【基于红外线感应的自动路灯控制系统设计22000字（论文）】

V基于红外线感应的自动路灯控制系统设计摘要本文设计了一种基于红外线感应的自动路灯控制系统，可应用于私人花房和测温棚等场合的小路上。在生态文明建设重要性日趋增强的当下，出于为环保贡献一份力量的目的，设计了本系统。在安装红外线感应自动路灯的附近区域，行人经过时，红外传感器产生信号，经过STM32处理后，如果是在光照不足的情况下，就会开灯，行人离开一段时间后灯会自动熄灭；在光照充足的情况下，就不会亮灯。节约了电能，延长电灯的寿命。本设计的特点是可以实现非接触亮灯，可以减小疫情传播的概率。本设计利用专为物联网应用设计的ESP8266，连接Wi-Fi，采用MQTT协议，接入中国移动的OneNET云平台。因此，本设计中的自动路灯可以实现远程控制、监控设备、辅助维护，提高了控制的便捷性，减小了运营成本，增加了经济效益，相信有着光明的应用前景。关键词：STM32ESP8266红外线感应目 录TOC\o"1-3"\h\u摘要 I绪论 1自动路灯的课题背景 1研究现状 11系统总体方案设计 31.1硬件总体结构设计 31.2系统软件设计 42系统硬件电路设计 62.1微处理器选型及外围电路设计 62.1.1复位电路 72.1.2时钟电路 82.1.3下载及调试电路 92.1.4启动电路 102.2传感器模块设计 112.2.1光敏检测模块电路设计 112.2.2红外检测模块电路设计 122.3无线模块设计 132.4电源模块电路设计 142.4.1从12.1V到5V降压电路 142.4.2从5V到3.3V降压电路 152.5电灯控制电路 153系统软件设计 163.1ADC采样系统设计 163.2数据处理程序设计 173.3云平台选择 183.4WiFi和OneNET通信协议选择 203.5接入协议的选择 204系统的调试 214.1红外检测模块电路的调试 214.2光敏检测模块电路的调试 214.3物联网平台调试 21研究成果对社会、环境、文化、经济、环保等影响 23结论 24参考文献 26附录1 错误!未定义书签。PAGE3绪论自动路灯的课题背景随着时代的进步，电子技术迅猛发展，照明系统逐渐向智能化方向发展，而从节能的角度看，红外线感应的自动路灯控制系统，可实现人来灯亮，离开后延时灭灯，并且可以通过物联网进行设备监控和辅助进行维护，从而实现便捷、节能的效果。目前私人花房和搭建测温棚的路上，只有很少的人在夜间通过，但仍然安装“长明灯”，浪费了大量的电能，并降低了灯具的寿命。声控开关方案也能实现，但声控开关在实际使用中常常需要发出较大声响才能打开，如果电灯放在在卧室等需要保持安静的场所附近，就不能使用。故本设计提出利用红外线感应的自动路灯，做到人来灯亮、离开后延时灭灯，还通过物联网监控设备、辅助进行维护，来给人们的生活带来便利、减少不必要的耗电开支。未来，所有传感器和设备都通过IoT无线连接。物联网将彻底改变每个人的生活。研究现状现今，我国照明产品的设计制造缺乏独创，仿制较多，加工不够精密，功能较差，品种较少。“智能”照明更显落后，与国外相比，存在较大差距。我国目前的照明系统，主要由主电源经配电箱后，再分成多路配电输出线，以供给照明灯回路用电，然后由照明灯回路的开关面板，实施供电线路的直接接通或断开，对灯进行控制。当前全球普遍存在的能源短缺和环境污染，在我国更为突出，每年用于照明的电能消耗占比高达12%～15%，所以必须努力寻找先进的替代产品。当前，LED有着较低的功率需求、响应速度快、而且绿色环保等优势，在目前能源紧缺的形势下，基于红外线感应的自动路灯就成了我国照明系统今后的发展方向。智能照明不仅使人们使用和维护更加方便，而且可靠性好、安装也更容易。本文的研究内容本文研究的感应自动路灯是一种新型路灯，它是采用红外线、热释电原理，感应人体活动信息的新的照明技术，进行设计、研发而成的，当人或有温度的物体进入照明感应范围内时，感应模块就即时输出高电平脉冲信号、或高电平延时信号，STM32接收到信号后，又随即输出感应脉冲或者延时信号，驱动LED照明灯。本课题通过对红外线感应的自动路灯系统进行探索，以实现以下几个功能：（1） 通过红外传感器检测是否有有人通过。通过STM32接入传感器，获取红外感应的状态，从而决定是否要开灯。通过自动控制，为人们提供更舒适和便利的生活条件；（2） 人类可用的自然资源是有限的，为了尽力节约能源，本设计利用智能化控制，自动点亮路灯并延时自动关闭，解决了路灯用电浪费的问题；（3） 能自动分辨外部光线强度，进行自动控制，在光线较暗的时候电灯才会亮，大大降低了电能的损耗。（4） 采用ESP8266模块通过物联网接入云平台。通过物联网监控设备以及辅助进行维护，提高了维护效率。1系统总体设计概述本设计包括硬件和软件设计两个部分，其中软件模块包括无线模块、光敏检测电路、红外检测电路、路灯控制电路等，具有信息采集、处理和数据传输等功能。1.1硬件总体结构设计根据设计要求，设计了以STM32单片机为核心的整个系统，外围模块有无线模块、光敏检测模块电路、红外检测模块电路、路灯控制模块电路等。它们之间的构成框图如图1-1硬件总体设计框图。图1-1硬件总体设计框各部分的主要功能如下：（1）主控芯片：MCU采用意法半导体有限公司的stm32，采用CortexTM-M3内核，具有5个串口输出，可以满足参数采集，无线通讯和软件调试的要求。整个系统是在系统软件控制下工作的。（2）光敏检测模块电路：流过光敏电阻的电阻和环境光的强度成正比，光的强度越小，通过此电阻的电流越小；光的强度越大，通过此电阻的电流越大。通过光敏电阻阻值与光照强弱的关系，可以推算出光照强度。（3）红外检测模块电路：可以通过判别外界红外线状况，符合条件则自动打开路灯，并延时关闭，起到节电照明的作用。（4）路灯控制模块电路：外部采集信号经过stm32处理判断过后，根据stm32发送的控制信号控制路灯电路通断。以达成我们最终需要的照明状态。（5）无线模块：采用ESP8266模块通过物联网接入云平台，考虑到实际应用时通信距离等问题采用有线通信的方式不仅不方便并且会增加成本，因此采用无线通信。（6）复位电路：顾名思义表示重启复位的电路。单片机的复位方式有两种，一种是按键复位（复位管脚复位），也是单片机制作复位电路中最常用的电路，还有一种为上电复位。我采取第一种按键复位。（7）时钟电路：单片机还需要一个32.765KHZ的时钟作为内部HSL的时钟，因为内部低频时钟要求高，所以需要一个外部相对稳定的时钟作为内部低频时钟。（8）下载及调试电路：在程序开发的过程中，需要下载bin或hex文件和在线仿真调试，所以stm32可采用SWD下载或者JTAG下载的方式。其中在高速模式下，SWD模式比JTAG模式更加可靠，且只需要4个引脚，所以实际开发中一般都采用SWD下载方式。1.2系统总体软件设计总体软件设计是让程序运行起来的关键，主程序流程图如图1-2所示。 图1-2主程序流程图程序初始化以后，实时收集远程指令，当收到指令即执行。通过红外检测模块电路送来的数据判断是否有人经过，通过光敏检测模块电路送来的数据判断是否天黑，当这两项都满足时，即开灯，延迟一段时间后自动关灯。

2系统硬件电路设计2.1微处理器选型及外围电路设计方案一：选用51单片机。该单片机作为传统的单片机，在编程中不便于仿真，下载速度慢，它只有8位字长，一次只能处理八位的数据，处理速度较慢，其中时钟慢，只有K级别的时钟，而且芯片封装大，不便于做小型产品。IO口简单，内部功能简单，如果需要用到DA数模或者AD模数转化，都需要外加外设实现。因为内部只有两个定时器，所以当带动很多外设的时候，内部资源明显不够。优点是价格低廉，正是因为它价格低廉，所以只能驱动一些简单的电路。方案二：选用TI公司研发的MSP430芯片。该芯片最大的优点就是低功耗，耗电量特别低，内部集成了A/D转换器，特别为智能式仪表、电池供电便携设备而设计。它具有独特的超低功耗设计，具有5种低功耗模式，如图3.1，在各种低功耗模式与活动模式之间可快速由指令进行切换，且在低功耗模式3(可用于压力传感器采样间的等待)状态下，消耗电流极低只有1.3uA[15-17]，由于是一款低功耗的单片机，它最大的缺点是电压偏低，而且IO口容易烧毁，没有IO口电流保护。方案三：选用ST公司推出的STM32单片机。ST公司推出的STM32一系列的芯片其中最为显著的为STM32F103、STM32F407、STM32F767。性价比越高，功能也越强大，随之价格也就越高。该单片机STM32F103的处理速度是72M，其为32位的单片机，处理速度极快。我们可以根据自己的需求选择STM32内部的FLASH的大小，管脚的多少等。该单片机的内部基本每个管脚都有管脚复用，即一个管脚多个功能。还有一个判断单片机性能的重要因素就是定时器，STM32内部定时器多的有十几个，少的也有八个。其中内部自带的功能包括IIC、SPI、UART等。它可以在不需要添加外设的情况下，只需配置寄存器，就可完成我们想要的功能。本次毕业设计，由于需要通信要求，所以选用STM32F103ZET6作为本次设计的主控芯片。ST公司推出的芯片都有自己的封装库，大部分都有演示程序供大家参考；而且该芯片通过正点原子一家公司，对该芯片进行开发，基本很多功能都有例程，正是由于其STM32资料多，资源丰富，编译环境采用最为熟悉的KEIL5编译，不像MSP430采用CSS编译，所以我选择STM32作为本次设计的芯片。图2-1stm32由于本次设计选用STM32F103ZET6作为本次设计的单片机主控芯片。STM32单片机IO口一般都有复用功能，这也是STM32强大之处，而且作为一个32位单片机，它处理速度快，定时器也比51单片机多。此外它内部也集成了很多硬件结构，比如IIC、SPI等。这些在51单片机上都需要模拟IIC或者SPI，如果有些系统对速度要求高的话，还会导致模拟不出来的情况。而STM32不需要模拟，直接配置硬件IIC或者SPI即可完成通信。并且它的模拟速度也可达到168M，基本满足大多数应用。所以STM32单片机可以做一个自动路灯控制系统。2.1.1复位电路复位电路可以让STM32获得一个复位信号，从而让电路回到一个已知的初始状态。复位（RST）信号为低电平有效。系统的上电复位电路和按键复位电路原理图如图2-2所示。上电复位电路由电阻和电容组成，当系统刚上电时，由于电容刚开始充电，RST电平为低电平，系统复位；当电容缓慢充电，RST的电压随之增高，直到电容充满电，RST变为高电平，系统正常运行。按键复位电路由四脚按键构成，当按键按下时，RST变为低电平，系统复位；当按键弹起之后，RST变为高电平，系统正常运行。图2-2STM32复位电路原理图电阻电容值决定了上电复位电路的时间，由上电复位时间公式计算上述电路中上电复位时间为：(2-1)可以得出复位时间很短[6]。2.1.2时钟电路STM32的时钟是非常复杂的，STM32F103的时钟最快可达72MHZ，但是最高的时钟不是由单片机内部72M的晶振产生，而是需要外接一个8M的无源晶振接入单片机的时钟引脚，经过单片机内部倍频得到72M的时钟。这个时钟可以作为PWM和一些需要定时器功能的工程中，然后将其进行分频得到用户需要的时钟。但是单片机还需要一个32.765KHZ的时钟作为内部HSL的时钟，因为内部低频时钟要求高，所以需要一个外部相对稳定的时钟作为内部低频时钟。如图2-3为晶振振荡电路。图2-3晶振振荡器电路由图2-3可知，晶振C3为32.768KHZ的低频晶振，高频晶振Y1为8M的晶振，。其中C2、C3为30PF的电容，该电容的作用为晶振的启振电容，晶振正常工作的启动电容一般在10-30PF都可以，但是选择30PF更好。2.1.3下载及调试电路在程序开发的过程中，需要下载bin/hex文件和在线仿真调试，所以stm32可采用SWD下载或者JTAG下载的方式。其中在高速模式下，SWD模式比JTAG模式更加可靠，且只需要4个引脚，所以实际开发中一般都采用SWD下载方式。任何单片机都需要程序的下载。尤其是如果一款单片机有在线仿真的功能，可以给开发者带来很大的便利。所以单片机的下载调试电路在单片机中起到不可忽视的作用。常见的51单片机的下载电路只有下载程序的接口，是通过ISP串口下载，但不支持仿真调试。这样开发者在开发的时候，就无法观察变量的大小，或者程序BUG的问题所在，所以只能通过经验或者代码观察来找出问题。而STM32支持ISP下载，SWD下载和JTAG下载。本次设计选用JTAG下载，如图2-4为JTAG调试仿真下载电路。图2-3JTAG下载电路2.1.4启动电路启动电路即单片机决定从芯片内部哪个地址运行的电路。51单片机没有启动电路，因为51单片机已经固定了启动地址，如果需要把数据写到其他的地址，需要在程序里面编写。而STM32单片机可以通过BOOT0引脚和BOOT1引脚改变芯片启动的地址。如ISP下载就需要改变BOOT1的电平，从而实现ISP下载，因为ISP下载的代码程序不在0X80000000地址开始的位置。我们传统的SWD或者JTAG下载是因为BOOTLOAD在0x80000000地址前面，所以默认设置BOOT0和BOOT1为低电平即可。如图2-5所示为BOOT启动电路图。图2-5BOOT启动电路如图，BOOT启动电路的设计非常简单，其中BOOT为一个2*3的排针，作用就是可以用跳帽选择BOOT0和BOOT1的电平状态。R11和R12为保护电阻。本次设计用到的是SWD下载所以只需要将B00T1和B00T0引脚用跳帽短接3和5，4和6引脚即可。2.2传感器模块设计2.2.1光敏检测模块电路设计要实现灯光随着光的强度的亮灭，一般采用光敏电阻。光敏电阻顾名思义是对光强敏感的电阻，电阻值和光的强度成反比变化，光较强时，电阻可下探至1000Ω以下；在黑夜里，电阻可飙升至1.4MΩ以上，其原理在于采用了新材料，比如硫化镉，其内部光电效应较强。出于使自动路灯能够在合适的暗度下点亮，并保护光敏电阻，本系统把电阻和光敏电阻串联，起到可调节自动路灯亮起时间目的。相信在节电意识日益浓厚的“新时代”，光敏电阻的发展前景一片光明。电路图如下图所示。图2-6光敏电阻原理图2.2.2红外检测模块电路设计热释电红外传感器（PIR）属于热电型红外传感器，是基于热电效应原理制成的。这种探测元件有三种类型，单元型、双元型、四元型这三种探测元件。火焰检测器、辐射高温计，这样的检测仪表用的是单元型探测元件。因为单元型探测元件的灵敏度极高，需要进行温补来降低灵敏度。所以这种探测元件的传感器一般用于火灾报警器、手持式温度测量仪的测温传感器，也就是灵敏度要求高的场合应用。PIR传感器属于三种当中的双元型或四元型探测元件，而双元型探测元件应用最多。热释电红外传感器需要用到滤光窗（滤光片）。因为PIR传感器能感知的波长范围宽，增强抗干扰能力而只对人体辐射红外线敏感，所以就要用到滤光窗。考虑到滤光窗的波长范围（0.2um~20um），而人体辐射波长范围（09.35um~9.38um）。可知，人体辐射波长正好在滤光窗波长范围内。因此，滤光窗起到有效的阻值其他光源干扰，只允许人体辐射红外线通过的作用。双元型探测元件结构是两个探测元件以极性相反的方式进行串联，可以降低自身和环境温度引起的热释电信号干扰。图2-7红外热释电模块电路图2.3无线模块设计物联网需要多种技术，例如嵌入式系统、传感器、执行器、有线或无线通信、服务器、数据库。换句话说，IoT使用配备有微处理器的嵌入式系统通过传感器收集数据，并使用收集的数据来驱动执行器（例如自动路灯）。同样，收集的数据与服务器链接并存储在服务器的数据库中。存储在数据库中的大数据使用人工神经网络或各种机器学习（这是第四次科技革命的核心技术以及最近的物联网）为用户提供必要的服务。所有这些服务都以各种方式提供给用户。目前，智能手机已为世界各地所有人所拥有，因此使用智能手机提供服务是最常见的事情。最近，物联网可以使用Arduino，RaspberryPi，英特尔的伽利略和TI（德州仪器），以及使用beaglebone等开放式硬件平台，可以在各个领域更轻松地开发产品。本设计在Arduino和Firebase（Google的实时数据库）中使用了具备WiFi功能的ESP8266。此外，智能手机应用程序还用于监视传感器数据，监视和控制执行器，并提供适合用户特征的环境。ESP8266由ESPressifSystems开发，是一种配备有TCP/IPFullStack和微控制器的Wi-Fi模块[7，8]。ESP8266是超低功率的UART-WiFi透明传输模块，在封装尺寸和超低功耗技术方面在行业内具有很强的竞争力。该芯片专为移动设备和IoT应用程序而设计，能够将用户的物理设备连接到Wi-Fi无线网络，进行Internet或LAN通信以实现联网功能。该芯片有多种封装方式，天线可以支持三种形式，分别是IPEX接口、邮票孔接口和板载PCB天线；该芯片在智慧电网、智慧交通、智慧家具、移动设备、工业控制等领域。WiFi模块的电路图如图所示。图2-8无线模块2.4电源模块电路设计2.4.1从12.1V到5V降压电路设计时，主控芯片、传感器和其它元件都必须有电源，而且选定的电池电压是12.1V，因此需要DC-DC降压电路来将12.1V电压降到5V。鉴于此，采用了LM2596降压电路。降压电路见图2-9。图2-9从12V到5V降压电路在设计降压电路时，只需要连接几个简单的滤波电路，就可以组成一个完整的电路。在LM2596中，C1作为输入与地之间的旁路电路。图2-10LM2596内部电路它起到滤波的作用，防止电路因瞬态电压而烧坏。D1是吸收二极管。其主要作用是为L1传感器提供电流通路。由L1和C2组成的低通滤波器，C2是输出电容，能有效过滤输出电压，增加电压稳定性。2.4.2从5V到3.3V降压电路在核心板的电源电路中，某些组件的电压要求为3.3V。直接提供5V电压会烧毁相关组件，因此需要5V至3.3V的降压电路。如图2-11。作为输入滤波电容器，C1可滤去输入电压的纹波以保持稳定，而作为输出滤波电容器，C2可防止输出电压不稳定而引起振荡和烧毁元件，以保持输入电压稳定。电压所用芯片为AMS1117，其主要功能是将5V电压降至3.3V。图2-11从5V转3.3V降压电路2.5电灯控制电路LED是一种能够将电能转化为可见光的半导体，具有发光效率高、耗电量小、寿命长、体积小等优点。传统的交流输入LED驱动电源，驱动可靠性低。不含电解电容的无源恒流LED驱动电源，高效节能、环保等可持续照明电源的基本要求。采用为使多个LED具有相同的亮度，选用恒流式驱动电源是比较理想的，LED驱动电源按电路结构的不同可分为常规变压器降压、电子变压器降压、电容电阻降压、RCC降压式开关电源、PWM控制式开关电源等。其中采用PWM控制方式设计的LED驱动电源较理想，因为这种开关电源的电源转换率高，一般可达80%~90%，并且输出电压、电流十分稳定。2.液晶显示器模块设计按照显示位数及行数可分为1601、1602等的模块由于1602最为常用，因此本论文选用1602用于显示部分电路设计。1602作为一款常用的点阵式液晶显示器，具有突出的特点:(1)价格低由于1602LCD在国内已经实现批量生产，目前市场上单片该显示器件只需要10多元钱;(2)质量轻、外观小由于采用电压控制液晶极性分子状态来显示，1602与其它传统显示器比起来，质量会轻许多；(3)显示效果好与阴极射线管显示器需不断刷新更新的亮点相比，1602能够保持每一个点恒定发光，且保持自身亮度与色彩，所以它的显示效果好;(4)带数字接口1602属于数字式控制器件，与单片机可直接连接，不需外加AD或DA转换模块;(5)低功耗由于1602的功耗主要集中在驱动芯片及控制电极上，因此，它的耗电量低。鉴于此，采用1602液晶显示器。2.按键模块设计本系统采用四脚按键，轻轻按下即可改变状态。

3系统软件设计硬件系统的设计，就好像人体的骨架，构建了整体的框架，而软件设计则为控制系统配制了血肉和神经，使之完美配合，运作起来。本章节从adc采样系统程序设计、展开对主要讨论软件数据处理、云平台的选择，从设计思路、软件系统框图出发，先介绍整体的思路后，再逐一分析各模块程序算法的实现，最终编写出满足任务需求的程序。本系统的软件开发主要使用Keil，其软件界面如下图4-1所示。图重新截图4-1KeiluVision5开发界面图重新截图3.1ADC采样系统设计本系统需要对光照强度进行采样，于是笔者打开实验工程可以发现，我们在HALLIB分组下面新增了stm32f103_hal_adc.c和stm32f103_hal_adc_ex.c源文件，同时会引入对应的头文件。ADC相关的库函数和宏定义都分布在这两个文件中。同时，我们在HARDWARE分组下面新建了adc.c，也引入了对应的头文件adc.h。这两个文件是我们编写的adc相关的初始化函数和操作函数。传感器将采集的信号传输到信号采集设备中，然后通过设备的ADC采集模块转化为计算机可以识别的数字量信号，则ADC采集模块程序流程图如图3-1所示。图3-1ADC采集模块程序流程图根据图4-4可以总结出ADC采集的过程：程序初始化后，启动ADC采集，计算被测参数值，利用标志位ADCFlag是否为1判断传输是否完成，等待数据处理结束，停止ADC采集。3.2数据处理程序设计为了保证采集数据反应电压电流功率情况的准确性，通过对瞬时值采样后，再通过程序对多次采样后的数据取平均值，以此得到一个较为精确的结果，数据处理程序如图3-2所示。首先对数据进行5次以上的采集，然后对这5次采集到的数据求取平均值。图3-2数据处理程序3.3云平台选择物联网云平台有阿里云、OneNET、Firebase和ThingSpeak等，提供了存储各种数据并使其更易于监控的服务器。这些服务器可以免费使用各种功能，因此开发人员可以轻松地开发与IoT相关的技术。Firebase云服务提供商提供具有后端功能的实时云数据库。此外，还为Android，iOS和Web开发人员提供了各种服务。Firebase不仅可以实时存储ESP8266的传感器数据，还具有执行器控制功能，可以轻松开发Android应用程序[9，10]。OneNET是中国移动创建的具有开放共赢概念的物联网平台。OneNET云平台支持用户通过该平台将设备直接连接到Internet，减少用户的成本和日常维护工作。OneNET定位为PaaS服务，也就是说，它可以快速访问各种智能终端设备、传感器，并为各种设备管理服务[11]。它为各行各业应用程序的开发提供了解决方案，提供了简单高效的物联网云设备访问方法，并提供了诸如数据存储之类的功能。OneNET平台为终端层提供设备访问权限，并在应用程序层和设备层之间架起一座桥梁，并为应用程序层提供应用程序开发。企业和个人不需要构建物联网环境，而只需要在开发自己的应用程序上投入精力，从而降低了物联网企业和个人的研发、运营和维护成本，还可以缩短开发周期，提高创新力并保证品质[12]。登录OneNET云平台网站首页如图3-3所示。图3-3OneNET云平台网站的登录首页及其智慧城市解决方案将资金、可靠性、承载能力、本设计的现实情况考虑在内，阿里云是一个值得信赖的平台。凭借着双十一淘宝、天猫巨大的流量，服务器事实证明可以经受考验。鉴于此，本文采用阿里云。目前，阿里云已广泛用于工农业等许多领域，通过创建物联网的开放平台阿里云，中国移动拥有自己的物联网生态系统，它还使物联网技术开发人员能够快速高效地工作，开发物联网应用产品。以阿里云为数据存储和远程控制中心的自动路灯控制系统具有很大的优势，可以基本满足设计要求。本系统的物联网技术主要基于阿里巴巴开发的阿里云。笔者可以获得成熟可靠的成套解决方案。3.4阿里云和WiFi通信协议选择WiFi和阿里云之间有两种常用的通信方法：TCP和UDP。TCP面向连接，UDP面向无连接。选择TCP协议作为智能终端设备和阿里云之间的通信方法。虽然与UDP通信方式相比，TCP通信速度较慢，但​​数据信息的传输相对稳定，在网络通信较差的情况下不易丢失数据。因此，针对需要实时自动路灯的控制系统，就采用TCP通信协议。3.5接入协议的选择MQTT由IBM在1999年发布。MQTT是基于客户端-服务器的消息发布/订阅传输协议，用于解除应用程序耦合，它提供了一对多的消息发布，用于解除应用程序耦合。这非常类似于XMPP，但是MQTT的信息冗余比XMPP小得多，因为XMPP使用XML格式的文本来传输数据。MQTT协议轻巧，简单，开放并且易于实现。这些功能使其具有非常广泛的应用范围。有鉴于此，笔者使用了MQTT协议。3.按键程序设计虽然本系统设计了极为先进的物联网控灯系统，但为了防止网络瘫痪等极个别意外情况的发生，本设计还设计了一套用于本地控制的按键模块。为了实现本地开关灯，并调节灯泡在多大的环境亮度以上，即使人来了，灯都不会亮；只有在低于设定的环境。

4系统的调试如果说硬件就像大楼的地基，软件好比大楼的上层建筑，那么系统调试就像大楼的装潢，调试细致与否决定了用户是否用得舒心，所以要格外重视。调试4.1红外检测模块电路的调试调试中发现灵敏度不够，减小与热释电红外传感器串联的电阻，但串联电阻不能太小。适当减小串联电阻后，灵敏度仍然不够，更换耦合电容器，效果非常显著。实物如图4-2所示。图4-2红外线传感器实物4.2光敏检测模块电路的调试单独调试时发现受控电灯天较亮时就点亮了，调整与光敏电阻串联电阻的大小，以使受控电灯在适当的亮度下开始点亮。硬件电路联调联试经过了上面各个独立模块的调试，将各个部分依次连入系统，以进行系统的联调联试。首先，检查STM32是否短路，电压是否正常。将STM32安装好后给其供电，通电前后密切观察，防止主板被烧坏。之后接入24C02和其他STM32外围电路，STM32及其外围电路安装后将LCD显示接入，确保LCD可以按程序显示。接上按键模块，以保证按键能够被按下，按下对应的按键能够开关灯，调整光强设定值，测试在LCD显示屏上设定值能够正常调节。其后检查光敏电阻有没有虚焊，检查无误后接入光敏检测模块电路，使用杜邦线连接到主板上，测试LCD显示光强是否正常。软件调试选定了毕业设计题目后，我起初采用的是单机服务器，但是调试中遇到了很多问题。比如，当大量用户请求到达服务器时，可能会造成服务器溢出，请求丢失甚至服务器拒绝服务等重大事故。同时，因为服务器无法对用户请求作出及时回应，用户会发出更多请求，造成网络通信负载增加、待处理请求队列变长，进一步阻塞网络，加重传输线路和服务器的负载。服务器负载是指系统繁忙程度，多以空闲时间与整体时间之比评价，也可以采用服务器各参数负载值进行评价。系统负载涉及因素众多，我们可以从两种思路提高服务器性能，使其具有较强负载能力[2]。解决这一问题要从思想开始改变。现在物服务器有两种思想。单机思想单机思想是采用硬件办法提高网络应用服务，提高服务器的CPU处理速度和增加内存容量等。不过这种解决办法是治标不治本，服务器升级会造成企业成本上升，造成企业业务流失，最根本的问题在于服务器升级限制很大[3]。从近些年硬件市场趋向来看，硬件升级已经无法实现指数级增长，呈现多核化趋势。所以，单机思想仅适用于数据实时一致性要求非常高，不允许副本存在的系统。多机思想多机思想是采用服务器集群，加入分而治之的思想。但对用户而言，服务器集群就是一个完整系统，具备透明性、唯一性。集群内部可以采用负载均衡，让服务器共同分担用户请求，将访问服务分配到几台服务器上。对用户而言，服务器集群是整体化一的，即使服务器集群内部发生改变，用户也察觉不到。这样的好处在于，当用户请求增加时，系统内部可以通过增加服务器数量扩大系统负载，有效利用过时的主机。采用这种思想，服务器集群具备低耦合高内聚的特征，可扩展性也非常良好[4]。从上述两种思想来看，单个服务器处理能力非常有限，根本无法满足互联网的发展。需要耗费大量金钱升级服务器，而且不能有效利用闲置服务器资源。所以，面对日渐增加的访问服务要求，必须搭建服务器集群，采用多机的思路，特别是采用云平台的方式。4.3物联网平台调试要使自动路灯控制系统接上物联网，需要将阿里云调试好。将一个名为lightcity的产品添加到阿里云，在智能生活电气照明中选择照明类型，使用标准对象模型，直接连接设备并访问MQTT协议，数据协议设置为Json，并且Wi-Fi用于联网。图4-4onenet连接效果图问题一：调试时发现设备离线。问题分析：自己检查后发现离Wi-fi太远，网络信号不佳，阿里云是根据MQTTCONNECTpacket里面keepalive的设置，等待pingrequest。如果在指定时间内没有收到pingrequest，则认为设备离线。云端可以接受的最大时延是5秒。应当是网络时延过长，超过了5秒。解决方案：调整摆放Wi-fi设备位置后，可以连接。问题二：调试时发现MQTT进行设备认证时，server返回“400”错误。问题分析：认真检查，发现是鉴权认证失败的缘故。查看技术文档，得知需要检查设备证书信息ProductKey、DeviceName和DeviceSecret是否正确。解决方案：修正ProductKey后鉴权认证成功。问题三：调试时设备总是不停的一直上下线。问题分析：经过仔细检查阿里云的设置，查看日志服务，根据设备信息查询日志情况，发现设备单设备每分钟请求次数超过5次。每分钟最大连接请求次数为5次，超出5次的连接请求将被拒绝。发现了同一个设备证书用于多个设备连接认证。阿里云的上线逻辑是两个设备，使用了同一个设备证书。设备1先上线，设备2后上线。设备2连接认证时，系统会把设备1的连接断掉，而设备1又会重连，再将设备2断掉，如此循环。解决方案：将更改设备证书，对两个设备使用不同的证书。4.串口的调试物联网平台和消息队列（RocketMQ）都是用于消息通信的产品，它们有什么区别？应用场景不同，且物联网平台降低了设备被破解造成风险的概率。物联网平台：针对物联网场景的设备通信场景。物联网平台可为每个设备注册唯一身份标识，进行设备认证，且支持对每个设备进行授权、禁用等管理。如果设备被破解，可将风险控制在损失单个设备上，不会影响整个系统。消息队列：针对服务端异步通信场景。没有物联网平台针对设备的风险控制机制。中国以外地域：新加坡、日本、德国（法兰克福）、美国（硅谷）、美国（弗吉尼亚）阿里云物联网平台不会将厂商的设备数据出售或者披露给三方机构使用。如果厂商自己的账号、密码信息没有泄露，其他厂商无法获取该厂商设备的数据。物联网平台的设备数据保密性怎么样？阿里云物联网平台不会将厂商的设备数据出售或者披露给三方机构使用。如果厂商自己的账号、密码信息没有泄露，其他厂商无法获取该厂商设备的数据。是否可以把物联网平台接入域名隐藏在自有域名之后？不可以。物联网平台不支持CNAME解析方式，且会对每个请求进行安全认证。如果不是来源于可信域名的请求，可能会被拦截。安装和拆卸本产品时,请勿大力扭动,也不要使用大力矩的工具;拆装过程中应关闭全部电源,否则可能导致产品破裂和触电。阿里云提供安全、稳定的云计算和云存储服务，这些服务包括数据库服务、存储与CDN、云服务器、弹性计算等等，如图4.7所示。基于本文中应用的需求，在众多的服务中，我们选择数据库服务。成功注册阿里云账号后，选择相关的数据库服务;在管理控制台首页，我们可以看到成功使用中的产品与服务，如图4.8所示。本系统中微控制器选用ATMEL公司的89C51单片机,主要是考虑到51单片机价格便宜,可以降低整个系统的成本,而且51单片机的开发装置和调试设备也比较齐全,可以降低开发初期的投入成本,其次是51单片机的高集成化,一些常用的外围芯片如定时器都已经集成到了单片机的内部,可以使整个系统的电路尽可能的简洁,从而加快开发的速度。随着大规模集成电路的出现和发展,将计算机的CPU、RAM、ROM、定时器/计数器和多种I/O接口集成在一块芯片上,形成了芯片级的计算机,因此单片机早期的含义是单片微型计算机(SingleChipMicrocomputer),直译为单片机,沿用至今。准确反映单片机本质的叫法应是微控制器(Microcontroller)。单片机具有集成度高、功能强、可靠性高、体积小、功耗低、使用方便、价格低廉等特点,在各个领域得到了广泛的应用和发展,目前已渗透到人们生活和工作的各个角落,几乎无处不在。单片机最早是以嵌入式微控制器(Eembededemicroeontroller)的面貌出现的。在嵌入式系统中,它是应用最多的核心器件,在计算机主导工业生产并日益走进家庭生活的今天,从家用电器、工业控制、医疗应用到军事控制,到处都有单片机的存在。目前世界上有很多单片机制造公司,如美国的INTEL、ATMEL、MOTOLORA和ZILOG公司、一德国的SIEMES公司、荷兰的PHILP公司等,他们相继推出了各种类型的单片机,其中INTEL公司推出的一种高性能的8位的MCS.51系列的单片机以优越的性能、成熟的技术和高性价比迅速占领工业控制领域和自动化工程领域的主要市场,成为单片机领域中的主流产品。除了INTEL公司外,PHILP、ATMEL、AMD、SIEMES等公司纷纷推出了与MCS.51系列兼容的单片机,如ATMEL公司推出的89系列单片机也称FLASH单片机是以8031为核心构成的,它和INTLE公司的MCS.51系列单片机完全兼容,它不但继承了MCS一51系列所有的功能,而且扩展了它的功能。对于一般用户来说,89系列单片机存在下列显著的优点:(1)内含FLASH存储器,(2)和AT80C51插座兼容,(3)静态时钟方式,(4)错误编程也无废品产生,(5)可反复进行系统试验。使用方便是ATMEL89系列单片机被广泛应用的一个主要因素。OTP产品,一旦错误编程就成了废品,而89系列单片机内部采用了FLASH存储器,因此错误编程后仍可以重新编程,直到正确为止。其次是它可以反复进行系统试验。用89系列单片机设计的系统,可以反复进行系统试验,每次试验可以编入不同的程序,这样可以保证用户的系统设计达到最优,而且还可以随用户的需要和发展进行修改,使系统能不断追随用户的要求。AT89S51单片机芯片的内部集成了计算机的基本功能部件,具备了很强的功能。但是片内ROM、RAM的容量,并行I,o口,定时器及中断源等内部资源都十分有限。由AT89S51在本系统中的资源分配情况可知,虽然芯片内部有四个8位I/O端口,但是实际使用过程中可以提供外部I/O功能的只有Pl接口,单片机是整个电阻炉温度控制系统的核心,协调各个功能模块,保证整个装置的正常运行。本设计采用美国Intel公司MCS-51系列单片机的8051,8051是高性价比的8位高档单片机。从应用角度看有以下优点:(1)集成度高。单片机8051的内部含有128B的RAM,4KB的掩模ROM,4个8位并行口,一个全双工的串行口,两个16位定时/计数器,两种优先级的五个中断源的中断结构,64KB的程序存储器地址空间和64KB的数据存储器地址空间。并且由于集成度高,焊点少,可靠性也大大提高。(2)速度快、处理能力强。8051指令系统含有大量的算术运算、布尔运算和逻辑判断、转移指令,并且有丰富的位操作功能。当震荡器频率接最高的12MHz时,大部分指令执行时间为l微秒,少部分为2微秒,乘除指令的执行时间也只有l微秒。这个速度满足工业电阻炉温度控制的要求。(3)扩充性好,寻址范围大。另外,805l还具有多机通信功能,很适合于用作分级分布式控制系统中的直接控制级。其内部存储器容量较小,无法满足实际需要,因此需要进行外部扩展。当大量用户请求到达服务器时,可能会造成服务器溢出,请求丢失甚至服务器拒绝服务等重大事故。同时,因为服务器无法对用户请求作出及时回应,用户会发出更多请求,造成网络通信负载增加、待处理请求队列变长,进一步阻塞网络,加重传输线路和服务器的负载。服务器负载是指系统繁忙程度,多以空闲时间与整体时间之比评价,也可以采用服务器各参数负载值进行评价。系统负载涉及因素众多,我们可以从两种思路提高服务器性能,使其具有较强负载能力[2]。(1)单机思想单机思想是采用硬件办法提高网络应用服务,提高服务器的CPU处理速度和增加内存容量等。不过这种解决办法是治标不治本,服务器升级会造成企业成本上升,造成企业业务流失,最根本的问题在于服务器升级限制很大[3]。从近些年硬件市场趋向来看,硬件升级已经无法实现指数级增长,呈现多核化趋势。所以,单机思想仅适用于数据实时一致性要求非常高,不允许副本存在的系统。(2)多机思想多机思想是采用服务器集群,加入分而治之的思想。但对用户而言,服务器集群就是一个完整系统,具备透明性、唯一性。集群内部可以采用负载均衡,让服务器共同分担用户请求,将访问服务分配到几台服务器上。对用户而言,服务器集群是整体化一的,即使服务器集群内部发生改变,用户也察觉不到。这样的好处在于,当用户请求增加时,系统内部可以通过增加服务器数量扩大系统负载,有效利用过时的主机。采用这种思想,服务器集群具备低耦合高内聚的特征,可扩展性也非常良好[4]。从上述两种思想来看,单个服务器处理能力非常有限,根本无法满足互联网的发展。需要耗费大量金钱升级服务器,而且不能有效利用闲置服务器资源。所以,面对日渐增加的访问服务要求,必须搭建服务器集群,以多机的思路对外提供服务。由此,如何管理服务器集群使其达到最高效率成为更关键的问题。因此必须制定负载均衡策略进行服务器调度,使得服务器集群达到高可用性。本文从多机思想入手,将多个计算机通过局域网组成一个集群系统。以服务器的各项参数为基准,提出基于内容的调度算法,选择一个当前可用负载最优或接近于最优的服务器作为真正处理请求的服务器,从而使得服务器集群能够保持稳定高吞吐量对外提供服务。基于无线传感器网络的温度采集系统研究与设计在电子产品设计中,用作数据显示的器件有很多,如:液晶显示器LCD、发光点阵及常用的数码管等。1在这些显示器件中,发光点阵能显示数字或字符,在要求多位显示时,硬件相对复杂,编程也比较烦杂。数码管也能显示数字或字符,但是能显示的字符非常有限,所以在要显示字符的系统中比较少用。液晶显示器LCD显示的字符库丰富,且型号种类多,价格分高、中、低三个层次,可选性及性价比高,被广泛的用做专用符号、图形及数字显示器件,因此在电子万用表、电子手表及小型计算器等电子产品中我们都能看到它的身影。液晶显示器能够显示主要是利用了液晶本身的物理特性,其工作的原理非常简单:只要通电就能显示,因为它使用了电压控制显示区域的方式。液晶显示器如果按照显示方式划分,可分为点阵式、字符式及段式三种。其中,点阵式液晶器是最常用的液晶器,它有丰富的数字、字母及符号等字符库,同时,按照显示位数及行数可分为16术l(即1601),16木2(即1602),20木2和40木2行等的模块。由于1602最为常用,因此本论文选用1602用于显示部分电路设计。1、1602作为一款常用的点阵式液晶显示器,具有突出的特点:(1)价格低由于1602LCD在国内已经实现批量生产,目前市场上单片该显示器件只需要10多元钱;(2)质量轻、外观小由于采用电压控制液晶极性分子状态来显示,1602与其它传统显示器比起来,质量会轻许多:‘(3)显示效果好与阴极射线管显示器需不断刷新更新的亮点相比,1602能够保持每一个点恒定发光,且保持自身亮度与色彩,所以它的显示效果好;(4)带数字接口1602属于数字式控制器件,与单片机可直接连接,不需外加AD或DA转换模块;(5)操作简单,该显示器件的程序控制模块资源丰富,自需简单改部分程序代码即可实现设计所需显示的内容;(6)低功耗由于1602的功耗主要集中在驱动芯片及控制电极上,因此,它的耗电量低。2、1602液晶显示器主要参数及各引脚功能介绍:1602液晶显示器的内部驱动芯片大都采用的是HD44780,可分两类,一类是不带背光,另一类是带背光,他们在应用中没有差别,但尺寸有差别,如下图所示:(1)1602液晶显示器主要技术参数介绍:字符显示尺寸为4.35姗×2.95姗(H×w);模块工作的最佳电压是5.OV;字符显示总量为16(个)×2(行)=32个字符;自身在5.0V电压工作下,总电流仅为2.OmA;HD44780芯片工作电压为4.5V到5.5V之间。(2)1602液晶显示器各引脚功能说明1602液晶显示器可采用两种接口标准,一种是不带背光的14脚,另一种是带背光的16脚,关于引脚的接口说明如表2—3所示:2脚:为+5V工作电压电源端口,VDD;3脚:主要用于1602的对比度调整,调整需外接1个十K的电位器,为V0;4脚:为寄存器选择端RS,当端口为低电平,为指令寄存器;当端口为高电平,为数据寄存器。5脚:为读写选择端Rw。当Rw=l时,表示读操作;当Rw=0时,表示写操作;当RS=O,同时RW=0时,表示写入指令代码;当RS=O,同时RW=l时,表示1602正处读状态;当RS=1,Rw_O时表示1602允许写入数据。6脚:为使能端,符号为E,当端口电压由1跳变为O时,1602使能;7~14脚:DB0~DB7为8位能够双向通信数据端口;15脚:背光源正极输入端;16脚:背光源负极输入端。3、1602液晶显示器的指令说明与时序操作1602液晶显示器一共由十一条控制指令完成控制,见表2—4.1602液晶显示器主要使用程序指令的编程来完成的光标显示、移动,字符显示及背光亮灭等读写操作。(其中我们做了一个规定将数字1表示为高电平、反之0为低电平)第一条指令:代代码为:0000,0001B,功能是清除1602原来显示的内容。并将光标指向第一行最左边位置。第二条指令:代码为:oooo,01(木)B,(“木"表示0或1均可,下同),功能只是将光指向第一行最左边的位置。第三条指令:代码为:0000,0(I/F)(H)B,当I/F=l时,光自动右移,反之就左移;当H=1时,表示屏幕上的字能左或右移动,反之不行。第四条指令:代码为:0000,1(D)(C)(B)B,当D=1时,表示屏亮,反之屏暗;当C=1时表示有显示屏是有光标,反之为无标;当B=l时,表示光标闪动,反之为不闪动。第五条指令:代码为:o001,(M/Q)(M/L)(:Ic)(,lc)B,当M/Q=0时,左标或字符能左移,反之为光标或字符右称;M/L=0,表示左移,反之为右移。第六条指令:代码为001(DL)(N)(F)(水)(幸)B,当DL=l时为4位总线,否则为8位;当N=1时,为两行显示,反之为一行显示。当F=0时,显示格式为5x7点,反之为5x10。第七条指令:代码为:01(木木木料术)B,“木"表示字符放在什么位置的地址。第八条指令:代码为:1(木:lc料:I:木:I:)B,“水"表示数据的存放地址。第九条指令:在Rw=l,RS=0的情况下,BY=1表示1602忙,不能接收数据或指令。反之则可以。第十条指令:Rw=0,RS=1,表示1602写入8位数据。第十一条件指令:Rw=1,RS=0,表示从1602中读出8位数据。4、1602LCD的RAM地址映射及标准字库表1602的显示速度慢一点,从输入要显示字符数据到完全显示面屏幕上,也就是有一个滞后的时间,所以在编写程序时要特别注意,要检测1602不忙时,才能对它进行输出要显示的字符代码,否则指令不能执行,就没法显示。图2—8是1602的显示地址。需要对图2—8内部显示地址作一下说明,地址00在第一行最左边的位置,我们输入显示地址时不直接写00H,是因为在向1602送显示的地址时,最高位一定要等于1才行,否则送不出去的。所以应将相应的地址加上10H才行,这样第一行最左边的位置的地址就变成lOH了,后面的地址依次累推。如果要在液晶显示器1602上显示字符,先要设置显示模式,包括光标的设置、字符移动方向、亮度等。图2.9是1602自带的字库中字符代码与字符图形对应关系,在1602内部已经存有160个字符及图形。图中的顶行为8位字符代码的高4位,左边是8位字符代码的低4位。比如“&"符号的代码为:0010,0110B(26H),显示时先送地址给1602,再送显示字符的代码,显示屏上就会在相应的位置显示出字符“&"。对LcDl602的编程就是要用好LcDl602的11条指令,在执行每条指令之前都要判断LCDl602是否忙,只有在LcD不忙的情况下才能执行指令,否则指令会失效。图3.2是对LcDl602编程的程序流程图。开始l1602涪屏、光标复位l1602设置显示模式上显示器开关、光标闵动设置上输入显示地址i输入显示数据土退出反回图3.2LCDl602编程流程图MSP430系列单片机旧1是德州仪器(TI)20世纪90年代中期开始开发并推广的的一种16位带有精密指令集的超低功耗的混合信号处理器MSP(MixedSignalProcessor)。本文选用TI公司的MSP430F449,¨训它属于一种中低端的单片机,使用非常灵活,具有2K字节的RAM,64K字节的FLASH,除了正常工作模式外,还有5种低功耗工作模式,使其可以实现很低的工作功耗。其工作电压1.8~3.6V,超低功耗掉电模式仅0.1pA,待机模式1.1uA。活动模式也只有280nA(2.2V,1沁z)。片内集成了丰富的外设,它可在线编程,不用外部编程电压,使用十分方便,而且开发工具很多,易于完成软件的设计、调试及测试,大大缩短了开发周期。MSP430F449片内集成的LCD驱动模块,有静态,2MUX,3MUX,4MUX这4种驱动方式,有20个字节的显示缓冲器。在4MUX方式下,所有的显示缓冲器位都用于段驱动,可以达到160段显示。使用时可将LCD直接与单片机的引脚相连,电路简单,使用方便,同时也减少了外部干扰源,降低了干扰。MSP430F449内部的两个UART,为串行通信提供了很大方便。再外接一个电平转换模块就可以采用RS232总线和计算机进行远距离通信了。本系统应用其LCD接口,UART串行口,大大减小了产品的体积。MSP430F449各管脚如图u¨(3-3)端口功能Pl、P2I/0、中断能力、其他片内外设功能P3、P4、P5、P6I/o、其他片内外设功能S、COMI/O、驱动液晶3.3电源的设计表3-1部分弓}脚及其功能说明单片机的选择在整个系统中的设计中至关重要,传统的单片机在静态的时候也会消耗较大的电流,无法满足系统低功耗的要求,例如ATMEL公司的AT89LV51单片机,在3V供电(f=12MHz)的情况下,活动模式下电流消耗为5.5mA,休息模式下电流消耗为ImA,工作频率降低后,电流有所减小,但仍然不能满足系统电池供电,连续运行的的要求。对于MCU的考虑主要是接口满足系统需求,且低功耗,稳定性和速度较快。相比其他单片机来说,TI公司的MSP430系列单片机在处理能力及低功耗方面优势很突出,价格也比较合理,开发简单,仿真器价格低廉,不需要昂贵的编程器,其16位的RISC的CPU可以确保任务快速执行,大多指令可以在一个时钟周期里完成,同时TI也提供了更多资源和更高性能的单片机平台。本文基于以上几点选择MSP430F2132作为处理器。MSP430单片机是美国TI(德州仪器)1996年开始推向市场的一种16位超低功耗、具有RISC(精简指令集)的混合信号微处理器【291。MSP430针对实际应用需求,将多个不同功能的模拟电路、数字电路模块和微处理器集成在一个芯片上,以提供单片机解决方案。MSP430系列单片机具有显著的低功耗优势,多应用于需要电池供电的便携式仪器仪表中MSP430单片机采用冯.诺依曼结构,主要包含16位的RISCCPU、时钟系统、存储器、外围模块以及数据总线和地址总线,内部的16位RISCCPU通过冯.诺依曼结构的地址总线和数据总线与可编程时钟系统和外围设备相连接。其系统结构如图3.2所示。基于STM32的嵌入式智能相机系统研发.pdf//SWD只需要最少两根线(SWCLK和SWDIO)就可以下载并调试代码了，这同我们使用串口下载代码差不多，而且速度非常快、能调试。这样既能方便开发，也能节约电路板空间。通讯模块的设计，是为了使检测仪器能够与其他仪器设备进行数据的传输、交换和存储。实时红外测温系统的设计与实现红外测温系统的后台通过消息队列向摄像头发送命令。本文采用MQTT消息队列。本系统在云端构建MQTT服务器(broker)作为消息中转，后台为每个设备创建统一的消息主题(topic)。本系统创建了三种不同类型的消息主题，每个设备分别订阅该上述主题。消息主题包括:时间校准主题:用于定期向摄像头广播时间校准信息;命令主题:用于向摄像头下发指令，如转动摄像头、拍图、全维拍图等。主题定义如下:mqtt_sub_topic=sensors/v2/#mqtt_pub_topic=video/v2/cmdmqtt_pub_time_topic=rtc/v2mqtt_pub_platform_topic=cloud/v2/cmd指令接口具体定义如下:(1)时间同步广播方向:控制端——>硬件设备控制端需要定期向硬件设备广播时间同步消息,创建的MQTT主题名为:rtc/v1，所有设备会在改topic上监听时间同步。表3-27广播命令字描述指令的JSON数据格式实例如下，当deviceId为FFFFFFFFFFF时代表广播，需要所有设备接收的指令。{deviceId:"fffffffffffffffffffffffff"time:"2019-05-1212:00:00"

}字段描述备注deviceId设备ID，若广播，设置为ffffffffffffffffffffffffftime发送给设备的同步时间青岛科技大学研究生学位论文(2)控制命令方向:控制端——>硬件设备若需要控制硬件设备，需要向设备下发命令字。创建的MQTT主题为:switches/v1/cmd，所有设备会在改topic上监听命令字。表3-28控制命令字描述字段描述备注deviceId设备ID，需要控制的设备的硬件唯一编码time发送给设备的同步时间datatype设备类型:1温度;2湿度;3烟雾;4照明;5风机;6空调监控;7室内窗户;8门防护板;9干电池;10抽水泵;11门禁锁;12水位;13智能开关;value保留，可不填写status0代表关闭指令，1代表打开指令指令的JSON格式示例如下:{deviceId:"S242255661234132",data:[{type:value:status:},{type:value:status:},...]}由上述命令接口可以看出，该消息通道可以批量下发指令，下面我们介绍下MQTT消息通道的实现，其实现过程见附录一:MQTT消息通道源程序实现。基于STM32的嵌入式智能相机系统研发.pdf//SWD只需要最少两根线(SWCLK和SWDIO)就可以下载并调试代码了，这同我们使用串口下载代码差不多，而且速度非常快、能调试。这样既能方便开发，也能节约电路板空间。通讯模块的设计，是为了使检测仪器能够与其他仪器设备进行数据的传输、交换和存储。///实时红外测温系统的设计与实现//红外测温系统的后台通过消息队列向摄像头发送命令。本文采用MQTT消息队列。本系统在云端构建MQTT服务器(broker)作为消息中转，后台为每个设备创建统一的消息主题(topic)。本系统创建了三种不同类型的消息主题，每个设备分别订阅该上述主题。消息主题包括:时间校准主题:用于定期向摄像头广播时间校准信息;命令主题:用于向摄像头下发指令，如转动摄像头、拍图、全维拍图等。主题定义如下:mqtt_sub_topic=sensors/v2/#mqtt_pub_topic=video/v2/cmdmqtt_pub_time_topic=rtc/v2mqtt_pub_platform_topic=cloud/v2/cmd指令接口具体定义如下:(1)时间同步广播方向:控制端——>硬件设备控制端需要定期向硬件设备广播时间同步消息,创建的MQTT主题名为:rtc/v1，所有设备会在改topic上监听时间同步。表3-27广播命令字描述指令的JSON数据格式实例如下，当deviceId为FFFFFFFFFFF时代表广播，需要所有设备接收的指令。{deviceId:"fffffffffffffffffffffffff"time:"2019-05-1212:00:00"

}字段描述备注deviceId设备ID，若广播，设置为ffffffffffffffffffffffffftime发送给设备的同步时间(2)控制命令方向:控制端——>硬件设备若需要控制硬件设备，需要向设备下发命令字。创建的MQTT主题为:switches/v1/cmd，所有设备会在改topic上监听命令字。表3-28控制命令字描述字段描述备注deviceId设备ID，需要控制的设备的硬件唯一编码time发送给设备的同步时间datatype设备类型:1温度;2湿度;3烟雾;4照明;5风机;6空调监控;7室内窗户;8门防护板;9干电池;10抽水泵;11门禁锁;12水位;13智能开关;value保留，可不填写status0代表关闭指令，1代表打开指令指令的JSON格式示例如下:{deviceId:"S242255661234132",data:[{type:value:status:},{type:value:status:},...]}由上述命令接口可以看出，该消息通道可以批量下发指令，下面我们介绍下MQTT消息通道的实现，其实现过程见附录一:MQTT消息通道源程序实现。无论简易房间系统还是复杂房间系统，都利用各个功能模块获取房间内的信息并且进行智能控制。系统各功能模块与采集控制器的核心处理器PIC单片机相连接，在单片机的控制下完成各类房间的功能。///2013基于红外探测器的公共建筑节能智能监控系统设计.pdf//4.1红外与光线感应模块4.1.1红外模块采用红外模块的目的在于判断房间内的有无人情况，其功能如图4.1所示。图4.1红外模块的功能红外模块采用自行设计的红外探测器(第三章中已介绍)，人体的红外辐射信号进入到红外探测器，依次经过其内部的菲涅尔透镜、热释电传感器、信号处理电路后输出脉冲宽度固定的电压信号。这样，单片机可对此形式的脉冲信号进行处理、判断，红外模块就完成了将人体红外信号到电压脉冲信号的转换。4.1.2光线感应模块采用光线感应模块的目的在于判断室内外的光照度，其功能如图4.2所示。图4.2光线感应模块的功能光线感应模块采用光敏电阻(light-dependentresistor,LDR)，光敏电阻是由一片暴露在外的半导体材料制作而成，当光线照在上面时，材料中会产生空穴-电子对，提高了材料的导电性能，阻值会变得很小;当光线移开时，空穴-电子对会结合，导电性则下降，阻值相应也会变大。利用光敏电阻在光线强弱时阻值的变化搭建电路，让其与一上拉电阻串联，其中上拉电阻的阻值选则取决于实际环境下光敏电阻的暗电阻与亮电阻的值，光敏电阻应用电路如图4.3所示。///1、光电效应光敏传感器的物理基础是光电效应，在光辐射作用下电子逸出材料的表面，产生光电子发射称为外光电效应，或光电子发射效应，基于这种效应的光电器件有光电管、光电倍增管等。电子并不逸出材料表面的则是内光电效应。光电导效应、光生伏特效应则属于内光电效应。即半导体材料的许多电学特性都因受到光的照射而发生变化。光电效应通常分为外光电效应和内光电效应两大类，几乎大多数光电控制应用的传感器都是此类，通常有光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、硅光电池等。（1）光电导效应若光照射到某些半导体材料上时，透过到材料内部的光子能量足够大，某些电子吸收光子的能量，从原来的束缚态变成导电的自由态，这时在外电场的作用下，流过半导体的电流会增大，即半导体的电导会增大，这种现象叫光电导效应。它是一种内光电效应。光电导效应可分为本征型和杂质型两类。前者是指能量足够大的光子使电子离开价带跃入导带，价带中由于电子离开而产生空穴，在外电场作用下，电子和空穴参与电导，使电导增加。杂质型光电导效应则是能量足够大的光子使施主能级中的电子或受主能级中的空穴跃迁到导带或价带，从而使电导增加。杂质型光电导的长波限比本征型光电导的要长的多。（2）光生伏特效应在无光照时，半导体PN结内部自建电场。当光照射在PN结及其附近时，在能量足够大的光子作用下，在结区及其附近就产生少数载流子（电子、空穴对）。载流子在结区外时，靠扩散进入结区；在结区中时，则因电场E的作用，电子漂移到N区，空穴漂移到P区。结果使N区带负电荷，P区带正电荷，产生附加电动势，此电动势称为光生电动势，此现象称为光生伏特效应。2、实验原理（1）光敏电阻利用具有光电导效应的半导体材料制成的光敏传感器称为光敏电阻。目前，光敏电阻应用的极为广泛，可见光波段和大气透过的几个窗口都有适用的光敏电阻。利用光敏电阻制成的光控开关在我们日常生活中随处可见。当内光电效应发生时，光敏电阻电导率的改变量为：（1）在（1）式中，e为电荷电量，为空穴浓度的改变量，为电子浓度的改变量，表示迁移率。当两端加上电压U后，光电流为：（2）式中A为与电流垂直的表面，d为电极间的间距。在一定的光照度下，为恒定的值，因而光电流和电压成线性关系。光敏电阻的伏安特性如图2a所示，不同的光照度可以得到不同的伏安特性，表明电阻值随光照度发生变化。光照度不变的情况下，电压越高，光电流也越大，而且没有饱和现象。当然，与一般电阻一样光敏电阻的工作电压和电流都不能超过规定的最高额定值。图2a光敏电阻的伏安特性曲线图2b光敏电阻的光照特性曲线光敏电阻的光照特性则如图2b所示。不同的光敏电阻的光照特性是不同的，但是在大多数的情况下，曲线的形状都与图2b的结果类似。由于光敏电阻的光照特性是非线性的，因此不适宜作线性敏感元件，这是光敏电阻的缺点之一。所以在自动控制中光敏电阻常用作开关量的光电传感器。(1)安装固定在系统调试之前,要把检查探头固定在合适的位置上。这样做是为了一方面是保证系工作的稳定性,另一方面能够更准确地检验出系统本身的检测精度。(2)上电前检查上电前检查主要是为了避免由于零器件连接短路、极性接反、电源电压不对等错误导致系统工作不稳定甚至损坏。上电前主要检查的是短路检查、极性是否接反检查、电源电压是否正常检查以及是否断路的检查。(3)走纸检测考虑到实际研究条件,拟采用人工走纸的方式进行系统检测精度以及数据传输稳定性的检验。实验使用不透明和半透明纸张进行测试。为了便于数据的采集,纸张按照一定的间距进行移动,例如1咖。利用千分尺测得纸张实际移动的距离,LCD液晶显示模块显示的数据是经光电管测得的数据,每次移动都要记下这两个数据,两者之差就是该系统的检测精度。为了更准确地检验出该系统的检测精度,纸张要在一定的距离往复移动。(4)反馈调试通过以上的调试,利用走纸检测得到的数据就可以对检测系统的检测精度做出判断,同时将该系统长时间运行就可以看出其工作稳定性能和抗干扰性能。如果该系统的检测精度不能达到预期目标,就需要对光电信号处理硬件电路部分以及软件设计进行检查。采用排除法逐步找到问题的根源,并予以解决。5.2实验数据处理及结论本课题中实