基于Zigbee的智能灯光控制系统设计--文献综述

0 福州大学 本科生毕业设计 论文 文献综述本科生毕业设计 论文 文献综述 题 目 基于 Zigbee 的智能灯光控制系统设计 姓 名 冯祥勋 学 号 系 别 电气工程系 专 业 电气工程及其自动化 年 级 2009 指导教师 签名 2013 年 3 月 25 日 1 文献综述文献综述 引言引言 近现代社会 商品经济竞争日益激烈 工作节奏不断加快 对于全身心投入竞争的人 们 家务工作方面必然力不从心 家务管理因此就显得尤为重要 智能家居系统可以提供智 能控制方案 使家庭主人在处理家务方面 既快捷又省力 还提供舒适健康的环境 可以监 视室内的温度 湿度 进丽控制空调机的运行 达到人工模拟大自然的气息 使人们将来足 不出户就能体验和享受到身l临大自然的美好境地 加大了处理紧急情况的力度 增强了住 户无人在家时的安全感 使人们能够全身心地投入工作 从而提高生活质量 一切发明和创 造都是为了人类的生活更加方便和舒适 智能家居的开发与建设是2l世纪发展的必然趋势 由于信息技术的大力普及和应用 极大推动了家居智能化建设的进程 更为家居智能化提供 了可靠的技术保障 实施起来更加容易和简捷 智能家居系统具有安全 方便 高效 快捷 智能化 个性化的独特魅力 它对于改善现代人类的生活质量 创造舒适 安全 便利的生 活空间有着非常重要的意义 一一 课题研究的背景及发展课题研究的背景及发展 1 研究背景 自从世界上第一幢智能建筑1984年在美国出现后 美国 加拿大 欧洲 澳大利亚和东 南亚等经济比较发达的国家先后提出了各种智能家居照明方案 在智能家居发展过程中 美 国一直处于领先水平 近来 以美国微软公司及摩托罗拉公司等为首的一批国际知名企业 先后跻身于智能家居的研究与开发中 例如 微软开发的 梦幻之家 IBM公司开发的 家 庭主任 摩托罗拉公司开发的 居所之门 等 3COM公司也一直在通过因特网向用户宣传 智能家居这一概念 并正在研发家用无线网关等网络产品 此外Intel公司 托马杜多媒体 公司 日本松下电器公司 新加坡科技电子公司 韩国三星公司等知名企业也正致力于智能 家居系统的研发工作 在国外各大企业研发智能家居产品的同时 国内厂商也已开始智能家 居产品的研发和生产 特别是一些大型IT企业利用自身在资金与技术方面的优势 在低端产 品市场上占据了相当重要的地位 比如 清华同方e home事业部 北京德达创先科技集团 南京普天楼宇智能有限公司 中美科龙公司 上海五艾智能系统有限公司 深圳正星特科技 有限公司等都正加紧研发智能家居系统的相关产品 总体来说 国内智能家居产品的研发从 上世纪九十年代后期才起步 起步较晚 在整体水平上参差不齐 软件功能较差 升级能力 差 系统也不易维护 而且大都采用了有线通信技术 系统设计 布线成本较高 基于无线 通信技术的智能家居系统目前还处于试验阶段 2 2 Zigbee 智能灯光控制发展前景 ZigBee 技术的应用十分广泛 现阶段以商业大楼自动化 家庭自动化控制 新建安装 与仪表控制为重点 商业大楼可以利用 ZigBee 完成自动控制 管理员可以有效地管理空调 灯光 火灾感应系统等各项开关控制系统 可以达到减少能源费用 降低管理人力等节约目 的 对消费者来说 若家中具有 ZigBee 系统 可方便的监控家中不仅是照明 更可以有效 掌握电力 自来水 瓦斯的使用状况之外 亦可以具有安全功能 例如可以在家中安装无线 传感器来监控各种不同情况 一旦侦查到异状即可自动发出警告 ZigBee 在仪表控制市场 随着国际仪表巨头中国华立仪表集团 韩国 NURI Telecom 等纷纷开始引进 ZigBee 技术之仪 表控制系统之后 这个市场开始受到重视 ZigBee 仪表控制系统相当适合人工高昂 幅员 辽阔 或是抄表员素质不良 抄表准确度不高 又或抄表员不易进入水 电 瓦斯仪表所在 地的地方 具有这样背景的地方促使 ZigBee 控制吸引广大研究者 3 Zigbee 智能灯光照明研究意义 住宅智能照明控制系统的研究不仅为目前国际上前沿研究课题 智能照明控制系统研究积 累有益的经验 而且还提高了照明光环境和住宅价值 以及为节约能源和保护环境提供了可 靠途径 这也是实现人居环境可持续发展的关键技术之一 并且具有极为广阔的应用前景 具体研究意义如下 1 提高住宅照明光环境质量 在住宅的照明光环境设计中除充分考虑到视觉作业 合 适的照度 亮度分布 视觉舒适性 眩光控制 显色性等 还考虑到人体因受到季节光减少 而产生 季节性情感紊乱 因素和根据含不同光谱对褪黑素分泌的抑制能力强弱不同 视具 体的情况采用不同的光源 2 体现以人为本的照明控制思想 根据人们的行为模式和住宅光环境决定照明的控制 思想 创造一个个性化 艺术化 舒适 高雅的家庭光环境 好的照明光环境使人心情愉快 工作效率提高 而好的照明控制系统不仅能实现好的照明光环境 而且节能 维护管理方便 真正实现绿色照明 3 构成智能住宅系统的一部分 智能照明控制系统可以独立运行 实现对光环境的合 理控制 同时 其具有通信功能以及可扩展性 可把住宅智能照明系统作为住宅的子系统 并与家居自动控制系统 电视 多媒体 探测 警报系统共同构成家庭智能化网络系统 二 系统设计的主要内容二 系统设计的主要内容 在智能照明领域 由于平台和组网方式的多样化 导致了智能照明的实现方案也是多样 3 化的 因此基于国内外在网络家电的研究现状 成本 性能以及市场等多方面因素的综合考 虑 本课题采用近年逐渐兴起的ZigBee无线网络来实现智能照明系统内部网络连接 本文研 究的内容主要有以下几方面 1 采用实验方法进行方案论证 模拟ZigBee无线网络实现智能家居网络 并且研究了 方案的可行性 2 对ZigBee无线技术进行深入的研究 并通过分析ZigBee技术及智能家居的特点 确 定了智能家居内部网络的网络拓扑 寻址方式 消息类型等特性 3 以51单片机射频收发芯片CC2530为核心搭建了一套ZigBee网络硬件平台 并通过与 ZigBee协议栈的接口实现无线智能控制功能 并对ZigBee的主要功能进行了测试 然后根据 智能家居的网络特征对ZigBee协议栈进行了一定的简化 4 在 ZigBee 网络平台的基础上 完成了无线智能家居系统的设计 把 ZigBee 协调器 节点作为家居控制器 实现无线灯光控制 并结合终端设备的各种应用对整个系统进行了测 试并给出了结论 三 系统设计思路三 系统设计思路 本毕业设计首先从Zigbee功能板总体结构入手 光敏传感器在系统硬件总体思路清晰下 进而展开对无线光照传感进行研究 无线智能照明系统的网络节点分为协调器 路由器和终端节点三种 协调器节点和所有 终端节点共同构成了ZigBee 无线通信网络 CC2530 在单个芯片上集成了ZigBee RF 前端 内存和微控制器 为无线通信模块与灯 的集成提供了可能 成为开发无线照明控制系统的最佳选择 本无线灯光控制系统由无线终 端灯节点和无线遥控器组成 每个灯节点和遥控器内部都集成了无线收发的功能模块 灯节点 由PCB 天线模块 CC2530 模块 灯驱动电路模块 灯电路模块以及传感器模块组成 PCB 天 线模块及CC2530 内部的无线收发器负责与其他的节点进行无线通信 CC2530 模块负责接收 处理其他节点发送过来的数据 并且发送给其他节点包含自身节点信息的数据 灯驱动模块 负责驱动灯模块 实现灯的亮灭调光等功能 传感器电路由光照检测电路和热释电红外线传 感器组成 可以采集光照强弱喝室人是否有人等信息 将此信息传递给芯片中的微控制器 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 光照检测电路通过光敏电阻监视室内光线的变化 当光线亮度超过某一特定值时 控制 器将检测到来自于光敏电阻的输出信号的变化 并将这种变化告诉协调器 协调器收到信号 后会重复前面的操作完成对电灯的开关动作 从而实现灯光的远程智能无线控制 4 参考文献 1 赵德申 建筑电气照明技术 机械工业出版社 2005 2 叶东毅 C 语言程序设计教程 厦门大学出版社 2009 3 周荷琴 微型计算机原理与接口技术 中国科学技术大学出版社 2008 4 李群芳 肖看 单片机原理 接口及应用 清华大学出版社 2005 5 Zigbee 实战演练 6 施旭燕 智能家居自动化技术研究 哈尔滨工程大学硕士论文 2002 7 王建农 AT89C2051 单片机与 MT8880 接口设计 2005 8 刘和平 PlCl8Fxxx 单片机程序设计及应用 北京航空航天大学出版社 2005 9 沈红卫 基于单片机的智能系统设计与实现 电子工业出版社 2005 10 张军朝 萧宝谨 基于 Zigbee 与 GPRS 的市区照明调光节能技术研究 北京 微计算 机信息 2007 11 胡学海主编 单片机原理及应用系统设计 电子工业出版社 12 谭浩强主编 C 语音程序设计 第二版 清华大学出版社 13 刘海波 ZigBee 无线传感器模块设计 刊名 煤炭技术 14 基于 ZigBee 技术无线传感器网络节点研究 吴玉厚 姚金梅 陈士忠 15 基于 CC2530 的无线传感器网络监控平台 任珍文 黄玉清 刊名 电子技术应用 出版 日期 2012 期号 第 10 期 16 基于 CC2530 的无线监控系统设计与实现 龚文超 吴猛猛 刘双双 刊名 电子测量技 术出版日期 20