智能家居灯光控制系统的设计与实现-摘要

智能家居灯光控制系统的设计与实现摘要许多人的概念里，智能家居这个词离我们的生活似乎异常遥远，只是存在于高科技展览会里的表演，或是富豪们向人们炫耀财富而展示的一种家居装饰。事实上，近年来智能家居已开始一步一步走进越来越多的普通家庭。我国的家居灯光控制市场虽然目前处于起步阶段，但是，市场前景已经越来越明显，产品及功能的定位也逐步趋于合理和实用，特别是装饰公司越来越看重灯光控制与装饰环境的互动性效果，房地产开发商也将智能概念的目光从单纯的可视对讲和安防警报功能投向了家居灯光控制、背景音乐等更多的智能控制功能，以更加凸显出智能家居的感官效应和环境效果。设计并实现一种物联网智能家居灯光控制系统，同时设计控制网页，使用户能够使用任何可浏览网页的设备控制家居灯光，以满足照明和调节环境氛围的需求。关键词智能家居；WEB；WIFI；传感器；LED。DESIGNANDIMPLEMENTATIONOFINTELLIGENTLIGHTBASEDONINTELLIGENTHOMEABSTRACTTHECONCEPTFORMANYPEOPLE,THEWORDSMARTHOMEFROMOURLIVESSEEMFAROFF,BUTINTHEPRESENCEOFHIGHTECHEXHIBITIONPERFORMANCES,ORTHERICHTOSHOWOFFWEALTHSHOWSAHOMEDECORATIONINFACT,INRECENTYEARSHASBEGUNTOSMARTHOME,STEPBYSTEPINTOTHEGROWINGNUMBEROFORDINARYFAMILIESOURHOMELIGHTINGCONTROLMARKET,ALTHOUGHINITSINFANCY,HOWEVER,THEMARKETOUTLOOKHASBECOMEINCREASINGLYCLEARPRODUCTPOSITIONINGANDFUNCTIONSHAVEGRADUALLYBECOMEMOREREASONABLEANDPRACTICAL,ESPECIALLYDECORATIVECOMPANIESINCREASINGLYVALUEINTERACTIVEEFFECTSOFENVIRONMENTALANDDECORATIVELIGHTINGCONTROL,REALESTATEDEVELOPERSAREALSOLOOKINGSMARTCONCEPTFROMASIMPLEVIDEOINTERCOMANDSECURITYANDAHOMEALARMFUNCTIONTOINVESTINLIGHTINGCONTROL,BACKGROUNDMUSICANDMOREINTELLIGENTCONTROL,INTELLIGENTHOMEWITHMOREHIGHLIGHTSSENSORYEFFECTSANDENVIRONMENTALEFFECTDESIGNANDIMPLEMENTANETWORKINGSMARTHOMELIGHTINGCONTROLSYSTEM,WHILEDESIGNEDTHECONTROLPAGE,ALLOWINGUSERSTOCONTROLHOMELIGHTINGBYANYDEVICETHATCANBROWSETHEWEB,ADJUSTTOMEETTHENEEDSOFILLUMINATIONANDAMBIENCEKEYWORDSANDROID；JAVA；MOBILEPHONEORDERINGC/SMODEL1引言智能家居最终目的是让家庭更舒适，更方便，更安全，更符合环保。随着人类消费需求和住宅智能化的不断发展，今天的智能家居系统将拥有更加丰富的内容，系统配置也越来越复杂。智能家居包括网络接入系统、防盗报警系统、消防报警系统、电视对讲门禁区系统、煤气泄露探测系统、远程抄表（水表、电表、煤气表）系统、紧急求助系统、远程医疗诊断及护理系统、室内电器自动控制管理及开发系统、集中供冷热系统、网上购物系统、语音与传真（电子邮件）服务系统、网上教育系统、股票操作系统、视频点播、付费电视系统、有线电视系统等等，各种新鲜的名词逐渐成为智能家居中的组成部分。智能家居开始流行于二十世纪七十年代的美国，并且在欧洲有很大的应用。二十世纪九十年代后期，智能家居的概念开始在国内出现。2000年智能家居开始在国内推广。经过十来年的发展，智能家居在中国已经得到了一定程度的应用。虽然智能家居在中国的发展时间虽不长，但是从国内家电巨头及网络巨子的纷纷出手试水智能家居市场以及许多国际大企业对国内智能家居厂家并购案可以看出，中国智能家居市场潜在着巨大商机。全国房地产业蓬勃发展，小区智能化已成为一项基本要求，再配上智能家居，“全智能”的概念必然给房地产业带来新的卖点和活力，因此“全智能”是二十一世纪房产开发商力推的主题，这也意味着，我国智能家居产业迎来发展契机。2需求分析用户登录时，输入用户名和密码，用户名为已经在硬件系统中初始化了的，一台设备只有一个用户名和密码。当用户登陆时，服务器将对其中的数据进行处理，与服务器中的数据进行匹配。匹配成功后，使用户登录进入控制页面，服务器开始相应客户端的需求，给客户发送动态信息。要求控制页面能够适应各种型号的浏览器，并且用户在各种浏览器上的的操作体验要一致。要求用户能够控制灯的亮灭，灯的亮灭由按钮控制，要求按钮的尺寸要能自适应各种浏览器，以及用户界面大小的变化。要求用户能够自主调节等的色彩以及亮度，要可以通过滑动条进行调节亮度及色彩。并且滑动条本身的尺寸要能够适应各种浏览器。用户不在家时不在局域网时，也可以通过手机网络流量进行控制，要求本设备具备能够接入外部互联网的能力。3硬件设计控制器使用开源硬件树莓派（RASPBERRYPI）控制器，它采用BROADCOM（博通）BCM2835处理器，为ARM1176JZFS核心（ARM11系列）700MHZ，集成了256MBRAM，2个USB接口，HDMI视频接口，SD卡插槽，10/100以太网接口（RJ45），带有8个GPIO，一个UART，一个IIC接口，两个选择的SPI总线。使用EDUPUSB无线网卡,型号EPN8508GS，该USB网卡在LINUX系统下免安装驱动，将该网卡插入开发板的USB接口，可以使开发板获取接入WIFI的能力。本系统使用了两种LED灯泡，一种是50505V白光LED，用一般照明，另外一种是5050RGB5V彩色LED，用于调节家居氛围。本系统设计了配套的PCB的电路板和相应的3D打印外壳。电路原理图如图31。图31电路原理图4软件设计操作系统使用基于DEBIAN的系统，由于本系统程序使用PYTHON语言编写，并且使用到了JAVASCRIPT脚本，JQUERY，RESTAPI，COAP协议，HTTPSERVER等技术，关于各种技术的介绍在下面陆续说明。本系统使用到了WEBIOPI这个开源的WEB框架，WEBIOPI是一个可控制树莓派GPIO的WEB框架，该框架面向物联网IOT（INTERNETOFTHINGS）开发。该项目托管于GOOGLE，并可在SOURCEFORGE上下载到源代码。现在WEBIOPI已经发展到07版本（2014年3月），WEBIOPI支持RESTSERVER，COAPSERVER，并提供PYTHON库和JAVASCRIPT库，毫无疑问地说WEBIOPI是一个优秀的框架。5控制原理WEBIOPI框架包含了一个HTTP服务器，这个HTTP服务器同时提供HTML资源和RESTAPI去控制设备。用户的浏览器将先载入一个HTML文件，然后这个包含了JAVASCRIPT的HTML文件，将异步调用RESTAPI去控制和更新用户界面，这个方法非常高效，因为它不需要去刷新和下载整个页面。控制原理图如图51。WEBIOPI的HTTP服务器，默认端口是8000，所以，在浏览器地址栏输入HTTP/树莓派的IP地址8000即可访问登陆页面，输入用户名和密码后便可登入控制界面。图51控制原理图6测试测试分为两个阶段，先用杜邦线连接测试，验证控制原理，再绘制PCB，打样后贴片测试。在全部测试完毕后，安装外壳，实现最终效果，如图61。图61集成测试参考文献1唐凯嵌入式智能家居研究J信息技术2007092李强华等教学楼智能灯光控制系统设计J计算机测量与控制2007083李世振等智能型教室灯光控制系统研究与实现J微计算机信息2011044LI,PINGEMBEDDEDINTELLIGENTHOMECONTROLSYSTEMBASEDONARMLINUXJ2012INTERNATIONALCONFERENCEONWAVELETACTIVEMEDIATECHNOLOGYANDINFORMATIONPROCESSING20125CHEN,DONGHONGDESIGNOFINTELLIGENTHOM