基于ZigBee的宽色域智能照明系统设计与实现

摘要

伴随着电子信息技术的高速发展以及移动互联网的快速普及,现代人的生活品质得到了明显的提高,人们对于智慧家居的需求越来越强烈,将家电、照明灯具、家庭影院、安全系统等模块通过无线或有线网络的方式集成到终端控制系统中,实现家居的智能管理和控制已经成为当今消费类电子的发展方向。智能家居的概念也逐渐从抽象变为具体,进入21世纪,智能家居的发展呈现多样化,技术实现方式也更加的丰富,依托物联网技术发展的智能家居更是越来越成为热点。
　　智能照明系统是智能家居中必不可少的重要组成部分,传统的照明系统由于布局布线复杂,功能简单,色彩显示单一,已经无法满足人们日益提高的照明品质要求,本文在传统照明系统的基础上进行了改进,对新一代智能照明系统进行了研究和设计,照明光源选用第四代绿色光源LED,硬件驱动采用256级 PWM驱动方式,控制方式采用2.4G ZigBee无线和TCP/IP网络通信,交互设计采用Android智能手机平台,实现了“智能手持终端集中控制,网关模块数据透传,LED灯具实时响应”的设计目标,提供给用户智能化、无线化、网络化的全新的照明体验。
　　本论文的主要研究成果有:
　　1、设计制作了无线化、网络化和宽色域的新一代照明光源节点,硬件设计选用 WRGB四色LED灯珠,通过PWM调波的方式进行控制,软件设计通过设计优化的 xyY2RGB色度空间转换算法及相应的驱动代码,实现了高达1600万色的精准色域选择和细腻柔和的色彩表现,提供用户极佳的照明体验。
　　2、设计了自适应网关和远程WEB服务器,网关自动进行ZigBee协议和TCP/IP协议转化,WEB使本灯控系统具有远程访问功能,软件架构设计具有可扩展性,能够在此基础上进行例如智能插排等物联网智能家居设备的开发。
　　3、控制方式采用Android智能手机平台,摒弃了传统的控制平台多选用PC或者需单独设计对应的遥控器的方式,极大的提高了系统的实际应用价值。
　　4、设计了一套较为完整的智能灯控系统通信协议,能够调节LED灯的颜色、亮度、饱和度,设置延迟开/关灯,对灯进行分组控制,预置情景模式,选择远程访问模式。该通信协议能够较好的覆盖智能照明领域所需的所有功能,协议接口简单,可移植性强,具有较好的推广性。

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0 前言

1 智能照明系统概述

1.1 智能照明系统的研究背景及意义

1.2 智能照明系统的研究现状

2 ZIGBEE 技术及智能照明通信协议研究与制定

2.1 几种常见的短距离无线通信技术性能比较

2.2 ZIGBEE 技术

3 智能照明系统总体方案

3.1 智能照明系统设计要求

3.2 智能照明系统设计方案及各模块功能阐述

3.3 智能照明系统特点

4 智能照明系统通信协议研究与制定

4.1 智能照明系统通信功能需求分析

4.2 通信协议详细设计

5 智能照明系统硬件设计与实现

5.1 CC2530 片上系统

5.2 LED 节点硬件设计与实现

5.3 网关控制器硬件设计与实现

6 智能照明系统软件设计与实现

6.1 终端节点 LED 灯的软件设计

6.2 色彩空间及颜色调节算法设计

6.3 控制器网关软件设计

6.4 基于 Android 平台的智能手持终端软件设计

6.5 服务器设计

7 系统测试与分析

7.1 LED 色彩控制及 PWM 波形输出

7.2 LED 线性亮度调节测试

7.3 智能照明系统延迟开关灯测试

7.4 智能照明系统分组控制测试

7.5 智能照明系统情景模式控制测试

8 总结和今后工作展望：

8.1 全文总结：

8.2 今后工作展望

参考文献

致谢

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