物联网毕业论文 - 图文

摘要 .................................................................................................................................................. 1 前言 .................................................................................................................................................. 2 1、绪论 ............................................................................................................................................ 2

1.1智能家居照明发展现状 ..................................................................................................... 3 1.2智能照明控制系统的优势 ................................................................................................. 3 2、智能家居的照明设计 ................................................................................................................. 4

2.1照明方式和种类 ................................................................................................................. 4 2.2智能照明控制方式 ............................................................................................................. 4 2.3智能家居照明控制系统设计 ............................................................................................. 5

2.3.1系统的基本功能 ...................................................................................................... 5 2.3.2智能控制 .................................................................................................................. 5 2.3.3系统的基本结构 ...................................................................................................... 6 2.3.4 各个房间的照明设计及要求 ................................................................................. 7

3、智能家居照明控制系统硬件系统设计 ..................................................................................... 9

3.1控制器的选择 ..................................................................................................................... 9 3.2显示器件的选择 ................................................................................................................. 9 3.3光照检测元件的选择 ....................................................................................................... 10 3.4选择zigbee开发板进行无线组网和无线传输技术 ...................................................... 10 四丶软件设计智能家居照明控制系统 ......................................................................................... 11 五丶实验与调试 ............................................................................................................................. 12

5.1试验模拟装置的制作 ....................................................................................................... 12 5.2实验模拟装置的调试 ....................................................................................................... 12 六、 结论和展望 ........................................................................................................................... 12 谢词 ................................................................................................................................................ 13 参考文献......................................................................................................................................... 13

摘要

随着科学技术的不断发展，人类社会迎来了电子信息时代。而智能家居照明控制技术随着智能化住宅的蓬勃兴起而飞速发展，成为照明控制技术发展的一个重要方向。因此，针对现有的智能照明控制系统的优缺点，根据人们的行为模式和住宅的光环境决定照明的控制规律，研究智能家居照明控制系统对提高人们的生活质量、节约能源和提倡绿色照明等具有十分重要的现实意义。 本论文主要从智能照明的发展现状、智能照明系统的优势、照明的方式和种类、智能家居照明控制系统设计、智能照明控制系统的控制方式等方面研究了家居式照明系统的设计的常用方法，并且给出了智能化住宅各房间的典型照明技术。同时指出在进行照明系统的计时，不仅要根据场合的具体环境使照明系统能够实现视觉需求的光环境，同时要注意节约能源，实现绿色照明。

论文分析了现有的智能照明控制方式的控制原理及其优缺点，设计了基于家居环境的智能照明系统，并介绍了该系统的功能及软、硬件的设计方法。

关键字：智能家居；照明控制技术；光环境；照明质量

前言

既互联网技术之后，物联网作为一个信息技术综合应用的代名词，掀起信息产业第三浪潮，大国纷纷将其纳为重点领域，显而易见，它将影响到政治，军事，经济， 环境等方方面面，必在未来极大地改变人们的生活。

“智能家居”，又称智能住宅，是通过采用先进的计算机技术、网络通信技术和综合布线技术，建立一个由家庭安全防护系统、网络服务系统和家庭自动化系统等组成的家庭服务与管理集成系统，从而实现全面、安全、舒适的居住环境以及便利的通讯网络家庭住宅。把与家庭生活有关的各种子系统有机结合在一起统一管理，使生活舒适、安全、和高效，具有良好的发展前景。随着科学技术的发展和物质生活水平的提高，人们对家居生活环境的要求也越来越高。家居不再是生活起居的场所，同时也是休闲、娱乐的地方。目前，高科技技术已经融入智能建筑当中，智能的概念也不断得到深化和更新。建设部要求根据不同消费者的需求，推动家居数字化、建筑智能化，产品便利化的发展，未来智能家居市场潜力巨大。 智能家居是一个多功能的系统，它包括可视化对讲、家庭内部的安全防范、家电远程监控，远程视频监控、远程医疗诊断及护理系统，网上教育系统、家庭影星系统等。智能家居的基本目标是将家庭中各种信息相关的通信设备、家用电器和家用安防等装置连接到一个智能化系统上进行集中或异地监视、控制和家庭事务性管理，并保 持这些家庭设施与住宅环境的和谐与协调。随着人类的应用需求和住宅智能化的发展，智能家居系统将拥有更丰富的内容，系统也越来越复杂，功能也越来越齐全。

二十一世纪是一个网络化时代，数字控制技术不断提高，网络化管理正逐渐渗透至各种传统控制系统中。进入二十世纪后，随着人民生活水平不断提高，人们对十照明的要求 也发生了很大的改变。尤其在一些中高档的建筑中，照明不再单纯地为满足人们视觉上的明暗效果，更应具备多种的控制方案，使建筑物更加生动，艺术性更强，给人丰富的视觉效果和美感。二十世纪90年代初，智能建筑己不再简单地等同于楼宇设备自动管理。在一些建筑物中的重要场所，简单地开关控制己无法满足要求。人们开始追求多样化的照明控制方式，使环境能体现出多种艺术效果。智能照明控制方式使照明自动控制不再依赖于楼宇设备自 动管理系统，真正实现了照明控制的独立。同时该方式不仅具备开关灯控制，而且还能对光源进行调光控制。它是一个集多种照明控制方式、现代化数字控制技术和网络技术于一身的控制系统。它的出现和发展，使照明控制和维护管理变得更为简单，并为建筑照明提供了多种艺术效果。智能照明控制系统被越来越广泛地接受和使用，这类产品和生产商更是层出不穷。正确的照明控制方式是实现照明艺术性和舒适性的有效手段，是节约能源的有效措施。绿色照明是指所用照明产品高效率、长寿命、节电、节能、低噪音、低谐波、低电磁干扰。在照明设计中，合理和正确地选用照明控制方式，不仅是经济性和实用性的良好统一，也是一个实现“绿色照明”的重要环节。与传统照明控制相比，智能照明控制系统功能强、范围广、自动化程度高，实现照明的高层次智能管理，提高工作效率，节约能源，而且能够延长灯具寿命，减少维护费用。随着智能照明技术的快速发展，智能照明系统的水平将不断提高和快速发展，并形成合力、科学、高效的是实施策略。

1、绪论

1.1智能家居照明发展现状

智能家居是综合计算机、信息通信等方面最先进的技术，使住宅内的电力、空调、照明、防灾、防盗、运输设备等，实现住宅综合管理自动化、远程通信和办公事自动化的有效运作，并使这三种功能结合起来的家居环境。

随着智能建筑，特别是智能家居式建筑的出现，使建筑要求和设计方法跟传统的住宅比，大为不同。照明作为建筑不可缺少的部分，随着国际上智能家居的大量出现，与之配套的智能照明技术也迅速发展，并21世纪的照明技术发展的一个重要方向。 预计在本世纪，人工智能技术在建筑和照明中的应用趋势将会进一步扩大。面对这一发展趋势，开发了不少智能照明设计，如智能灯具、智能照明控制与管理系统，包括在照明方面的计算机硬件和软件。此外计算机在照明设计和测试方面也得到广泛地应用。澳大利亚邦奇公司开发的Dynalie智能照明控制系统，日本的智能照明建筑，特别是现代化办公室的智能照明技术等都值得我们研究与借鉴。 1.2智能照明控制系统的优势

智能照明控制系统是指用计算机技术并辅助其他手段，对电力照明实行自动控制，提供合适照明环境的同时降低照明系统的电能消耗和其他使用费用。智能照明控制系统于手动照明控制系统相比有很多优点，包括创造环境气氛，改善工作环境、提高工作效率，良好的节能效果，延长光源寿命，管理维护方便等。 ⑴创造环境气氛

使用智能照明系统，可以根据使用情况和住宅内的日光亮度来预设回路。可在回路中实现灯具的单独控制或成组控制，每个回路或灯具都可以设置为不同的亮度级别，这些级别存储为“场景”，可以理解为一个房间或某一区的完整面貌。设置场景后，即可方便地使用墙上的控制面板或遥控器手动调用。可以根据定时器、日光传感器和使用情况自动调用这些场景，使其达到丰富的艺术效果。 ⑵改善工作环境，提高工作效率

智能照明控制系统以调光模块控制面板代替传统的平开关控制灯具，可以有效地控制各房间内整体的照度值，从而提高照度均匀性。同时，这种控制方式有效地解决了频闪效应，不会使人产生不舒适、头晕脑胀、眼睛疲劳的感觉。 ⑶良好的节能效果

智能照明控制系统借助各种不同的“预设置”控制方式和控制组件，对不同时间不同环境的光照度进行精确设置和合理管理，实现节能。这种自动调节照度的方式，充分利用室外的自然光，只有当必需时才把灯点亮或点亮到要求的亮度，利用最少的能源保证所要求的照度水平，节电效果十分明显，一般可达30%以上。 ⑷延长光源寿命

智能照明控制系统能成功地抑制电网的浪涌电压，同时还具备了电压限定和WE流滤波等功能，避免过电压和欠电压对光源的损害。智能调光器慢慢地把灯光调亮到一个设定的水平。刚打开灯时，这是相当重要的。在这一点上，白炽灯由于灯丝的热冲击易于失败。通过把灯慢慢地调亮到设定的水平，也被称为“软启动”，避免了冲击电流对光源的损害，可以相当多的延长灯泡的寿命。降低灯泡的亮度也可以延长灯泡的寿命。减低10%的亮度，灯泡可以延长一倍的寿命，而减少50%,可以延长到20倍以上。还可以实现“软关断”，灯光慢慢地熄灭。当切换场景时，灯光的变化是渐变的，使人们不会有突然变化的感觉，充分考虑到人眼对灯光的亮度的适应性。延长光源寿命不仅可以节省大量资金，而且大大减少更换灯管的工作量，可以降低照明控制系统的运行费用，管理维护也变得简单。 ⑸管理维护方便

智能照明控制系统对照明的控制是以模块式的自动控制为主，手动控制为辅，照明预置场

景的信息存储在内存中，这些信息的设置和更换十分方便，使建筑物的照明管理和设备维护变得更加简单。例如在客厅中，可根据时间设定晚上11点后，场景照明自动切换到睡前场景照明。睡觉前还可以从集中显示器中查看各房间的灯是否关闭。

2、智能家居的照明设计

2.1照明方式和种类

（1）照明方式

照明方式是照明设备按照其安装部位或使用功能而构成的基本制式。它分为一般照明、分区一般照明、局部照明和混合照明四种。 （2）照明方式的确定

要在满足照明舒适性的前提下节约能源，住宅中必须根据照明的功能目的采取合理的照明方式，一般照明结合局部照明便可获得良好的照明光环境。例如卧室，卧室主要是休息场所，当进行一般的活动(整理床铺、折迭衣服、交谈)时，可只打开一般照明，照度为50lx左右。但当坐在梳妆台前化妆时，如只打开卧室中央的吸顶灯，灯光可能从背后或侧面射来，脸上不能获得应有的照度，显得脸色晦暗。如果在梳妆台上方可设置局部照度(300lx)，并控制眩光的角度，不让光线直射入眼，就可以达到很好的效果，不用时可以关闭，灵活、方便。一般人睡觉前会有床上阅读的习惯，可在床两侧的床头柜上设置台灯，或在床的上方设置壁灯，并可单独控制。

总之，在需要高照度的场所，尽量采用局部照明。尤其住宅中是以环境照明为主，如果都以高照度的标准设置室内的平均照度，不仅浪费有限的资源，而且达不到应有的照明要求。 （3）照明的种类

一般包括正常照明、应急照明、值班照明、警卫照明和障碍照明这五种。在本设计中主要采用正常照明，各种照明的具体定义及适应范围这里不在详细的介绍。

（4）电光源的选择

选择光源以优先选用光效高、寿命长、节约电能的光源为原则，结合环境特点及工艺要求综合考虑。

2.2智能照明控制方式

智能照明控制手段多样，分述如下。 （1）定时控制 通过时钟管理器、定时器等电气元件，实现对各区域内用于正常工作状态的照明灯具时间上的不同控制。定时控制有两种，一种是相对时间间隔来控制，一种是根据天文时间控制。 （2）开关控制、调光控制

由控制中心自动或就地控制面板对灯光进行启闭控制。 （3）照明亮度自动调节控制

利用照度动态检测器等电气元件，通过开关控制或调光控制，实现对照明灯具的自动控制，使该区域内的照度不会随日照等外界因素的变化而改变，将照度自动调整到最适宜的水平。（人工照度=照度标准-天然照度） （4）场景控制

通过每个调光模块和控制面板等电气元件，对各区域内正常工作状态的照明区域的场景切换

控制。

（5）动静探测控制

通过每个调光模块和动静探测器等电气元件，实现对各区域内正常工作状态的照明灯具的自动开关控制。

（6）手动遥控器控制

在正常状态下通过红外线遥控器，实现对各区域内照明灯具的手动控制和区域场景控制。 （7）自然光源利用控制

调节有控光功能的建筑设备(如百页窗帘)来调节控制天然光，还可以和灯光系统连动。当天气发生变化时，系统能够自动调节，无论在什么场所或天气如何变化，系统均能保证室内的照度维持在预 先设定的水平。 （8）应急照明控制

智能照明控制系统对特殊区域内的应急照明实现控制，使得在正常状态时按一般工作照明灯具进行控制，应急状态时自动解除应急照明灯具智能控制，按照应急照明工作模式运行。

2.3智能家居照明控制系统设计

2.3.1系统的基本功能

（1）调光功能，即可对荧光灯、白炽灯等光源进行调光，可记忆多个场景以满足会客，家庭聚会、休闲娱乐、文化学习等多种场景的光环境的需求。 （2）编程功能，能够方便的修改灯光的场景。

（3）软启动和软关断功能，避免冲击电流对光源的损害，延长光源的寿命。 （4）显示功能，包括时间显示、场景显示、季节显示等。

（5）手动调光功能，当手动调光器在最大或最小值输出时，处于自动调光状态；当其处于最大和最小值之间时，可根据需要进行手动调光。

（6）休假模式功能，当主人外出休假时，按下休假模式按键，系统即可进入休假模式，根据程序设定，就可模拟主人在家时最常用的灯光模式。

（7）不仅可以独立运行，实现对光环境的合理控制，而且具有通信和可扩展性功能。 2.3.2智能控制

（1）实时感知：在家中布设传感器，采集光照强度、人员数量、人员活动情况等物理信息

（2）物理信息数字化：物理信息能转化为数字信息。即特定的数字表示特定的物理状态。例如，一串数字信号中，某一部分数字序列表示室内的某个区域、另一部分的数字序列表示室内该区域的光照强度等等。 （3）基础模式设定：预先设定好几种照明模式，如一个区域的照明设备单元中，只有弱光部分的光源单元工作，其余的都不工作，为“睡眠模式”；天花板下照灯的彩色闪烁灯工作，其余的光源单位均不工作，为“聚会模式”，等等。然后，用户可以通过手机或pc进行模式选择。选择后系统将根据选择对各个光源单元发出“工作”或“不工作”等指令。

（4）自定义模式：用户可设定室内各个光源单元的工作与否（闪光灯可有“闪烁”选择），自定义个性化的照明模式，为聚会、晚餐等特殊情况和个人喜好设定专属的灯光效应。自定义模式其实就是定义一个指令组合，组合中的指令单元对应选定的区域内的光源单元。定义指令组合不是直接定义由0、1组合成的指令序列，而是选择各个光源单元的强中弱光、灭等组合简介定义指令序列。定义方式可在界面上选择。

（5）界面：将功能进行组织分类，而不是全部罗列在界面上。界面有多层，但界面层数不能太多，以2~3层为佳。如下图。

主界面 1

远程主界面 1

2.3.3系统的基本结构

根据系统功能，系统主要由控制面板的输入电路、光照度检测电路、输出电路、调光电路和显示电路组成。

光照度检测模块由光敏二极管和运算放大器组成，当把光敏二极管的两端连接起来的时候，就会产生与光照度成正比的电流，这就是短路电流，由于电流很小，所以经过运算放大器的放大作用同时转换成电压送入A/D转换输入单片机去处理。模数转换芯片采用ADC0831，接收经过运算放大器处理后的光照度的检测值，经过ADC0831处理后送单片机进行数据处理。处理后的信息将通过单片机控制，在LED显示管上显示出光照度所对应的电压，并且控制八个发光二极管的亮灭。输入回路由控制面板组成，输入人们的控制指令，比如场景切换，

进入休假模式。电源电路主要把交流电源转换为控制器、各芯片的工作电源及参考电压。显示电路完成时间显示、场景显示、季节显示等功能。输出电路由固态继电器或调光器、灯光回路组成，完成对荧光灯、白炽灯的调光。目前，采用可调光电子镇流器((PWM调光技术)的方式来实现荧光灯的调光。 2.3.4 各个房间的照明设计及要求

客厅、厨房、餐厅、卧室、书房、卫生间，为现代家居照明设计的六个节点，构成了智能家居生活的六面魔方。别小看空间中的灯光，这些看不见摸不到的设计元素的确影响着你精心布置的家居。热烈或宁静，沉稳或活波，浪漫或温馨，同样的结构形式，装饰风格，不同的灯光却塑造出截然不同的气质。 ⑴客厅 形式大于功能

客厅，家居空间中使用频率最高的区域，也是最能体现家居气质的中心地带。这里的照明其装饰性往往大于功能性的要求。所以，我们尽可以挑选自己喜欢的灯具造型，让灯具的外观也成为空间中独特的装饰品。值得注意的是，客厅通常属于公共空间，这里需要相对柔和均匀的光线环境。所以，要记得将灯具的光源向上安装，并利用顶面对整个空间进行漫反射照明。不同于直射照明，经过反射的光线总能触及到空间的每一个角落，不至于让空间有明显的黑暗死角。同时，根据需要可以适当在角落布置一些筒灯，这样既能够弥补艺术灯具照度不足的尴尬，又能让光线更均匀，增加空间的视觉通透感。如下图1-1

图 1-1

⑵书房 功能至上主义

书房空间有明显的功能倾向，一般以雅致、宁静的气氛为佳。于是，在这种功能至上的环境中，灯具的形式一定不能成为空间的主角，也就是说，书房的照明布置的原则是以满足照度要求为准。需要注意是不要在书房里装射灯，由于其光线的刺激、突兀，有可能会造成眩光。其次为了满足不同的使用需求，除了在顶部安装整体照明的吊灯之外，还需要在空间的局部位置安装点光源。如书架的顶部层板、沙发的背后、书桌上分别布置筒灯、落地灯、和台灯，这样既能照亮整个空间，又可以让点光源将空间的焦点集中落在需要照亮的地方。于是，一个没有任何外界干扰的读书空间就因灯光而形成了。如下图2-1

图 2-1

⑶卧室 温情的漫反射

几乎每个人都希望自己的卧室能够尽可能得温馨、雅致。那么，除了改变墙面的色彩，我们当然还能利用照明给空间来一番改头换面。尽量利用漫反射的方式照明整个卧室空间。在顶角或踢脚的位置设计一些灯槽，让灯光向顶面或地面照射，然后通过这些部位的反射光完成空间照明。同时，光照的强度不必很高，目的是让均匀且微弱的漫反射为卧室创造一种宁静、安逸、舒适的氛围。如下图3-1

图 3-1

⑷餐厅 明亮宽敞为主 餐厅的光照需要明亮，但要注意避免选择色温低的灯具，只有偏冷色调的灯光才会让原本并不宽敞的空间显得清爽、通透。餐桌上方可以选择一些显色度高的灯具，同时注意灯罩朝下布置在餐桌上方，目的是让你的丰盛佳肴更加诱人。

⑸卫生间 于细节处见真谛

卫生间的空间一般不会很大，所以能够增加空间感的偏冷色调的灯具应该是最佳选择。另外，不必吝啬使用射灯或筒灯，安装在洁具正上方的射灯能够最大限度地表现其光滑亮泽的表面质感，但要记得在这些灯具上安装相应的防雾罩，避免水蒸气进入而损坏灯具。 ⑹厨房 生活奏鸣

厨房在生活的比喻中，一直有“锅碗瓢盆”奏鸣曲的美名。而如何让这首曲子奏得欢畅，第一要保证有足够的亮度，尤其是在操作区不能有阴影和眩光，这关系到您在挥洒刀工的同时，不会伤害到手指。同时，厨房里经常需要煎炸烹煮，油烟等物自然是少不了的，所以在选择刀具的时候，也要选择密封性好、易于清洁且耐腐蚀的灯具。

3、智能家居照明控制系统硬件系统设计

家居照明控制系统的智能化主要体现在两大功能模块上，一个是智能调光装置，另一个就是光照度的检测、显示及补偿装置。

3.1控制器的选择

硬件设计过程中控制器是系统的核心部分，它能够控制系统的信号的采集及处理功能，它的性能的好坏决定着系统设计的成败与否，因此，必须对主控制器从功能和应用性能进行选择。可选用控制器主要有可编程控制器(PLC)、单片机两类，它们各有自己的有缺点。

可编程控制器（PLC)是专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，、用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入、输出控制各种类型的机械或生产过程。它的主要功能是逻辑控制、定时控制、计数控制、步进控制、PI控制、数据控制、通信和联网等。因此它的抗干扰能力强，工作可靠，但其无法读取外部存储器的数据。而本文智能家居照明控制系统要实现对照明的人性化管理，也就是根据人的控制输入出现相应的照明场景和自动执行相应控制输出相结合，具备很大的灵活性。方便修改相应的场景参数，易于功能扩展，还可以与PC机以及与其它单片机进行通信。

由于单片机技术在各个领域得到越来越广泛的应用，世界上许多集成电路生产厂家相继推出了各种类型的单片机。而单片机的设计在满足大多数测控参数对数据处理速度和数据容量相对要求不高的前提下，大力发展了其控制功能和控制运行的可靠性，因而更适合于检测、控制型应用场合。本系统并不需要进行复杂数学模型的计算工作，数据容量也不多，非常适合使用单片机作为的微处理器。

而在单片机家族的众多成员中，AT89系列单片机以其优越的性能、成熟的技术及高可靠性和高性能价格比，迅速占领了工业测控和自动化工程应用的主要市场，成为国内单片机应用领域中的主流。目前，可用于AT89系列单片机开发的硬件越来越多，与其配套的各类开发系统、各种软件也日趋完善，因此，可以极方便地利用现有资源，开发出用于不同目的的各类应用系统。由于AT89S51单片机是在8031的基础上推出的增强型产品，并提高了芯片的集成度，因此在性能上大为提高，增加了多种片内硬件功能，并扩展了功能单元的种类和数量。通过以上分析，最终选择AT89S51作为的主控器。

3.2显示器件的选择

显示主要有LCD显示和LED显示两种。液晶显示器(LCD)是一种低功耗的显示器件，在袖珍式仪表或低功耗应用系统中有广泛的应用。液晶显示器有标准段式液晶显示器、字符点阵液晶显示器和全点阵图形液晶显示器三种。液晶本身并不发光，而是借助自然光或外来光源显示数码，它的优点是工作电压低，耗电极省、成本低。LED显示器是由发光二极管显示字段组成的显示器，有7段和“米”字段之分。这种显示器有共阴极和共阳极两种。显示器有静态显示和动态显示两种。

静态显示是使需要显示的字符的各字段连续通以电流，因而所显示的字段连续发光。动态显示是使所需要显示的各字段断续通以电流，因而其发光是不连续的。对于考虑成本及需求等方面，选择LED数码管显示。 3.3光照检测元件的选择

光照度检测元件有光敏电阻、光敏三极管、光敏二极管等三种光敏元件。 使用光敏电阻作为光照度的检测元件，光敏电阻器由能透光的半导体光电晶体构成，因半导体光电晶体成分不同，又分为可见光光敏电阻、红外光光敏电阻、和紫外光光敏电阻。当敏感波长的光照半导体光电晶体表面，晶体内载流子增加，使其电导率增加（即电阻减小）。值得注意的是，光敏电阻的光照特性（随光照强度变化的特性）、温度系数（随温度变化的特性）、伏安特性线性度不好，所以选择光敏电阻作为本次实验的光照度检测元件不是很适合。 使用光敏三极管作为光照度的检测元件，光敏三极管和普通三极管的结构相类似。不同之处是光敏三极管必须有一个对光敏感的PN结作为感光面，一般用集电结作为受光结，因此，光敏三极管实质上是一种相当于在基极和集电极之间接有光敏二极管的普通三极管。当人射光子在基区及集电区被吸收而产生电子一空穴对时，便形成光生电压。由此产生的光生电流由基极进入发射极，从而在集电极回路中得到一个放大了β倍的信号电流。因此，光敏三极管是一种相当干将基极、集电极光敏二极管的电流加以放大的普通晶体管放大。但结构原因使结电容加大，响应特性变坏。所以选择光敏电阻作为本次实验的光照度检测元件也不合适。

使用光敏二极管作为光照度的检测元件，光敏二极管是利用半导体材料的光特性实现二极管的开关功能，光敏二极管和普通二极管相比虽然都属于单向导电的非线性半导体器件，但在结构上有其特殊的地方。光敏二极管使用时要反向接入电路中，即正极接电源负极，负极接电源正极。根据PN结反向特性可知，在一定反向电压范围内，反向电流很小且处于饱和状态。此时，如果无光照射PN结，则因本征激发产生的电子-空穴对数量有限，反向饱和电流保持不变，在光敏二极管中称为暗电流。当有光照射PN结时，结内将产生附加的大量电子空穴对（称之为光生载流子），使流过PN结的电流随着光照强度的增加而剧增，此时的反向电流称为光电流。不同波长的光（蓝光、红光、红外光）在光敏二极管不同区域被吸收形成光电流。光敏二极管和光敏三极管是光电转换半导体器件，与光敏电阻器相比具有灵敏度高、高频性能好，可靠性好、体积小、使用方便等优点。正因为这些特点主要选择光敏二极管作为光照度检测元件。 3.4选择zigbee开发板进行无线组网和无线传输技术

CC2430开发板 该zigbee开发板是一款旨在开发、演示各种Zigbee相关产品应用的强大zigbee开发板，支持CC2430、CC2431等芯片的zigbee开发，但并不局限于此，板上丰富的硬件资源允许用户评估、开发、演示其它类型的射频产品等。配套的 zigbee母板是国内首款将 zigbee协议分析仪、图形点阵 LCD显示屏、语音电路、Joystick及多种传感器等硬件资源集成于一体的高性能 zigbee开发板，其结构紧凑，性价比很高。

1、24Pin射频卡座，支持CC2430、CC2431等zigbee开发。 2、配合板上C8051F单片机，可实现多种射频数传设备开发。 3、USB接口可作CC1110/CC2430/CC2431/CC2510等的仿真器。 4、SOC Debug接口可对外部设备调试、协议分析。 5、集成CC2430/CC2431调试器、zigbee协议分析仪。

6、可用作外部系统的调试器、协议分析仪。 7、DB9 母头，RS-232接口。 8、3310点阵液晶显示屏。

9、5向Joystick导航键，操作更加方便快捷。

10、配有光敏电阻、电位器等模拟输入设备，使调试更加灵活、方便。 11、板载语音电路，为语音传输系统开发调试带来方便。

12、彩色LED（红、绿、蓝、黄）配合程序调试，大大提高开发效率。 13、完善的电源系统让您在各种场合下都能轻松应对。

四丶软件设计智能家居照明控制系统

本设计通过APP手机APP，SmartRF Flash Programmer等这些软件进行设计通过 App 调整灯光冷暖亮暗、支持多灯组网联动控制

一般来说，客厅灯光要亮，卧室要偏暗；厨房宜用冷光源，卧室、阳台适合暖光；清晨用冷光引导身体自然舒醒，睡前用暖光，可以放松入睡...一种灯泡满足多种使用场景。如下图

手机APP控制

专门针对智能灯产品定制多灯组网方案，比如可以将一个会议室的灯组成同一个网络，通过手机一次点击就可以控制开启或者关闭，调整亮暗、颜色，也可以一次完成。

多灯控制

五丶实验与调试

5.1试验模拟装置的制作

本次设计主要就光照度检测、处理、显示及补偿这几个方面做了一套实验模拟装置。该套模拟装置主要有四大部分，即光照度检测模块、光照度显示模块、主控模块和设计智能控制装置的硬件电路及相关接口。光照度检测模块主要由光敏传感器组成，它是整个系统中的关键元件。主控模块由单片机及手机APP等相关软件组成，由程序对单片机和手机APP进行控制。显示模块主要由一个两位的LED数码管实现电压的显示，通过查表即可知道当前的照度值。同时实现了单片机与微机的接口，具有微机显示功能。 5.2实验模拟装置的调试

（1）检查电路板的印制线是否有断路、有毛刺、与其它线或焊盘粘在一起，焊盘是否有脱落，过孔是否有未金属化现象等。

（2）先用万用表复核目测中认为可疑的连接或是接点，检查它们的通断状态是否正确。再检查各种电源线与地线之间是否有短路现象，若有要认真排查并解决。 （3）检查元件的安装是否正确，对于那些有极性的元器件一定要确保连接正确。 （4）电路接通电源后，用手摸一下芯片是否发热，如果发热，立即关掉电源，稍后再进行再次检测。

（5）用手机APP控制是否所有功能都可用，如果有些不能控制，立即倒回去查看错误。

六、结论和展望

虽然在刚开始的调试过程中在APP的控制中有一些不能实现，但是经过层层检

查也是发现了问题所在，是因为一些线路错误搭配所导致的。本次设计通过查阅传感器、zigbee、智能照明系统、中间件和单片机接口及应用等相关资料设计出了针对家居式环境的一套智能照明控制系统。根据设计方案，设计了相应的硬件电路和系统软件及APP，并做了实验模拟并进行调试，结果表明，所设计的电路和软件能完成基本的预定功能。

由于自己时间和经验的不足，本文研究还有很多等待完善和扩充的地方： （1）照度变化较大时，灯光的调节线性不够，且因条件的限制，光照度标定的精度不是很高。

（2）应该使整个装置更加智能化，减少元器件的浪费，使系统更加可靠稳定。 （3）应该利用相关语言，在PC机和手机APP上实现工程界面，更加方便进行照度的检测与监控。

随着科学技术的不断发展，我相信在不久的将来，智能家居照明技术将发展的更为成熟更为世人感到方便，智能照明将融入每一个家庭，在节约能源及绿色照明上为我国做出重要的贡献。

谢词

本次设计因为在导师的悉心指导下，给予了我很大的帮助，从论文选题、设计方案的选择、系统设计与实现乃至论文的撰写过程，导师都给予我很多切实的帮助，导师严谨的治学态度、开拓的思维方式、以及指导学生的无线耐心，让我受益匪浅，并将继续激励我在今后的人生之路上不断进取、勇攀高峰。在此谨向导师表示衷心的感谢。

同时我要感谢在我周围热心帮助我的同学，他们总是在我遇到困难的时候伸出友谊之手，在我的毕设制作过程中、在论文的写作及校正过程中，他们更是给了我大量的建议和帮助，在此向他们表示衷心感谢。

参考文献

1. 物联网应用系统开发 · 吴洪贵，孙玉娣 · 东软电子出版社 · 2012年11月 2. 中间件技术原理与应用 · 张云勇 · 清华大学出版社 · 2004年10月

3. 物联网安全技术无线传感器网络·王汝传，孙力娟·清华大学出版社· 2012年12月 4. 传感器与检测技术 · 黄玉兰 · 人民邮电出版社 · 2014年9月 5. RFID技术与应用 · 方龙雄 · 机械工业出版社 · 2014年6月 6. 物联网安全基础 · 武传坤 · 科学出版社 · 2013年12月

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