智能家居中灯光控制系统的研究

摘要

随着信息技术的应用领域向着人类生活渐渐渗透,智能家居有着非常好的发展前景。当前,智能家居系统正从家庭内部的单一网络向着统一的互联网控制发展。但是由于没有统一的通讯协议和接口标准,大大阻碍了智能家居技术的发展。智能灯光控制系统作为智能家居的一部分,也是依托家庭网络的一个智能系统。对于灯光控制系统的研究,将有助于推动整个智能家居系统的发展。一个确定构架的灯光控制系统,其控制方法也可以应用于其他的家电设备。本文提出的灯光控制系统,以以太网作为家庭网络的主干,以TCP/IP为通讯协议,通过网络远程控制,可以实现家庭内部各种灯光设备和其他智能家电的协同、统一控制。使用开放的标准和通讯协议有助于实现智能家居网络协议的统一。在组成灯光控制系统的模块中:灯光控制器是一种带有一定智能功能的调光设备。该模块的设计按照美国UL认证关于固体调光设备的标准进行。在经过了大量的元件参数匹配工作、软件测试和环境实验后,成为市场上唯一一款单路额定负载1000W以上并通过美国UL认证的灯光控制器,具有很高的实用价值和市场价值。网络接口方面,基于以太网的TCP通讯和其他通讯方式相比,性能方面有着不可比拟的优越性。在本次设计中,通过把简化的TCP/IP协议栈移植入8位嵌入式系统运行的方式,实现了完整的TCP状态机制,使用简单的发送数据并等待ACK的模式,可以克服TCP通讯对于硬件资源要求高、延时大的缺点。在其中实现的DHCP客户端功能,可以在网络中接入新的家电设备直接使用而不需要人工配置。灯光控制终端拥有远程调光、状态记忆、场景设置等功能,实现了家庭智能灯光控制。文中还模拟了客厅中灯光和家电设备的控制,通过场景设置对4个灯光设备和3个其他设备进行统一控制,取得了良好的效果,说明这种控制方法也可以拓展到其他家电设备的控制领域。

目录

摘要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 智能家居系统

1.1.1 智能家居简介

1.1.2 智能家居的发展

1.1.3 智能家居的发展趋势

1.1.4 智能家居的基本构架

1.2 智能灯光控制系统

1.2.1 智能灯光控制系统的产生

1.2.2 智能灯光控制系统的发展

1.3 课题的来源及意义

1.4 本文研究的主要内容

1.5 本章小结

第二章 灯光控制系统的方案

2.1 整体控制方案

2.2 灯光控制器

2.3 网络接口模块

2.3.1 常用通讯方式的比较

2.3.2 基于以太网的接口模块

2.4 智能家居控制终端

2.4.1 控制终端的功能

2.4.2 灯光控制终端

2.5 本章小结

第三章 灯光控制器的设计

3.1 电源电路设计

3.2 过零采样电路设计

3.3 可控硅保护电路设计

3.4 功能设计

3.5 软件流程

3.6 本章小结

第四章 以太网接口的设计

4.1 接口模块的硬件设计

4.1.1 RTL8019AS 以太网控制器

4.1.2 硬件电路设计

4.2 以太网接口模块的软件设计

4.2.1 TCP/IP 协议栈的简化和移植

4.2.2 链路层的实现

4.2.3 网络层的实现

4.2.4 传输层的实现

4.2.5 DHCP 功能的实现

4.3 TCP/IP 通讯程序主循环

4.4 本章小结

第五章 智能家电控制终端的开发

5.1 控制终端的功能

5.2 TCP 通讯功能的实现

5.2.1 Socket 编程

5.2.2 TCP 通讯过程

5.3 在灯光控制中的应用

5.3.1 控制功能

5.3.2 通讯格式

5.3.3 运行效果

5.4 本章小结

第六章 整体系统性能

6.1 灯光控制器

6.2 灯光控制系统

6.2.1 兼容性

6.2.2 扩展性

6.2.3 可靠性

6.2.4 实时性

第七章 结论和展望

7.1 结论

7.2 展望

附录一 智能灯光控制器电路图

附录二 智能灯光控制器的PCB 图

附录三 以太网模块的电路图

附录四 以太网模块的PCB 图

附录五 美国UL 认证书

参考文献

致谢

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