基于物联网技术的室内LED智能照明控制系统

1、本科毕业设计（论文）题 目 基于物联网技术的室内LED照明操纵系统 姓 名 专 业 学 号 指导教师 二O一五年六月目 录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc420942483 中文摘要 PAGEREF _Toc420942483 h I HYPERLINK l _Toc420942484 英文摘要 PAGEREF _Toc420942484 h II HYPERLINK l _Toc420942485 前言 PAGEREF _Toc420942485 h III HYPERLINK l _Toc420942486 1 智能照明系统关键技术分析 PAGEREF _

2、Toc420942486 h 1 HYPERLINK l _Toc420942487 1.1 物联网技术简介 PAGEREF _Toc420942487 h 1 HYPERLINK l _Toc420942488 1.2 照明系统现状分析 PAGEREF _Toc420942488 h 2 HYPERLINK l _Toc420942489 1.3 物联网下的智能照明 PAGEREF _Toc420942489 h 2 HYPERLINK l _Toc420942490 2 总体方案设计 PAGEREF _Toc420942490 h 5 HYPERLINK l _Toc420942491 2

3、.1 系统的需求分析 PAGEREF _Toc420942491 h 5 HYPERLINK l _Toc420942492 2.2 系统架构设计 PAGEREF _Toc420942492 h 5 HYPERLINK l _Toc420942493 2.3 通信协议设计 PAGEREF _Toc420942493 h 6 HYPERLINK l _Toc420942494 2.3.1协议数据帧格式 PAGEREF _Toc420942494 h 6 HYPERLINK l _Toc420942495 2.3.2操纵协议的具体实现 PAGEREF _Toc420942495 h 7 HYPER

4、LINK l _Toc420942496 3 硬件设计 PAGEREF _Toc420942496 h 8 HYPERLINK l _Toc420942497 3.1 电源模块 PAGEREF _Toc420942497 h 8 HYPERLINK l _Toc420942498 3.2 单片机最小系统 PAGEREF _Toc420942498 h 10 HYPERLINK l _Toc420942499 3.3 WIFI模块 PAGEREF _Toc420942499 h 10 HYPERLINK l _Toc420942500 3.3.1 ESP8266模块电路设计 PAGEREF _T

5、oc420942500 h 10 HYPERLINK l _Toc420942501 3.3.2 ESP8266模块特性 PAGEREF _Toc420942501 h 11 HYPERLINK l _Toc420942502 3.3.3 ESP8266模块功耗 PAGEREF _Toc420942502 h 11 HYPERLINK l _Toc420942503 3.4 按键输入模块电路的设计 PAGEREF _Toc420942503 h 12 HYPERLINK l _Toc420942504 3.5 RGB 灯驱动电路设计 PAGEREF _Toc420942504 h 12 HYP

6、ERLINK l _Toc420942505 3.5.1 WS2811要紧特点 PAGEREF _Toc420942505 h 13 HYPERLINK l _Toc420942506 3.5.2 WS2811概述 PAGEREF _Toc420942506 h 13 HYPERLINK l _Toc420942507 3.5.3 WS2811管脚讲明 PAGEREF _Toc420942507 h 14 HYPERLINK l _Toc420942508 4 wifi模块使用 PAGEREF _Toc420942508 h 16 HYPERLINK l _Toc420942509 4.1 工

7、作模式 PAGEREF _Toc420942509 h 16 HYPERLINK l _Toc420942510 4.2 AT指令集 PAGEREF _Toc420942510 h 16 HYPERLINK l _Toc420942511 4.2.1 基础AT指令 PAGEREF _Toc420942511 h 17 HYPERLINK l _Toc420942512 4.2.2 WiFi功能AT指令 PAGEREF _Toc420942512 h 17 HYPERLINK l _Toc420942513 4.3.3 TCP/IP工具箱 AT指令 PAGEREF _Toc420942513 h

8、 19 HYPERLINK l _Toc420942514 5 软件设计 PAGEREF _Toc420942514 h 26 HYPERLINK l _Toc420942515 5.1 软件总流程图 PAGEREF _Toc420942515 h 26 HYPERLINK l _Toc420942516 5.2 RGB灯驱动程序编写 PAGEREF _Toc420942516 h 27 HYPERLINK l _Toc420942517 5.3 WIFI驱动编写 PAGEREF _Toc420942517 h 31 HYPERLINK l _Toc420942518 5.4 数据帧处理机制

9、PAGEREF _Toc420942518 h 32 HYPERLINK l _Toc420942519 总 结 PAGEREF _Toc420942519 h 40 HYPERLINK l _Toc420942520 致谢 PAGEREF _Toc420942520 h 42 HYPERLINK l _Toc420942521 参考文献 PAGEREF _Toc420942521 h 43 HYPERLINK l _Toc420942522 附录一 原理图 PAGEREF _Toc420942522 h 44 HYPERLINK l _Toc420942523 附录二 实物图 PAGEREF

10、 _Toc420942523 h 45 HYPERLINK l _Toc420942524 附录三 手机客户端操作界面截图 PAGEREF _Toc420942524 h 46基于物联网技术的室内LED照明操纵系统摘 要WIFI是短距离、低成本无线通讯技术之一。它能够用于替代移动设备之间的通讯电缆，从而形成个人无线网络。它不仅使计算机和通信的融合成为可能，而且随着它的不断进步，还能够把家电、娱乐电子产品与计算机、通信系统的终端融为一体，使人们在家里、办公室或者公共场所就能实现统一的操作和操纵，为办公室的自动化和家庭通信的实施制造了良好的条件。随着电子科学技术的迅速进展，特不是随着大规模集成电路

11、的出现，给人类生活带来了全然性的改变。尤其是单片机技术的开发应用进展，现在产品几乎差不多走进了千家万户。基于WIFI的手机操纵多彩台灯设计正是响应当前无线操纵进展浪潮设计的作品，其中涉及的WIFI无线通讯技术确实是WIFI的典型应用，它的开发为后期研究奠定了基础。本文从通过手机WIFI进行PWM操纵的角度来进行设计的。本文介绍了一个WIFI操纵的PWM调光RGB灯的系统结构及工作原理。具体阐述了PWM操纵下的三基色混光原理；及利用先进WIFI技术操纵下的工作原理，从而确定整个设计的方案和调试步骤。关键词： WIFI；三基色混光；PWM操纵；TCP/IP THINGS TECHNOLOGY IN

12、DOOR LEDLIGHTING CONTROL SYSTEM AbstractWIFI is a short distance, one low-cost wireless communication technology. It can be used to replace the communication cable between the mobile device, thereby forming a personal wireless network. It not only makes the integration of computers and communication

13、s become possible, but as it continues to progress, but also integrated terminal appliances, entertainment electronics and computers, communication systems, right, so that people in the home, office or public place can be achieved unified operation and control for the implementation of office automa

14、tion and home communications has created good conditions. With the rapid development of electronic science and technology, especially with the large-scale integrated circuits, to human life brought fundamental change. Especially the development and application of SCM technology development, product

15、now almost into the household. Control Based WIFI phone colorful lamp design is responsive to current wave of development of wireless control design work, which involved a typical application WIFI wireless communication technology is WIFI, which developed the foundation for the later study.In this p

16、aper, by phone WIFI PWM control angle for design. This article describes the system structure and working principle of a WIFI control PWM dimming RGB lights. Specifically addressed the three primary colors mixed light under PWM control principle; and the use of advanced WIFI technology works under c

17、ontrol in order to determine the overall design of the program and debug procedures.Key words: WIFI; tricolor mixed light; PWM control; TCP / IP前言使用智能照明操纵系统相比传统的照明操纵具有专门大的优越性。首先，它具有良好的节能效果。智能照明操纵系统能够借助各种不同的用户依照自身喜好预先设置的操纵方式和操纵元件，对不同时刻、不同环境的光照度和范围进行精确设置和合理治理，如此在保证使用的前提下实现节能。这种自动调节的方式，能够充分利用室外的自然采光，只有

18、必需时才把灯点亮或点到要求的亮度，它和自然光配合共同照明，利用最少的能源保证所要求的照度水平，节电效果专门明显，一般可达到30%以上。智能照明操纵系统的另一大功效是改善工作环境，提高工作效率。良好的工作环境是提高工作效率的一个必要条件，这也能间接的带来巨大的经济效益。良好的设计灯具布局，合理地选用光源灯具，营造舒适的照明环境，配合优良的照明操纵系统，都能专门好的提高照明质量。智能照明操纵系统用调光模块操纵面板代替传统的开关操纵灯具，能够将灯具的开关和照度预先设置为不同的模式，用户能够简单的通过界面来选择最适合的照明模式，不仅更加舒适，还能有效地操纵各房间内整体的照度值，从而提高照度均匀性。智能

19、照明操纵系统还实现了多种照明效果。多种照明操纵方式，能够使同一建筑空间具备多种照明效果，以适应不同的需求。现代建筑物中，照明不仅单纯地为满足人们视觉上的明暗需求，更应具备多种的操纵方案，使建筑物功能更加多样化，也能给人丰富的视觉效果和美感。1 智能照明系统关键技术分析物联网是当下一种新的思维方式，物联网的进展将带来更多新的业务和应用。物联网并没有专门多全新的技术，应用创新与用户体验才是物联网进展的核心。在物联网进展的同时，另一个和物联网看似毫无关系的方面也在和物联网越来越有关，那确实是智能照明系统。智能照明不仅仅是一种简单的照明操纵课题，它在带来舒适性的同时也能大量的节约能源，传统的智能照明技

20、术差不多能够专门大幅度的节能，然而它的各部分操纵仍然是割裂开的。假如能将物联网和智能照明结合，将更大程度的提高智能照明的节能效果和照明的智能度与舒适度。本文基于目前关于物联网和智能照明的各项研究，分析了二者结合的差不多情况和进展前景，并关于其中的一些关键技术和功能进行了简单的概述。1.1 物联网技术简介物联网被定义为：射频识不（RFID），红外传感器，全球定位系统，激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，以连接到因特网的任何物品，是信息交换和通讯，以实现智能化识不，定位，跟踪，网络的监控和治理。物联网概念提出于1999年含义确实是“物物相连的互联网”。这有两层意思：第一，核心和基础的东西仍然是

21、互联网，是基于互联网扩展网络和扩展;第二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通讯。下图1.1所示为物联网拓扑图。图1.1 物联网拓扑图就其本身来讲，物联网代表了下一代信息进展技术，然而就它的某些应用领域和应用方式来讲，中国公众也不算太生疏。它是对现有信息技术的统一聚合应用和升华，物联网将现代网络技术、感知技术、人工智能和自动化技术结合起来，进行一定的集成并应用到了更宽敞的范围，实现了人与物、物与物之间的对话，制造出了一个更加智慧的世界。物联网技术与信息技术有着千丝万缕的联系，它们在各个层次和方面都有着不可或缺的关系，物联网具有专门强的系统性和集成性，也有着宽敞的创新和进展

22、前景，因此物联网又被称作信息技术的第三次革命性创新。1.2 照明系统现状分析由于当今世界能源的紧缺，节约能源成为了目前各用能领域的趋势。而现代建筑物的能耗相当大，跟据有关统计资料，建筑的能耗占整个国家能耗总量的30%，建筑物的能耗通常体现在建筑设备的能耗上。由于建筑布局的缘故，许多建筑在白天也需要进行人工照明, 照明用电已成为建筑的要紧能耗之一。依照能耗分析表明，建筑照明能耗占差不多能耗的12%以上。建筑照明因而成为节能的重要环节。另外照明负荷占大楼冷负荷的16%，降低照明的功耗和从而降低照明系统的发热量也十分重要。因此，照明系统的节能改造显得特不的重要。随着目前灯具科技的进展，LED灯具逐渐

23、成为节能的主力军。LED灯具被称为第四代照明灯具，光源具有节能、环保、寿命长、体积小等优点，随着LED 发光效率的不断提高，以及价格逐步下降，LED 光源在通用照明方面具有专门大的优势。LED光源最大的特点确实是同等照度条件下的功率比传统灯具低专门多，因此，采纳LED灯具能够专门大程度的节能。节能除了设备上的更新，操纵系统的优化也能起到专门大的作用。因此，除了将原先老式的照明灯具改造为新的高效灯具，还能够通过更加智能的照明操纵，关心建筑节能和实现更好的操纵。1.3 物联网下的智能照明显然，独立的照明操纵差不多进展的专门成熟，然而专门多时候使用者无法准确的依照情况设置参数。而且外界情况多变，仅仅

24、靠非专业的使用者来操纵无法达到最佳的效果。而且，任何的操纵几乎都要在现场进行。在物联网环境下，使用者能够利用远程计算机和通信设备通过互联网对室内照明设施进行监控和操纵，室内照明发生故障时能自动发送电子邮件或短信进行报警，同时室内照明制造商能够通过网络在线指导用户排除故障或对产品进行售后跟踪服务。物联网给予照明操纵的另一大优势是：室内照明能够记录使用者的适应和生活方式，利用情景感知技术提供人与家电、环境的自然交互，不仅如此，它还能够预测使用者的需求和使用，在物联网这一宽敞平台上，室内照明系统必将为用户带来全新的生活方式。室内照明系统系统结构如下图1.2所示：图1.2 智能照明系统结构图物联网的智

25、能照明系统之因此“聪慧能干”的首要缘故在于其自适应的特征。物联网所提供的大量的传感技术、无线通信技术以及射频识不等技术，通过传感器及微处理操纵系统，使物联网的智能照明系统能够“感知”环境，依照外界情况的变化作出相应的解决方案，为用户提供最适宜、最自然的服务。图1.3 智能照明操纵框图上图1.3所示即为智能照明系统操纵原理，物联网的智能照明系统内置的传感器感知外部环境变化后，依照自身条件、不同的情况做出不同的工作方案，以适应不同的需求、时刻保持最佳状态。物联网的智能照明系统还可通过对用户适应的学习，替用户省去大量状态设定的操作，使用起来更加轻松便捷人性化，而且一旦用户适应改变，物联网的智能照明系

26、统也能随之产生新的设定。物联网技术在智能照明行业的应用进展迅速，然而这种技术的初期投入高，而且只有在成熟的社会物联网网络下才能发挥最大的效用，因此需要全社会各行各业的支持和参与，同时需要国家相关政策的大力扶持。先进的智能照明系统不但节约能源，还能够提升都市的形象、美化居室环境，给人们提供更加安全和舒适的照明环境。随着社会的进展和人们关于照明要求的不断提高，智能照明系统也在朝着结构多样化、应用扩大化的方向快速进展。智能照明系统的设计和应用将会有更多的创意和创新，也将会有更多的物联网技术被结合到智能照明系统中。相信通过物联网的关心，一个智能化的照明新时代正在向我们走来，人类的照明生活将会更加智能和

27、舒适。2 总体方案设计总体方案设计是关系到产品定位，器件选型和技术路线的关键行设计，它要紧包括以下内容：2.1 系统的需求分析基于物联网技术的室内LED照明操纵系统设计目的是为了实现安卓手机/PAD通过安装APP来操纵彩色LED灯的颜色、亮度。整个系统要紧包含通信系统和操纵系统两大部分，其中通信系统使用WIFI模块通过UDP协议来完成单片机和手机/PAD之间的数据传输，操纵系统使用增强型51单片机产生四路PWM信号实现对彩灯的颜色、亮度调整，为了保证脱离网络和手机也能操纵灯光，本系统还能够设计几组按键来调整灯光颜色和开关。系统具体实现功能如下：（1）整个系统网络由灯控终端建立一个wifi热点无

28、需外网接入，数据传输层采纳的是 UDP 协议通信机制。对LED灯能够实现开、关、调光功能。（2）由于整个系统是建立在 WIFI 网络基础上的，对WIFI模块建立的热点默认SSID是“MY_RGB”，密码是“0123456789”为了保证保证通信安全，网络采纳了WPA2加密方式。（3）手机客户端和灯控终端通信使用的是UDP通信方式，灯控终端处于server模式监听7136端口,手机客户端会将操纵数据帧发送到那个端口经单片机解析数据后实现对灯光的操纵。（4）灯控终端在正常使用时要求在同一时刻内单盏灯只能同意一个客户端的请求，以幸免命令信息的错乱现象。2.2 系统架构设计本系统要紧实现以下几个功能：

29、一是用按键对彩色LED 灯的操纵包括开关、调光、调色等；二是能够通过安卓客户端来对LED 灯操纵。室内LED智能照明系统主体框架由手机客户端、灯控终端两个部分组成，其中系统终端部分是本文研究的重点，由 WIFI 终端AP节点、STC15F408AD单片机、RGB灯、RGB灯构成驱动电路构成。LED智能照明系统整体架构如图 2.1 所示：图2.1 室内LED智能照明系统总体架构图过上图能够看出，室内LED智能照明系统主体框架由手机客户端、及系灯光操纵终端两个部分组成，各部分具体功能分析如下：（1）手机/PAD 客户端：本系统客户端部分是基于 Android 操作系统来实现的，通过搭建 eclip

30、se 软件开发环境来实现用户对系统的界面功能。（2）灯光操纵终端：该部分要紧由 WIFI 模块、STC15F408AD单片机及RGB灯PWM驱动电路，电源模块。AP作为终端的无线通信设备，要紧用来实现同手机客户端之间的数据有效传输功能，数据的具体交换过程可通过系统内部协议来完成。STC15F408AD 单片机作为系统终端的操纵备，要紧实现的功能有串口数据交换、PWM 调光脉冲的产生、按键处理以及灯光操纵终端数据的存储等。2.3 通信协议设计通信协议是是室内LED智能照明操纵系统至关重要的部分，它是连接手机/PAD客户端和灯光操纵终端的桥梁，关于本系统来讲需要设计一套通过wifi传输操纵彩色LE

31、D灯的颜色，亮度以及开关操纵。2.3.1协议数据帧格式完整的一帧数据包括：帧头、命令、数据、校验及帧尾。帧头：也叫起始符，是数据开始接收的标志，为了幸免数据帧的长度过大，本系统起始符仅采纳1个字节，设置帧头的实际作用为当一帧数据过来以后，只有碰到帧头数据位时单片机才才开始存储数据并等到帧结束调用相应函数执行命令。命令：命令数据段的作用是让终端明白客户端发过来的数据包是为了执行什么操作，单片机确实是通过识不这一字段来回调函数执行相应操作。数据：数据位是协议的核心组成部分，终端功能的具体实现过程差不多上由数据位来保障的，不同的功能对数据位的要求也各不相同。校验：校验的方式有奇偶校验、CRC 校验、

32、BCC 校验及代码和检验等，本文采纳的是代码和校验方式,校验和为命令和帧头的求和。帧尾：其作用为标识一帧数据的结束，当单片机检测到帧尾数据到来时将关闭其后数据的接收。2.3.2操纵协议的具体实现由于本系统使用TCP/IP协议栈的UDP通信来实现数据传输，UDP协议差不多具有数据校验功能幸免物理层传输错误，因此在实际制作中并不需要自己去做一套数据校验机制，关于一个彩灯来讲，为了实现对其颜色，亮度操纵只需要操纵RGB三个通道PWM值即可，在本系统中PWM均使用8位分辨率，能够合成16777216种色彩（通常所讲的16万色），因此协议只需要实现对这三个颜色通道PWM值操纵即可满足要求。在手机客户端与

33、灯控终端通信过程中每一个数据帧均以字符“s”开头，接下来是命令帧，为了让命令更直观，那个地点直接使用了字符串“red”，“blue”，“green”来表示相应通道命令关键字，由于这几个关键字长度不定，为了区分数据和命令需要用分隔符隔开命令关键字和数据区，那个地点用的是字符“=”隔开数据和命令。紧跟着“=”是PWM值，那个地点为了直观和方便安卓编程直接使用了该数值的十进制ASCII来表示，例如数据帧“sred=000”表示关闭红色通道输出（置R通道PWM值为0），数据帧“sbule=255”表示置B通道PWM值为OXFF（最大占空比）。3 硬件设计基于物联网的室内LED智能照明操纵系统由RGB灯

34、驱动模块电路、WiFi模块、单片机最小系统、按键输入模块、电源模块组成。系统硬件结构如图3.1所示：RGB灯驱动电路RGB灯驱动电路电源模块单片机(MCU)电源模块单片机(MCU)WiFi模块WiFi模块按键输入模块按键输入模块图3.1 系统硬件结构图各个电路模块设计图，共有以下五部分组成，分不是WiFi模块电路、单片机最小系统电路、按键输入电路、RGB灯驱动电路模块电路设计、电源电路模块。3.1 电源模块关于硬件设计来讲，首先要解决的确实是整个系统的供电问题，电源模块的稳定可靠是系统平稳运行的前提和基础。51单片机尽管使用时刻最早、应 用范围最广，然而在实际使用过程中，一个和典型的问题确实是

35、相比其他系列的单片机，51单片机更容易受到干扰而出现程序跑飞的现象，克服这种现象出现的一个重要手段确实是为单片机系统配置一个稳定可靠的电源供电模块。本系统包含多个模块，他们所需的供电电压也不同，总体来讲需要3.3V和5V两路供电，3.3V为wifi模块供电，单片机和LED使用5V供电。通过在图书馆对相关资料的查询和指导老师的指点，本设计的电源模块的设计电路图如下图3.2所示：图3.2 电源模块图3.2所示是物联网室内LED智能照明操纵系统中的电源电路模块部分，5V到3.3V电压的转换采纳ASM1117直流低压差线性稳压器。AMS1117是一款正电压输出低压差的三端线性稳压电路，在输出1A电流时

36、，输入输出的电压差典型值为1.8V。AMS1117分为两个版本，固定电压输出版本和可调电压输出版本，固定输出版本的输出电压能够为：1.8V，3.3V和5.0V，可调电压输出版本能提供的输出电压范围为：1.8V5.5V。AMS1117内部集成过热爱护和限流电路,确保芯片和电源系统的稳定性。AMS1117特性：能提供包括固定电压输出版本（固定电压包括1.8V，3.3V，5V）跟三端可调电压输出版本最高输出电流可达A输出电压精度高达2；稳定工作电压范围为高达12V；内部集成限流功能；具有过热切断爱护；工作温度范围：-20-120；3.2 单片机最小系统单片机最小系统，或者称为最小应用系统，是指用最少

37、的元件组成的单片机能够工作的系统。对51系列单片机来讲，最小系统一般应该包括：单片机、晶振电路、复位电路。而本系统采纳STC15F408AD单片机内部集成了复位电路，及内部RC振荡器因此省去了大部格外部电路。最小系统只需提供必要的ISP下载调试接口，提供稳定的电源滤波即可。单片机最小系电路图如下图3.3所示：图3.3 最小单片机系统3.3 WIFI模块本系统使用ESP8266串口WiFi模块作为网络接入设备。ESP8266是一款超低功耗的UART-WiFi 透传模块，专为移动设备和物联网应用设计。模块内置TCP/IP协议栈，可将用户的物理设备连接到Wi-Fi 无线网络上，进行互联网或局域网通信

38、，实现联网功能。3.3.1 ESP8266模块电路设计通过ESP8266模块，单片机只需要通过串口发送AT指令即可完成嵌入式设备与Internet和局域网设备之间的数据收发。在使用过程中模块与单片机之间的连接仅需要占用一个UART端口，下图3.4是wifi模块与单片机之间的连接原理图。图3.4 WIFI电路模块3.3.2 ESP8266模块特性支持无线802.11 b/g/n 标准支持STA/AP/STA+AP 三种工作模式内置TCP/IP协议栈，支持多路TCP Client连接 支持丰富的Socket AT指令支持UART/GPIO数据通信接口支持Smart Link 智能联网功能内置32位

39、MCU，可兼作应用处理器 超低能耗，适合电池供电应用3.3V 单电源供电3.3.3 ESP8266模块功耗由于wifi处于2.4G频段，尽管高频保证了信号带宽，然而高频信号穿墙能力差而且衰减专门快，而且那个频段属于免执照开放频段干扰较大，因此市售的wifi产品一般功耗较大，对电压稳定性要求也专门苛刻，为了保证系统的稳定性，有必要对ESP8266模块进行一个功耗测试，下表3.1所示功耗数据是基于3.3V的电源、25的环境温度下测得。 表3.1 ESP8266功耗测试模式测试结果单位传送802.11b，CCK 1Mbps，Pout=+19.5dBm215mA传送802.11b，CCK 11Mbps

40、，Pout=+18.5dBm197mA传送802.11g，OFDM54 Mbps，Pout=+16dBm145mA传送802.11n，MCS7，Pout=+14dBm135mA接收802.11b，包长1024字节，-80dBm100mA接收802.11g，包长1024字节，-70dBm100mA接收802.11n，包长1024字节，-65dBm102mA系统待机模式70mA关机0.5A3.4 按键输入模块电路的设计常用的按键驱动有矩阵键盘和IO直接驱动，由于本系统按键数量少，直接使用了IO直接驱动方式，图3.5为本设计所使用的按键电路。图3.5 按键电路原理3.5 RGB 灯驱动电路设计RGB

41、灯采纳三原色混光原理，通过操纵R、G、B三原色亮度比例调节发光颜色，本系统采纳PWM调光技术，需要较高的开关速度、较大的瞬间电流。一般三极管和继电器不能满足系统要求。因此本系统采纳LED专用驱动芯片WS2811来驱动RGB灯。图3.6是电路原理图。图3.6 RGB灯驱动电路模块3.5.1 WS2811要紧特点输出端口耐压15V。芯片内置稳压管，24V以下电源端只需串电阻到ICVDD脚，无需外加稳压管。灰度调节电路（256级灰度可调）。内置信号整形电路，任何一个IC收到信号后通过其他各种LED灯饰产品.波形整形再输出，保证线路波形畸变可不能累加。内置上电复位和掉电复位电路.PWM操纵端能够实现2

42、56级调节，扫描频率不低于400Hz/s串行接口级联接口，能通过一根信号线完成数据的接收与解码.任意两点传传输距离超过10米而无需增加任何电路.当刷新速率30帧/秒时，低速模式级联数不小于512点，高速模式不小于1024点.数据发送速度可达400Kbps与800Kbps两种模式.3.5.2 WS2811概述WS2811是三通道LED驱动操纵专用电路，芯片内部包含了智能数字接口数据锁存信号整形放大驱动电路，还包含有高精度的内部振荡器和15V高压可编程定电流输出驱动器。同时，为了降低电源纹波，3个通道有一定的延时导通功能，如此在帧刷新时，可降低电路纹波。芯片采纳单线归零码的通讯方式，芯片在上电复位

43、以后，DIN端同意从操纵器传输过来的数据，首先送过来的24bit数据被第一个芯片提取后，送到芯片内部的数据锁存器，剩余的数据通过内部整形处理电路整形放大后通过DO端口开始转发输出给下一个级联的芯片，每通过一个芯片的传输，信号减少24bit。芯片采纳自动整形转发技术，使得该芯片的级联个数不受信号传送的限制，仅仅受限信号传输速度要求。芯片内部的数据锁存器依照同意到的24bit数据，在OUTR、OUTG、OUTB操纵端产生不同的占空比操纵信号，等待DIN端输入RESET信号时，所有芯片同步将接收到的数据送到各个段，芯片将在该信号结束后重新同意新的数据，在同意完开始的24bit数据后，通过DO口转发数

44、据口，芯片在没有同意到RESET码前，OUTR、OUTG、OUTB管脚原输出保持不变，当同意到50s以上低电平RESET码后，芯片将刚才接收到的24bitPWM数据脉宽输出到OUTR、OUTG、OUTB引脚上。3.5.3 WS2811管脚讲明图3.7 WS2811引脚图3.7为WS2811 RGB灯驱动芯片管脚排列和名称，为了更详细的讲名WS2811的使用方式，下面列出每个管脚的详细讲明，如下表3.2所示:表3.2 WS2811引脚讲明4 wifi模块使用4.1 工作模式ESP8266模块支持STA/AP/STA+AP 三种工作模式：（1）STA 模式：ESP8266模块通过路由器连接互联网，

45、手机或电脑通过互联网实现对设备的远程操纵。（2）AP 模式：ESP8266模块作为热点，实现手机或电脑直接与模块通信，实现局域网无线操纵。（3）STA+AP 模式：两种模式的共存模式，即能够通过互联网操纵可实现无缝切换，方便操作。4.2 AT指令集ESP8266模块与单片机之间采纳UART 通过AT指令集通信，指令又分为基础AT指令、 WiFi功能AT指令、TCP/IP 工具箱AT命令等。每条指令能够有细分四种命令 ，如下表4.1所示：表4.1 AT指令类不测试命令AT+=?该命令用于查询设置命令或内部程序设置的参数以及其取值范围。查询命令AT+?该命令用于返回参数的当前值。设置命令AT+=该

46、命令用于设置用户自定义的参数值。执行命令AT+该命令用于执行受模块内部程序操纵的变参数不可变的功能。ESP8266模块默认通信波特率115200，每条AT指令以换行符 “rn”结束。由于模块本身AT指令数量较多，此处只对本系统使用到的AT指令和常用的指令作介绍。4.2.1 基础AT指令测试AT：表4.2为命令语法讲明。表4.2 测试AT语法规则命令类型语法返回和讲明执行命令ATOK重启模块：表4.3是重启命令使用规则。表4.3 重启模块语法规则命令类型语法返回和讲明执行命令AT+RSTOK4.2.2 WiFi功能AT指令选择WiFi应用模式：表4.4为命令语法，4.5是命令参数。表4.4 选择

47、wifi应用模式语法规则命令类型语法返回和讲明设置命令AT+CWMODE = OK此指令需重启后生效(AT+RST)查询命令AT+CWMODE?+CWMODE:OK当前处于哪种模式？ 测试命令AT+CWMODE?+CWMODE:(取值列表) OK当前可支持哪些模式？表4.5 选择wifi应用模式参数定义参数定义取值对取值的讲明WiFi应用模式1Station模式2AP模式3AP+Station模式设置AP模式下的参数: 表4.6为命令语法，4.7是命令参数。表4.6设置AP模式语法规则命令类型语法返回和讲明设置命令AT+CWSAP=, OK 设置参数成功查询命令AT+CWSAP?OK查询当前A

48、P参数表4.7 设置AP模式参数定义参数定义取值对取值的讲明加密方式0OPEN1WEP2WPA_PSK3WPA2_PSK4WPA_WPA2_PSK 接入点名称字符串参数密码字符串型，最长64字节，ASCII编码通道号4.3.3 TCP/IP工具箱 AT指令（1）建立TCP/UDP连接：表4.8为命令语法，4.9是命令参数。表4.8 建立TCP/UDP连接语法规则命令类型语法返回和讲明设置命令单路连接 (+CIPMUX=0)时：AT+CIPSTART=,多路连接(+CIPMUX=1)时：AT+CIPSTART=,假如格式正确，返回：OK否则返回：+CME ERROR: invalid input

49、 value连接成功，返回：CONNECT OK (CPIMUX=0), CONNECT OK (CIPMUX=1)假如连接差不多存在，返回：ALREADY CONNECT连接失败返回：CONNECT FAIL (CIPMUX=0), CONNECT FAIL (CIPMUX=1)表4.9 建立TCP/UDP连接参数定义参数定义取值对取值的讲明Link No.04表示链接序号：0号连接可client或server连接，其他id只能用于连接远程server 连接类型“TCP”/”UDP”远程服务器IP地址字符串型远程服务器端口号（2）获得TCP/UDP连接状态：表4.10为命令语法，4.11是命

50、令参数。表4.10 获得TCP/UDP连接状态语法规则命令类型语法返回和讲明执行命令AT+CIPSTATUS假如是单路连接(AT+CIPMUX=0)，返回：OKSTATE: 假如是多路连接 (AT+CIPMUX=1)，返回：OKSTATE:假如配置为服务器：STATE:IP STATUSS: ,C:, , , , 测试命令AT+CIPSTATUS=?返回：OK表4.11 获得TCP/UDP连接状态参数定义参数定义取值对取值的讲明单连接状态IP INITIAL初始化IP STATUS获得本地 IP 状态TCP CONNECTING/UDP CONNECTINGTCP 连接中/UDP 端口注册中C

51、ONNECT OK连接建立成功TCP CLOSING/UDP CLOSING正在关闭 TCP 连接，正在注销 UDP 端口多链接状态IP INITIAL初始化IP STATUS获得本地 IP 状态服务器id01取值为0和1服务器状态OPENING正在打开LISTENING正在监听CLOSING正在关闭客户端id04取值为0,1,2,3,4IP 地址-字符串参数(字符串需要加引号)服务器监听端口号-整数型客户端状态CONNECTED已连接CLOSED已关闭（1）启动连接：表4.12为命令语法，4.13是命令参数。表4.12启动连接语法规则命令类型语法返回和讲明设置命令AT+CIPMUX=OK 假

52、如差不多处于多连接模式，则返回 Link is builded 启动多连接成功查询命令AT+CIPMUX?+CIPMUX:OK 查询当前是否处在多连接模式表4.13启动连接参数定义参数定义取值对取值的讲明是否处在多连接模式0单连接模式1多连接模式（2）发送数据：表4.14为命令语法，4.15是命令参数。表4.14 发送数据语法规则命令类型语法返回和讲明设置命令单 路 连 接 (+CIPMUX=0)时：AT+CIPSEND=多路连接(+CIPMUX=1)时：AT+CIPSEND=,响应模块收到指令后先换行返回”，然后开始接收串口数据，当数据长度满length时发送数据假如未建立连接或连接被断开，

53、返回ERROR假如数据发送成功，返回SEND OK讲明发送指定长度的数据测试指令AT+CIPSEND?响应单路连接(AT+CIPMUX=0)返回：+CIPSEND: OK多路连接(AT+CIPMUX=1)返回：+CIPSEND: ,OK执行命令AT+CIPSEND讲明AT+CIPMODE=1同时作为客户端模式下，进入透传模式(需要支持硬件流控，否则大量数据情况下会丢数据)模块收到指令后先换行返回”，然后会发送串口接收到的数据。表4.15 发送数据参数定义参数定义取值对取值的讲明数据长度单位：字节Link No.04连接序号（3）关闭TCP/UDP连接：表4.16为命令语法，4.17是命令参数。

54、表4.16关闭TCP/UDP连接语法规则命令类型语法返回和讲明设置命令单路连接时AT+CIPCLOSE=返回：CLOSE OK多路连接时AT+CIPCLOSE=,返回：,CLOSE OK执行命令AT+CIPCLOSE假如关闭成功，返回：CLOSE OK假如关闭失败，返回：ERROR测试命令AT+CIPCLOSE?返回：OK注意事项执行命令只对单链接有效，多链接模式下返回ERROR执行命令AT+CIPCLOSE 只有在TCP/UDP CONNECTING或CONNECT OK状态下才会关闭连接，否则会认为关闭失败返回ERROR单路连接模式下，关闭后的状态为IP CLOSE表4.17 关闭TCP/

55、UDP连接参数定义参数定义取值对取值的讲明关闭模式0慢关（缺省值）1快关Link No.07整数型，表示连接序号猎取本地IP地址：表4.18为命令语法，4.19是命令参数。表4.18 猎取本地IP地址语法规则命令类型语法响应和讲明执行命令AT+CIFSR响应+ CIFSR: OK 或者 ERROR测试命令AT+CIFSR=?响应OK表4.19 猎取本地IP地址参数定义参数定义取值对取值的讲明本机目前的IP地址(station)AP模式默认IP:192.168.4.15 软件设计5.1 软件总流程图灯控终端核心是STC15F408AD单片机，单片机系统开发使用KEIL C51编译器，源程序采纳C

56、语言编写。真个程序使用面向对象编程方式，事件均为消息驱动方式。程序要紧有主函数和串口中断处理两大部分，他们之间的消息传递通过全局缓冲区和标志位进行消息传递，整个软件流程图如图5.1所示：图5.1 软件流程图5.2 RGB灯驱动程序编写由于本系统RGB灯驱动采纳了WS2811专用驱动芯片，故需要写底层驱动函数来实现PWM调光，WS2811采纳单线归零码的通讯方式，芯片在上电复位以后，DIN端同意从操纵器传输过来的数据，首先送过来的24bit数据被第一个芯片提取后，送到芯片内部的数据锁存器，剩余的数据通过内部整形处理电路整形放大后通过DO端口开始转发输出给下一个级联的芯片，每通过一个芯片的传输，信

57、号减少24bit。芯片的的驱动时序如图5.2所示，表5.1为高速模式时刻。图5.2 WS2811时序波形图表5.1 WS2811高速模式时刻由上图能够看出WS2811对时序要求十分严格，精确到了ns级不，本系统使用的STC15F408AD是1T机器周期单片机，当时钟设置为20MHZ时，机器周期是50ns，为了符合时序要求，驱动程序采纳了_nop()单周期延时指令来精确延时。用单片机模拟0、1和REST码，下面的程序是通过示波器调试后的WS2811底层驱动。/*WS2811:“0码” T0H:500ns T0L:2000ns“1码” T1H:2000ns T1L:500nsRES:50usSTC

58、15W408ASCLOCK:20MHZ 时钟周期50ns 机器周期200ns*/#define speed 5 /刷新数据时刻变量#define RGB_size 1/数据显示个数变量uint t;uchar bdata LED_DAT; /可位操作的数据发送暂存变量声明sbit bit0=LED_DAT0; /被发送的数据各位定义sbit bit1=LED_DAT1;sbit bit2=LED_DAT2;sbit bit3=LED_DAT3;sbit bit4=LED_DAT4;sbit bit5=LED_DAT5;sbit bit6=LED_DAT6;sbit bit7=LED_DAT7;

59、 uchar RR,GG,BB; /RGB灰度值全局变量声明/低速模式数码BIT0（高电平常刻：500ns 低电平常刻2000ns ）void h_dat0() DIO=1; nop; nop; nop; nop; nop; nop; nop; nop; DIO=0; nop; nop; nop; nop; nop; nop; nop; nop; nop; nop; nop; nop; nop; nop; nop; nop; nop; nop; nop; nop; nop; nop; nop; nop; nop; nop; nop;/低速模式数码BIT1（高电平常刻：2000ns 低电平常刻：

60、500ns ）void h_dat1() DIO=1; nop; nop; nop; nop; nop; nop; nop; nop; nop; nop; nop; nop; nop; nop; nop; nop; nop; nop; nop; nop; nop; nop; nop; nop; nop; nop; nop; nop; nop; nop; nop; nop; nop; nop; nop; nop; nop; nop; nop; nop; nop; DIO=0;/RGB显示操纵程序void Reset(void)DIO=1;nop; DIO=0; delay_nms(1);/=发送