基于物联网的智能照明系统.docx
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基于物联网的智能照明系统
学院
信息学院
专业：
姓名：
指导老师：
自动化
李晓山
学号：
职称：
160104107228
齐连众
实验师
中国·珠海
二○二○年五月
诚信承诺书
本人郑重承诺：
我所呈交的毕业论文《基于物联网的智能照明系统
》是在指导教师的指导下，独立开展研究取得的成果，文中引用他人的观点和材料，均在文后按顺序列出其参考文献，论文使用的数据真实可靠。
承诺人签名：
日期：
年月日
中文题目
摘要
伴随着科学技术的不断进步与发展，人类也迎来了电子信息时代的全面发展，由此，物联网照明系统随着社会与科技的共同发展走进了千家万户，成为照明控制技术发展的一个重要方向,所以说，现在的智能照明系统有它的优点，也有它的缺点，我们会根据住宅的光暗明亮等因素达到照明自动化，智能化，就是通过这样子提高人民的生活质量，为国家节约能源等十分重要的现实意义。
本论文主要会有以下几个重要的方面来论述，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，照明系统的控制系统设计等方面进行论述，同时我还要指出智能化住宅个房间的一些比较经典照明技术，同时指出，在进行照明系统设计时考虑到光环境和人的参考量，同时做到节约能源，实现绿色照明，低碳生活。
关键词：
智能·物联网·系统
英文题目
Abstract
Withthecontinuousprogressanddevelopmentofscienceandtechnology,mankindhasalsousheredinthecomprehensivedevelopmentoftheeraofelectronicinformation.Therefore,withthecommondevelopmentofsocietyandtechnology,theInternetofThingslightingsystemhasenteredthousandsofhouseholdsandbecomethedevelopmentoflightingcontroltechnology.Animportantdirection,therefore,thecurrentintelligentlightingsystemhasitsadvantagesanddisadvantages.Wewillachievelightingautomationandintelligentizationaccordingtofactorssuchasthelightanddarknessofthehouse.Itisthroughthiswaytoimprovethequalityoflifeofthepeople.Veryimportantpracticalsignificanceforthestatetosaveenergy.
Thispaperwillmainlydiscussthefollowingimportantaspects,thedevelopmentstatusofintelligentlighting,theadvantagesofintelligentlightingsystem,thewayandtypeoflighting,thedesignoflightingsystemcontrolsystem,etc.Atthesametime,IalsowanttopointoutthatintelligentSomeofthemoreclassiclightingtechnologiesinresidentialroomsalsopointoutthatwhendesigningthelightingsystem,thelightenvironmentandthereferenceamountofpeoplearetakenintoaccount,whilesavingenergy,achievinggreenlighting,andlow-carbonlife.
Keywords:
Intelligent·IoT·System
目录
二、物联网照明系统分析 10
1.1物联网照明系统发展现状 10
1.2物联网照明系统的优势 11
三、系统总体设计 11
1.3系统的基本功能 11
1.4灯光控制器功能需求 12
1.5无线通信方式的选择 12
1.6传感器选择 13
1.7灯光系统 14
1.8控制系统总体架构 15
四控制系统硬件设计 16
1.9系统硬件框架设计 16
1.10主控中心电路设计 16
1.11光敏传感器电路设计 20
1.12人体红外传感器电路设计 20
1.13按键电路设计 21
四软件设计 22
1.14程序语言及开发环境 22
1.15程序流程图设计 22
1.15.1总体程序流程图设计 22
五硬件组装与调试 24
1.16元器件的选择与测量 24
1.17元件的焊接与组装 24
1.18电路的调试 25
1.18.1调试方法 25
1.18.2调试步骤 25
参考文献 26
二、物联网照明系统分析
1.1物联网照明系统发展现状
“物联网”的概念在21世纪初被人提出，也就是被提出几年之后更是提出了“感知中国”这样的概念，所以在这样子的背景下，物联网在日常生活中变得举足轻重了。
在中国，我们重视物联网的程度是全世界最重要的以美国为首的西方国家是不能相提并论的，所以物联网这样子的技术进入到各行各业是肯定的，所以家庭照明领域对于物联网技术的应用也是“势不可挡”的。
物联网技术悄然的推动了照明行业的快速升级，在整个行业都发生翻天覆地的改变，无论是家庭照明，还是商用照明，使用新技术的比例越来越大，正是因为如此，所以经常会有一些在物联网领域有地位的专家会预测在哪一年物联网节点会达到多少数量级，其实在这个数量级别里面有很大一部分是照明节点构成的。
想象一下，假如是在中国北方的一个城市，我们不算建筑上的照明系统，道路上的路灯是遍布整个城市做多的照明系统，是相当有规划了，如果我们把每一个路灯看成一个“物”节点，然后我们在通过新技术再把每个路灯两两连接，通过这样子的方式在路灯之间形成的网链覆盖住了城市大部分建筑的网罩，这就是意味着我们的城市将来智慧快速有规划的发展，这一切都是依赖于物联网照明实现的。
所以在照明领域，每一盏灯就相当于一个“物”，就是这一个个的物我们再通过一个互联网通信技术，这个技术会将每一个物连接到一个虚拟的网络中，这就是最简单的照明物联网技术的应用。
如果我们的找技术通过上述的技术来实现升级那么将会会给这个领域带来什么样的该报，所以，我们就需要各个方面来进行分析论述，基本可以总结出以下几点变化：
1、经济领域：
节省能源，同时还节省开支。
这一点尤其是城市的路灯照明体现的最为彻底，道路照明系统是城市公共能源消耗的大户，所以城市道路照明系统会成为绿色节能和环保的主要手段。
整个城市的街道小巷的灯光照明都会基于物理网技术，在整个路面的照设施联网后其照明变成更加自动化，智能化，最为明显的改变就是能源消耗的直接减少和照明设施寿命的显著增加。
2、社会效领域：
很好的提升了城市的形象、美化了城市环境，上述的这项技术将会给人民提供相当安全和舒适的夜生活照明体验。
在我们小的时候如果路灯坏了，不亮了，一般是不可能当下就修理好的，城市中总会有一些地方黑灯瞎火看不清路，家庭写字楼照明要么全开要么全灭，科技发展到现在，物联网技术开始在相当广泛的范围内使用，我们城市的道路照明设施坏了不亮了也能够及时发现，及时维修，同时家庭也能根据房间内部光线的明暗亮度自动调节明暗，根据人的活动情况调节照明系统。
这一系列的改变都是依靠物联网技术来实现的。
3、管理领域：
路灯系统实现网络化，实现了整个城市的路灯照明管理便捷化，简单化，自动化，智能化，整个城市的路灯管理效率得到了大幅的提升，管理工作人员解放出来，降低了工作强度与难度，节约了经营管理成本。
对于家庭来说，每个房间的照明都可以通过手机控制，、轻轻松松实现了家庭照明系统的控制。
4、环保领域：
物联网技术是互联网技术的进一步发展的结果，能耗的特征消耗较低，没有城市的电网的高频干扰，它也不具有较强的电磁污染对市民的生活环境。
这是环保的当今社会发展的趋势是一致的。
现在，社会在发展速度越来越快，人们对照明要求越来越多。
智能照明系统也朝着多样化，个性化和定制高速发展。
所以不可避免的运用物联网技术在照明领域。
1.2物联网照明系统的优势
1、智能控制会是得整个的系统更加方便，简单，快捷。
智能照明控制系统这项技术实现通过集中式系统照明的一键控制，同时这项技术还可以使照明系统完全自动化的，通过我们来设定的时间自动切换场景模式，会组合出更多的控制方式，简单和速度的照明系统。
2、采用智能照明控制系统的照明设施可以在相当大的成都范围内有效的保护灯，这样子就会无形中降低了成本，同时延长了寿命。
智能照明系统可以通过2-4倍加长延长灯具的使用寿命，不仅灯省钱的消费，还能有效减少更换灯泡节约，运营成本和劳动力成本的工作量，提高整体管理。
3、智能照明控制节能和环保。
由于采用了相当先进技术的智能照明控制系统。
在我们家庭房间里的灯是始终能保持一个比较稳定的恒定值。
这样子就会最大程度的利用自然光，充分节约能源，节约能源，保护环境。
4、保护您的眼睛，同时还为您提供了一个相当良好且健康的生活环境。
智能照明控制系统可以调节照设施的明暗程度。
在不同的应用程序，你可以使用光一个合理的解释。
所以眼睛不能在很长一段时间在明亮的环境中，是不可能与传统的照明系统影响的知名度。
例如，看电视，在家里看电影，你可以使用智能照明控制系统，调节到你个人比较喜欢的灯光设置，并为孩子们阅读，晚上写的，你可以使用阅读模式，你不必对孩子的视力隐忧孩子们会很感动。
三、系统总体设计
1.3系统的基本功能
整个系统采用51单芯片微型处理器为核心装置和电阻，电容，晶体振荡器和其它装置，以单芯片微型计算机的最低系统以形成工作。
其它模块绕单片机的最小系统。
其中，照明设备是由一个小USB光模拟，有什么更好的设计小maakt.InUSB光6个的白色LED灯，利用光致抗蚀剂+ADC0832溶液收集的光强度的模块;红外热释电传感器，其具有高的灵敏度和操作和控制简单;指示器模块由一个小的绿色光的时指示灯亮，它是在自动模式下，当它处于关闭状态，它是在手动模式;按键模块总有三个按钮，第一个按钮是模式切换按钮，第二个按钮是灯光明暗调节按钮，最后，该电源采用目前广泛使用的USB5V电源。
（1）调光功能：
即可对光源进行调节使之适应各种场景或光环境不同的情景，达到各种使用场景的需求
（2）编程功能：
能够快速方便的修改灯光的使用场景
（3）显示功能：
时间显示，状态显示，场景显示等
（4）手动调节动能：
通过蓝牙来实现与手机端的互联，实现无线调节功能
（5）休假模式：
当主人外出休假时，打开休假模式即可进入系统休眠……
1.4灯光控制器功能需求
该控制系统包括一个照明系统特别是时间的开关控制和照明的控制下，在日常生活中，在不一样的时间，地点，场景照明状态也是不一样的，我设计的这套系统可最大程度的为日常生活提供方便，同时也可避免平时的不小心造成的能源浪费。
针对以上存在的问题，我设计的这套智能照明系统可完美的解决，根据室内明暗强度调节照明光亮，通过人体红外传感器来探测是否有人活动来避免能源浪费，做到绿色环保，最大可能的为人们的生活提供便利。
以计算机与系统控制器上的芯片。
迅速发展和广泛推广，SCM具有强大的计算功能，灵活的软件编程和高自由度。
这可能是你？
通过软件编程实现，以实现不同的逻辑功能。
存在可以被用于定时和计数定时器和计数器，并且它具有低功耗，小尺寸，计数成年和低成本的优点。
1.5无线通信方式的选择
对于该套系统来说，对传输速度的要求不是特别高，环境变量基本保持稳定，对信号传输延时也没有过高的要求，数据量也不是特别大，同时，也要考虑到稳定性，技术的成熟度，开发的难易程度，成本的高低等，下图为几种常见无线通信方式特点的对比图;
通过该表格我们可以看到，红外通信网络无法建立多借点通信网络，蓝牙与WiFi能耗比较高，可能会限制无限设备使用时长，Z-Wave通信技术应用时间比较短，各方面资料页比较少，存在技术障碍，紫蜂技术从各方面来说都比较均衡，但由于对该通信方式没有实践经验，所以最后选择了蓝牙作为智能照明系统的无线通信方式。
1.6传感器选择
对于光敏传感器的选择，光敏元件有下面这几种类型：
光敏电阻，光电晶体管和光电二极管。
光敏电阻由光电半导体晶体能够透光的。
因为该组合物optikelektronik半导体晶体中的差异，一光敏电阻分成可见光，红外光，紫外光光敏电阻。
值得注意的是，照明，温度系数，和伏安特性的光敏特性是不稳定的，不适合本套系统的光传感器使用，光电晶体管三极管结构类似于正常，不同的是PN结光电晶体管，其是将光作为光敏表面敏感，但光电晶体管的结电容变为因为它的结构大。
影响了特性，所以光明三极管也不适合作为本套系统的光传感器，光电二极管特性比光电晶体管更稳定，比光敏灵敏度越高，并且光电二极管的高性能特别好，同时它的体积还比较小，这样子就会比较方便使用时，光敏电阻的主要参数是明亮的电阻，暗电阻，光致电特性的光谱特性，频率特性，温度特性。
在金属电极之间，一个电压被施加到光敏电阻的两端，并有电流流过它。
当用合适波长的光照射时，电流随光强度的变亮而增加，这样子就会使光电转换得以实现。
从而没有极性，这纯粹是一个电阻期间，您可以在使用它添加直流或交流。
根据光致抗蚀剂的光谱特性，可以分为三种类型的光致抗蚀剂。
在黑暗的环境中，性是非常高的。
当暴露于光，而光子能量大于半导体材料的禁带的宽度大，在价带中的电子能吸收的光子的能量，然后跳转到导带和价带的带正电的空穴在电子。
由光产生的电子-空穴对以增加载流子的数量在半导体材料中，使得阻力更小，从而导致在光敏电阻的电阻的降低。
的光强，电阻越低。
缺少入射光后，通过光子激发产生的电子-空穴对逐渐重新组合，和一个光敏电阻逐渐回到其原始值。
人体红外传感器，人体红外传感器的功能只要在于侦测人体活动，并向控制器发送开关信号，从而达到对灯光系统的自动控制。
Pirolistrik红外传感器和热电偶是基于热电效应的原理既pirolistrik红外传感器。
在这里不一样的就是，热电型红外线传感器的热电系数比热电偶那会高很多。
由钛酸铅陶瓷汞，钽酸锂，硫酸铁，以及其他滤波器透镜窗口的铁高的热电系数的内部热电元件。
，极化随温度的变化。
抑制由单独的温度变化的干扰，传感器采用具有类似特性的两个热电元件串联或连接在处理的差分平衡电路，使得它能够检测物体在接触所发射的红外能量的变化。
并将其更改为输出电信号。
引入热电型红外线传感器到管场效应的目的是解决阻抗变换。
所以由于热电元件的输出是信号电荷，并且还不能立即使用，所以它应该被转换到具有电阻器的电压。
高阻抗104MΩ电阻，因此，沟道结型场效应管-N引入必须在公共漏极相连，用于阻抗变换的源极跟随解决。
Pirolistrik红外线传感器由三个部分组成：
传感元件，干涉滤光器和匹配管场效应器件。
在规划过程中，高的热电材料应制成薄片具有一定厚度，和涂覆在其两侧的金属电极，然后通过使用电偏振光，从而使检测元件pirolistrik制成。
1.7灯光系统
（1）能耗是由约80减相比白炽灯相同的光效率，并减少了约40相比节能灯。
（2）体积非常小，每个单元LED芯片是3-5毫米的正方形，因此它可以以不同的形式来制备器件，并且适合用于可变区
（3）10万小时的使用寿命，光衰为初始的50%
（4）反应速度非常快，反应时间是在白炽灯毫秒的数量级，并且反应时间是在LED的点亮顺序纳秒
（5）不含汞有害金属，因此不会造成对环境的污染。
（6）可以通过化学修饰方法来红色，黄色，绿色，蓝色，橙色和多色发光，以实现能带结构和所述材料的禁带宽度被修改。
（7）价格是越来越受欢迎。
由于LED省电的特点，LED灯在不久的将来，人们可能会取代白炽灯。
。
1.8控制系统总体架构
智能照明系统的控制系统只要由家庭内部网络，主控制中心，信号采集系统，信号处理系统，灯光开关控制系统，移动端控制系统等系统组成，根据前文分析，采用蓝牙无线通信方式实现控制单元与移动端的数据互传
四控制系统硬件设计
1.9系统硬件框架设计
硬件是整个智能照明系统的基础，在系统设计中最重要的。
连接到通过蓝牙串口信号中的主控制电路。
在智能照明系统，设备操作主要光控制器，和蓝牙是主要的通信方式将信息发送到由所述传感器收集的到主控制单元中的数据，也负责把状态信息传回至移动端，帮助监测系统动
主控中心的作用是处理传感器采集的数据信息，然后由执行机构进行具体的灯光控制，然后将系统信息通过蓝牙反馈到移动端。
1.10主控中心电路设计
整个系统以单芯片处理器为核心装置STC89C52和工作与电阻，电容，晶体振荡器和其它设备，以形成一个单片机最小系统。
STC89C52是一个8位CMOS低电压和单片机反复读出在所述存储器和256个字节的数据的高性能的随机存取存储器，闪存程序8K字节（RAM）。
该装置是采用高密度存储技术制造，有挥发性ATMEL。
单片机STC89C52强可以给你很多控制应用和更复杂的系统。
其中，各引脚的功能为:
①主电源引脚
VCC（40脚），接＋5V电源正端；
GND（20脚），接＋5V电源地端；
②外接晶体或外部振荡器引脚
XTAL1（19脚），接外部晶振的一个引脚。
在单片机内部，它是一个反相放大器 的输入端。
当采用外部振荡器时，此引脚应接 地。
XTAL2（18脚），接外部晶振的另一个引脚。
在片内接至反相放大器的输出端和 内部时钟电路的输入端。
当采用外部振荡器时，此脚接外部振荡器的输出端。
③控制信号线
RESET（9脚），复位信号输入端，复位/掉电时内部RAM的备用电源输入端。
ALE（30脚），地址锁存允许/编程脉冲输入，用ALE锁存从P0口输出的低8位地址。
在对片内EPROM编程时，编程脉冲由此输入。
PSEN（29脚），外部程序存储器读选通信号，低电平有效。
EA（31脚）,访问外部存储器允许/编程电压输入。
EA为高电平时，访问内部存 储器；低电平时，访问外部存储器。
④多功能I/O口引脚
8051单片机设有4个双向I/O口（P0、P1、P2、P3），每一组I/O口线都可以独立地用作输入或输出口，其中：
P0口（32～39脚）——双向口（三态），可作为输入/输出口，可驱动8个LSTTL门电路。
实际应用中常作为分时使用的地址/数据总线口，对外部程序或数据存储器寻址时低8位地址与数据总线分时使用P0口：
先送低8位地址信号到P0口，由地址锁存信号ALE的下降沿将地址信号锁存到地址锁存器后，再作为数据总线的口线对数据进行输入或输出。
P1口（1～8脚）——准双向口（三态），可驱动4个LSTTL门电路。
用作 输入线时，口锁存器必须由单片机先写入“1”，每一位都可编程为输入或输出线。
P2口（21～28）——准双向口（三态），可驱动4个LSTTL门电路。
可作为输入/输出口，实际应用中一般作为地址总线的高8位，与P0口一起组成16位地址总线，用于对外部存储器的接口电路进行寻址。
P3口（10～17脚）——准双向口（三态），可驱动4个LSTTL门电路。
双功能口，作为第一功能使用时，与P1口一样；作为第二功能使用时，每一位都有特定用途
，其特殊用途如表3.1所示：
表3.1P3口第二用途
端口引脚
第二功能
注释
P3.0
RXD
串行口数据接收端
P3.1
TXD
串行口数据发送端
P3.2
/INT0
外中断请求0
P3.3
/INT1
外中断请求1
P3.4
T0
定时/计数器0外部计数信号输入
P3.5
T1
定时/计数器1外部计数信号输入
P3.6
/WR
外部RAM写选通信号输出
P3.7
/RD
外部RAM读选通信号输出
我设计的这个系统总共是由三个部分组成的，晶体振荡器电路，所述复位电路，电源电路和三个其它地方。
晶体振荡器电路，其包括两个30pF的电容器C2和C3，以及12M晶体振荡器X1。
电容的作用是这里打震动的作用，帮助晶体振荡器启动更容易，数值范围是15-33pF。
晶体振荡器的值也可以是24M。
晶体振荡器的值越高，则微控制器执行的速度越快。
当设计一个电路，越接近与MCU晶体，更好。
复位电路的单芯片微型计算机为计算机的一部分。
假如计算机是在使用过程中发生了意外情况出问题了，那么接下来就请按按钮我们要重新启动计算机程序。
就这个方法同样的适用于单芯片维修处理器的计算机。
当单芯片系统运行和步行计划在复位按钮环境干扰，我设计的这个程序会自动的从一开始就按复位按钮运行。
由极性电容器C110uF的和10K电阻器R4所组成的重新启动电路。
它这个使用属性是不能随便的就去改变，突然的产生高压电容器，我们可以清晰的看到，当我设计的这个系统开启时，RESET引脚将出现高电平，高水平的RC电路来确定这个时间段。
单芯片维修处理器51将被重置当RESET引脚高电平持续超过，从而使价值RC的正确组合可以保证可靠的复位。
我们可以清楚的在我画的电路图中看到是电容器10uF的尺寸和电阻的大小10K。
所以说就可以根据下式可以计算出该电容器被充电到电源电压的0.7倍，那么需要的时间就是10K×10uF的=0.1S。
即0.1S内由0-3.5V.启动计算机，跨越电容器的电压增加在此时间之后，由RESET引脚5V1.5V接收到的电压。
在通常为5V工作的51-芯片微型计算机，1.5V的电压信号小于一个低信号和大于1.5V，高信号的电压信号。
因此，在整个系统自动接通之后重置0.1秒内的MCU系统（所接收的信号的时间是在由RESET引脚高电平为约0.1S）。
接下来我们要说的就是主电源了，这个主电源我们直接使用的就是USB5V电源，这样子我们就可以由蜂窝电话充电器，电脑USB接口，移动电源和其他相匹配的设备供电。
我们特别特别要注意的地方就是，当连接到一个高的水平，单芯片维修处理器的内部ROM起始于复位后0000H;当它连接到低电平的时候，它就是由复位后的外部ROM0000H直接开始。
所以说我们的程序就是存储在微控制器中的，EA应该连接到
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