智能建筑分布式照明控制系统设计开题报告

 2022-02-24 19:52:39

1. 研究目的与意义

随着科技的发展和人民生活水平的提高,人们对家庭的照明系统提出了新的要求,智能照明系统替代传统照明系统是家居智能化过程中必然要走的一步。

传统的家居照明控制方式多是利用设置在灯具配电回路中的开关来控制配电回路的通断,从而实现灯具的开关操作;或是利用设置在灯具配电回路中的手动旋钮调节供电回路的电气参数,从而实现灯光的明暗调节。这种将控制信号输入设备直接接入电力线路的方式不仅造成电力电缆铺设过多,增加了投资成本,而且还增加了照明回路的电磁辐射干扰,降低了系统可靠性传统的家居照明系统采用本地式一开一关的控制方式,没有简单的方法实现全开全关操作,离家之前还得检查一遍是否所有灯已经关闭,比较麻烦;没有场景操作,不能对成组的灯进行控制,双控开关布线复杂,更难以实现多控;不能改变开关和灯具之间的对应关系,在装修好的房子里修改控制关系就必须破坏装修;没有软启功能,开关灯时亮度骤然变化,不仅对人眼刺激大而且影响灯具使用寿命;没有调光功能,照明亮度不合适时不能调节,只有更换灯具才能解决问题;没有智能控制功能,灯具控制只能依靠手动操作。

智能照明控制系统可以对整个工程进行集中管理和灵活控制,不需对现场重新布线,便可改变对灯具的控制方式,比如对灯具软开关、调光或场景设置等不同要求的控制,或者修改开关和灯具之间对应关系;在包含人机交互接口的智能照明系统中,用户不用更改程序,只需对人机交互接口进行操作,便能方便地监控、改变以上系统参数;有了智能控制功能,便能根据需要选择合适的传感设备主动获取室内信息从而自动控制灯具的状态或亮度。这不仅大大丰富了系统功能,减少了人工参与,还降低了系统的管理费用和运行费用。

传统的智能照明控制系统一般采用有线方式来组建,如电缆线、同轴电缆、USB、CAN总线等。但有线网络具有布线麻烦,可扩展性差等固有的缺点,限制了有线网络技术在智能照明系统中的发展。因此,将无线网络技术应用于照明网络己成为大势所趋,采用无线智能控制模式是智能家居发展的必然选择。这不仅仅因为无线网络具有更大的灵活性、流动性,省去了布线的麻烦,更重要的是它符合家居控制网络的通讯特点。无线网络可以将人们生活的空间浓缩于人类的双手可以掌控的距离。因此红外、蓝牙、WiFi、ZigBee等一系列无线网络技术应运而生并且蓬勃发展,从而大大促进家居设备智能化、无线化的进程。

2. 研究内容和预期目标

设计一个基于单片机的智能家居分布式照明控制系统,包括网关节点和多个传感器/控制器节点。

研究内容一:关于网关节点和传感器/控制器节点间采用何种通信技术的设计。zigbee技术主要具有低功耗、短延时、短距离、高安全、低速率、覆盖范围广、网络容量大等特点,并且具有廉价的市场定位,非常适合在照明系统中应用。如果外加一个全功能器件,也可实现双向通信。zigbee采用自组网方式实现组网,在整个网络范围内,节点之间以接力的方式通过无线电波来实现通信,通信效率非常高。

研究内容二:关于智能家居分布式照明控制系统的总体架构及软硬件设计。该系统采用集射频与微控制器为一体的片上系统cc2530作为zigbee无线网络的核心器件,并结合ti公司的z-stack协议栈来实现对室内所有灯节点的单控、全控、开关控制、调光控制以及情景模式转换等功能,同时提出了一种室内多个led灯节点对定点精确调光的方案,从而达到使照明系统更加人性化、安全和节能的设计目的。

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3. 研究的方法与步骤

研究方法:通过无线传感器网络技术将各个灯光节点组成一个wsn,通过节点间的协作进行整个家庭环境的照明控制。

步骤一:分析当代智能家居的现状以及市面上成熟的产品,尝试分析这些产品的功能是用什么方式来实现的。初步确定设计的思路以及需要实现的功能,从而选择合理可行的设计方式来实现的智能家居控制系统的设计。

步骤二:分析zigbee在当代智能家居中的实际应用,参考相关文献,进一步细化设计的思路,同时确定下来各个子系统需要实现的具体功能以及用什么方式来实现,从而确定基于zigbee的智能照明控制系统的设计思路。

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4. 参考文献

[1] 彭琴. 智能家居照明控制系统研究[d]. 重庆大学, 2011.

[2] 吴巍. 面向智能家居的照明系统研究与开发[d]. 浙江大学, 2006.

[3] 柳卫林. 基于zigbee技术的智能家居控制系统的设计与实现[d]. 东华大学, 2010.

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5. 计划与进度安排

(1)2022-02-24~2022-03-08 查阅技术资料,确定研究内容和系统架构,撰写开题报告;

(2)2022-03-09~2022-03-22 结合总体架构,完成传感器选型、系统硬件功能分析和设计;

(3)2022-03-23~2022-04-19 设计系统硬件电路,编写系统软件程序;

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