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智能建筑照明控制系统和灾情应对系统的研究

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摘要

第一章 绪论

1.1 课题研究背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 无线传感器网络

1.2.2 灾情应对系统

1.2.3 智能建筑照明控制系统

1.3 论文的主要研究内容及结构安排

第二章 智能建筑照明控制和灾情应对系统的总体设计

2.1 系统概述

2.2 开发工具和开发过程中的相关技术

2.2.1 开发工具

2.2.2 ZSTACK协议介绍

2.2.3 B/S结构

2.3 系统功能和需求分析

2.3.1 基于ZigBee的建筑灾情监测及照明控制子系统

2.3.2 基于ZigBee的逃生疏散指示子系统

2.3.3 基于B/S的建筑远程监控子系统

2.4 总体方案设计

2.5 本章小结

第三章 基于ZigBee的建筑灾情监测及照明控制系统设计

3.1 灾情监测节点及照明控制模块硬件设计

3.1.1 传感器模块

3.1.2 射频模块

3.1.3 照明控制模块

3.1.4 其他模块

3.2 无线建筑灾情监测和照明控制节点软件设计

3.2.1 火灾监测参数采集程序

3.2.2 建筑震动和结构倾斜参数采集程序

3.2.3 辅助参数光照度采集程序

3.2.4 PWM调光程序

3.3 网络设计

3.3.1 ZSTACK协议组网分析

3.3.2 系统组网设计

3.4 本章小结

第四章 基于ZigBee的逃生疏散指示系统设计

4.1 逃生疏散指示系统节点硬件设计

4.1.1 灯阵指示节点

4.1.2 液晶屏指示节点

4.2 指示节点软件设计

4.2.1 灯阵指示节点

4.2.2 液晶屏指示节点

4.3 疏散路径算法

4.3.1 最短路径算法

4.3.2 疏散路径计算算法

4.4 基于ZigBee的逃生疏散指示系统路径指示方案

4.4.1 整体指示方案

4.4.2 应急照明辅助方案

4.4.3 应急局部最优方案

4.5 本章小结

第五章 基于B/S的建筑远程监控系统

5.1 概述

5.1.1 数据交互格式

5.1.2 系统结构和工作流程

5.2 建筑灾情判定方法

5.2.1 建筑火灾判定方法

5.2.2 建筑异常震动判定方法

5.2.3 建筑结构异常判定方法

5.3 本地监控中心主要功能实现

5.3.1 本地监控中心主界面

5.3.2 历史数据查询界面

5.3.3 疏散路径界面

5.3.4 照明控制界面

5.4 远程监控Web网站主要功能实现

5.4.1 用户管理模块

5.4.2 监测信息管理

5.4.3 新闻和文档管理

5.5 数据库设计

5.5.1 灾情监测信息表

5.5.2 控制命令表

5.5.3 用户管理信息表

5.5.4 新闻文档信息表

5.5.5 数据库的访问

5.6 本章小结

第六章 系统测试与实验

6.1 基于ZigBee的无线网络测试

6.1.1 走廊环境下无线信号衰减实验

6.1.2 灾情监测系统测试

6.1.3 PWM照明控制实验

6.1.4 疏散指示系统测试

6.2 本地监控中心测试

6.3 建筑火灾模拟实验

6.4 结构异常模拟实验

6.5 本章小结

第七章 总结与展望

致谢

参考文献

作者在攻读硕士期间的科研成果

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摘要

智能建筑的概念在20世纪70年代诞生于美国,80年代后期引入中国,随着中国经济和科学技术的发展进步,智能建筑应用广泛,发展迅速,智能化程度也逐步提高。智能建筑的普及为我们的生活带来便利,也提出了更高的安全要求和智能控制要求。将无线传感器网络技术和B/S远程监控系统应用在智能建筑照明控制和灾情应对系统中,使本系统能够进行建筑灾情监测和照明控制,并能生成实时路径,很好地进行路径指示。
  首先,本文分析了智能建筑灾情应对系统和智能照明控制系统的国内外研究现状,设计了一种基于无线传感器网络和B/S结构的智能建筑照明控制和灾情应对系统方案,以监测火灾、异常震动和结构异常,并控制照明设备,当灾情发生时,能快速生成安全快捷的逃生路径并给出疏散指示。
  其次,依据系统方案设计并完成了基于无线传感器网络的建筑灾情监测及照明控制子系统和逃生疏散指示子系统的硬件电路。这两个无线子系统采用CC2530片上系统芯片作为无线节点的核心,灾情监测子系统具有温湿度、光照度、加速度、倾角和烟雾传感功能,逃生疏散指示子系统采用了LED灯阵和液晶触摸屏两种指示方式,照明控制系统采用PWM控制LED驱动芯片。在此基础上,进行了节点的软件设计并实现组网。
  然后,本文对B/S结构建筑远程监控系统进行了全面的系统分析和详细的功能设计,并结合建筑灾情应用场景,实现了本系统中涉及的灾害判定机制和实时疏散路径算法。
  最后,对系统的软硬件进行了测试和实验。对无线传感节点数据采集、无线指示节点指示命令显示、PWM照明控制和B/S结构远程监控系统的人机交互功能进行了测试。并模拟了建筑物内火灾和倾斜实验,以测试智能建筑灾情应对系统的相应功能。系统测试结果表明所实现的系统能够实时监测建筑内环境参数,可检测异常震动,并能有效识别建筑火灾和结构异常,进而给出相应的疏散路径指示。

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