基于无线网络LED智能照明系统的研究与设计

摘要

照明在人们的生活中不可或缺。随着生活水平的提高，人们对照明的要求也随之提高。照明系统主要包括光源和控制系统两大部分，设计时不仅要考虑亮度要求，还需考虑节能环保、控制简捷、情景效果等要求。LED光源因其诸多优势成为新一代光源，其应用领域广泛，市场前景广阔。同时，自动控制技术、无线传感网络技术、互联网技术与照明技术相融合使得实现智能照明成为可能。因此围绕 LED智能照明的研究在世界范围内展开。本文结合无线传感网络技术，对基于无线网络的LED智能照明系统进行研究与设计。
　　本文首先分析了 LED智能照明系统的功能需求，并提出系统总体结构框架，主要包括无线模块、网关模块、管理系统、数据中心四个部分。然后，本文针对系统中的无线模块和网关模块的硬件和软件进行了研究和设计。系统选择ZigBee协议作为无线通信协议，采用CC2530微控制器芯片以及Z-Stack协议栈构建无线网络，通过接入传感器及LED驱动器实现对环境数据的采集和LED调光。选择RGB三色LED作为光源，终端节点的微控制器通过输出PWM信号控制LED驱动器对LED进行调光。采用Arduino模块作为网关，其中ATmega328芯片为微控制器，执行数据接收和转发任务，ENC28J60芯片为以太网收发芯片，可实现串口数据与以太网数据之间的转换。系统按照数据采集、数据传输和数据处理三个环节设计各个模块的任务流程和模块间的接口通信。ZigBee无线模块软件设计上，采用Z-Stack协议栈中的操作系统抽象层 OSAL对事件进行轮转查询，定义协调器与终端之间的数据帧格式和事件的优先级，编写事件处理函数、包解析函数和传感器采集函数。网关模块软件设计利用Arduino开发板提供的丰富的函数库实现，通过调用库中相关的API函数，实现设备联网和串口/以太网数据的转换。最后，借助协议分析软件和串口助手软件，分析了网络建立和数据传输的过程，验证了系统的LED调光功能。
　　综上所述，本文通过Arduino网关和ZigBee网络构建了基于无线网络的LED智能照明系统，实现了LED基本调光功能。该工作对LED智能照明系统的设计与应用具有一定的参考价值。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 课题研究意义

1.3 国内外研究现状

1.4 未来智能照明发展趋势

1.5 本文主要内容及组织结构

第二章 ZigBee概述及智能照明系统总体方案

2.1 ZigBee协议简述

2.2 ZigBee协议分层架构

2.3 ZigBee基础内容

2.4 智能照明系统总体方案

2.5 本章小结

第三章 智能照明系统硬件设计

3.1 系统硬件框架设计

3.2 ZigBee无线通信模块设计

3.3 Arduino网关模块设计

3.4 其他功能模块及其接口设计

3.5 本章小结

第四章 智能照明系统软件设计

4.1 ZigBee无线网络节点设计

4.2 Arduino网关软件设计

4.3 本章小结

第五章 系统实现与测试

5.1 系统通信测试

5.2 测试界面设计

5.3. 照明功能测试

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 后续工作及展望

致谢

参考文献