议栈及应用实现[J];通化师范学院学报;2007年04期

10 刘子京;裴文江;;基于ZigBee协议的无线传感器网络研究[J];计算机技术与发展;2009年05期

中国硕士学位论文全文数据库 前9条

1 秦茂盛;基于ZigBee的智能家居系统设计[D];太原理工大学;2011年

2 蒋莉;基于STM32的低功耗涡街信号处理系统设计[D];杭州电子科技大学;2011年

3 芦宁;ZigBee无线技术在智能家居中的应用[D];哈尔滨工业大学;2006年

4 李艳民;基于Qt跨平台的人机交互界面的研究和应用[D];重庆大学;2007年

5 张春艳;基于Qt的嵌入式图形用户界面研究与实现[D];大连海事大学;2008年

6 韩双双;基于ZigBee无线网络的智能家居系统关键技术研究[D];吉林大学;2009年

7 赵敏;基于S3C2440嵌入式Linux系统的研究与应用[D];湘潭大学;2009年

8 邝俊斌;基于GIS的市政照明无线监控系统的管理软件研发[D];华南理工大学;2012年

9 颜秋男;基于ARM Cortex-M3嵌入式汽车车身电子测量系统设计[D];合肥工业大学;2012年

本文编号：954058