本文關鍵詞：智能室內照明

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【摘要】：傳統(tǒng)的室內照明監(jiān)控存在布線困難、智能程度不高等問題，而ZigBee無線傳感通信技術具有低功耗、低成本、低速率、高可靠、高容量等特點，適合于現(xiàn)代智能室內照明系統(tǒng)的建設。本文結合了ZigBee無線傳感技術和計算機網絡通信技術，設計出一套基于ZigBee的智能室內照明監(jiān)控方案，可應用于家庭和辦公樓宇，實現(xiàn)室內照明自動按需調節(jié)，根據(jù)不同場景科學配置亮度，營造出舒適的人性化節(jié)能照明環(huán)境，同時也提高了室內照明的管理水平。 照明控制系統(tǒng)由中央服務器、區(qū)域網關、燈具節(jié)點、區(qū)域控制器，光照采集節(jié)點組成，其中區(qū)域控制器在不同的場景體現(xiàn)為便攜式省電遙控器、基于STM32的中檔控制器或基于ARM9的高檔控制器。本論文的研究目標是實現(xiàn)各種功能節(jié)點，并保障ZigBee網絡的高效運行，通過區(qū)域網關實現(xiàn)與服務器的通信，主要工作有： 1、根據(jù)智能室內照明系統(tǒng)的設計要求，需要多個區(qū)域網關作為客戶端與中央服務器組成C/S架構，為了保證室內系統(tǒng)的實時性要求，客戶端采用基于連接、可靠性較高的TCP/IP協(xié)議與服務器相連，實現(xiàn)ZigBee子網到Internet網絡的接入。 2、實現(xiàn)系統(tǒng)中ZigBee網絡部分的各個功能節(jié)點，區(qū)域網關采用現(xiàn)成的TCP/IP轉串口模塊做二次開發(fā)，不需要對TCP/IP協(xié)議進行移植，節(jié)省開發(fā)周期。燈具節(jié)點可被無線配置可控LED燈或日光燈；便攜式省電遙控器經過串口配置后可自由走動，遙控室內的燈具節(jié)點；中檔區(qū)域控制器采用編碼旋鈕的開關方式，對燈具節(jié)點進行調控，由于受旋鈕開關體積的布局，可控燈具數(shù)目為兩個；為提高用戶體驗，高檔區(qū)域控制器是基于Linux QT的人機界面，采用七寸TFT觸摸液晶屏，，屏幕大小符合人們觸摸習慣，利用SD卡配置文件的方式配置燈具信息，可控燈具數(shù)目不限，界面根據(jù)燈具數(shù)目動態(tài)地以九宮格形式顯示；光照采集節(jié)點采用“東”、“南”、“西”、“北”、“中”五面采光的設計，全方位準確地采集室外照度信息，并具有應變光照度突變主動上傳服務器的功能。 3、 ZigBee網絡各功能節(jié)點相互通信較多，因而采用可變長度通信協(xié)議，方便以后功能擴展，協(xié)議采用幀頭幀尾校驗，加強通信的安全性和魯棒性。通信協(xié)議中有節(jié)點信息狀態(tài)幀、節(jié)點配置幀、燈具控制幀、光照采樣幀、回復響應幀。 4、使用ZigBee網絡中的各功能節(jié)點對實驗室進行燈光改造，對系統(tǒng)中的每個模塊進行了的功能測試和性能測試，基本實現(xiàn)了功能上的需求。其他測試包括有ZigBee通信距離的測試，測試結果為ZigBee不加功放的直線通信距離約為60米，有阻礙物的通信距離約為10米。對ZigBee通信響應時間的測試，通信往返時間約31ms，對網絡穩(wěn)定性的測試，短時間內大量操作控制命令，出錯率極接近0。ZigBee耗電性能的測試，從省電遙控器投入使用至今已到9個月時間，并沒更換電池，遙控液晶亮度顯示清晰，電池仍具有滿電狀態(tài)，測試結果基本符合TI官方要求。 本系統(tǒng)已參加過LED燈光展覽和企業(yè)示范性工程測試，對測試結果進行總結，找出影響系統(tǒng)穩(wěn)定性的因素，并提出改進的建議。
【關鍵詞】：ZigBee 智能室內照明 無線傳感技術
【學位授予單位】：華南理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：TU113.66;TN92
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 緒論11-17
• 1.1 課題的研究背景11-14
• 1.2 本文完成的主要工作14-16
• 1.2.1 研究目標14
• 1.2.2 研究內容14-15
• 1.2.3 研究方法及技術路線15-16
• 1.3 章節(jié)安排16-17
• 第二章 ZigBee 無線技術的研究分析17-21
• 2.1 ZigBee 的技術特點17-18
• 2.2 ZigBee 網絡配置的分析18-20
• 2.2.1 ZigBee 的網絡設備角色18
• 2.2.2 ZigBee 的網絡拓撲結構18-19
• 2.2.3 ZigBee 的網絡管理19-20
• 2.3 本章小結20-21
• 第三章 ZigBee 網絡應用層協(xié)議的設計21-30
• 3.1 智能室內照明系統(tǒng)的總體框架21-22
• 3.2 系統(tǒng)通信協(xié)議的設計22-29
• 3.2.1 通信協(xié)議的需求分析22-25
• 3.2.2 燈具節(jié)點與區(qū)域網關之間的通信協(xié)議25-27
• 3.2.3 區(qū)域控制器與區(qū)域網關之間的通信協(xié)議27-28
• 3.2.4 采光節(jié)點與區(qū)域網關之間的通信協(xié)議28-29
• 3.2.5 區(qū)域網關監(jiān)控器的命令協(xié)議29
• 3.3 本章小結29-30
• 第四章 燈具節(jié)點及區(qū)域控制器的設計30-59
• 4.1 ZigBee 通信模塊的硬件設計30-32
• 4.2 燈具終端節(jié)點的設計32-38
• 4.2.1 硬件設計33-35
• 4.2.2 軟件設計35-38
• 4.3 區(qū)域控制器的設計38-58
• 4.3.1 便攜式省電遙控終端節(jié)點的設計38-45
• 4.3.2 基于 STM32 的區(qū)域控制器的設計45-51
• 4.3.3 基于 ARM9 的區(qū)域控制器的設計51-58
• 4.4 本章小結58-59
• 第五章 區(qū)域網關監(jiān)控器及采光節(jié)點的設計59-66
• 5.1 區(qū)域網關監(jiān)控器的設計59-62
• 5.1.1 硬件設計59-61
• 5.1.2 軟件設計61-62
• 5.2 光照采集信息終端節(jié)點的設計62-65
• 5.2.1 硬件設計63-64
• 5.2.2 軟件設計64-65
• 5.3 本章小結65-66
• 第六章 系統(tǒng)測試和實驗結果分析66-77
• 6.1 燈具節(jié)點及子網控制器的測試66-75
• 6.1.1 節(jié)點通信距離測試66-67
• 6.1.2 組網性能測試67-69
• 6.1.3 通信協(xié)議的測試69-74
• 6.1.4 基于 Linux QT 程序的測試74-75
• 6.2 功能節(jié)點的性能測試及結果分析75-76
• 6.2.1 燈具節(jié)點模塊的耗電性測試75
• 6.2.2 便攜式省電遙控節(jié)點的性能測試75-76
• 6.3 本章小結76-77
• 結論77-79
• 參考文獻79-82
• 附錄82-84
• 攻讀碩士學位期間取得的研究成果84-85
• 致謝85-86
• 附件86

【參考文獻】

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本文編號：954058