自动调节室内亮度的智能照明系统设计与开发开题报告

1. 研究目的与意义

在我国，智能照明系统的兴起要比国外特别是发达国家要远远落后，我们国家从五十年代初期，才开始关注全国各地的采光条件，逐渐开始收集了一些资料。但对于智能建筑混合照明问题研究更是少之又少，再加上国内办公环境中采用的灯具多是传统的白炽灯或是荧光灯，很难实现室内灯光的多级调光，不利于实现室内照明环境下的照度均一性；相比之下，具有众多优点的led灯具更加适用于智能照明控制系统，为室内舒适性研究提供了可能^【1,2】。

在技术手段上，我国的一些设计院已经取得了进一度的研究成果，其中包括了：天然光的收集以及传输、无窗环境下的采光照明、建筑采用计算、眩光研究以及光导照明等，遗憾的是，以上这些研究成果还没有应用到实际项目中去。

在建筑设计问题上，我国对自然光的采光和建筑的设计考虑的较少，建筑作品的形式以及立体造型占据了相当大的部分，而对于建筑物的采光、节能以及舒适性问题的关注微乎其微^【3,4】。

自上个世纪七十年代初期出现能源危机开始，国外对于智能照明的研究就一直非常重视，发展到今天技术已经相当的成熟。美国加利福尼亚大学的研究人员发明了一种叫做日照仪(heliodon)的设备，它可以模拟真实环境下建筑物采光和太阳角的关系，实验内容对研究天然光具有重要意义。香港的科研人员danny与joseph合作完成了对实验走廊照度值的分析，研究了自然光受人工光源、自身亮度以及建筑朝向等参数的影响程度，研究认为采用人工光调节系统能够节约能源达60％以上^【5,6】。

2. 研究内容和预期目标

本课题采用cc2530作为系统开发主芯片，以其内部的增强型8051为微处理器实现对环境光照度信息的采集及对灯泡亮度的控制^【16】，以芯片射频部分实现对控制指令及采集信息的无线收发。课题主要研究内容包括：

1．智能照明系统控制研究。分析目前智能照明系统的控制方式及优缺点，确定系统实现功能，提出系统总体设计方案，确保系统能够在满足用户基本亮度需求的基础上，有效降低能源消耗^【17】。

2．系统组网及通信协议研究。zigbee协议栈是基于osi七层开放式系统互连模型建立的，协议标准包含物理层、媒体访问控制层(mac)、网络层及应用层。对协议栈各层功能及属性配置、zigbee网络拓扑结构：zigbee组网机制进行研究分析，并在zigbee2006协议栈基础上实现系统软件开发、设备组网绑定、数据通信协议的制定^【18】。

3. 研究的方法与步骤

读懂所给项目的参考控制设计文献，并通过常用eda软件绘制整个设计系统的原理图和pcb图；查阅文献资料，熟悉室内照明的理论知识，完成基于环境亮度变化的室内照明系统的研究和方案，包括硬件设计和算法设计；确定系统功能（例如亮度传感数据采集与照明控制等）。针对不同的照明节能要求，完成系统的软、硬件设计。

具体分为以下步骤：

（1）基于zigbee的智能照明系统总体设计，包括系统功能，系统需求分析，系统设计指标等。

（2）基于zigbee的智能照明系统硬件设计，包括cc2530最小系统设计，个人终端模块设计，路由模块设计，光照度检测模块设计等。

4. 参考文献

【1】王娟. 室内环境下led智能照明系统的研究. 硕士学位论文. 兰州理工大学，2013.05.

【2】张飞，混合照明环境下室内照度均一性控制.硕士学位论文. 郑州大学，2014.6.

【3】肖前红，许伦辉. 基于环境亮度补偿的分布式控制节能系统设计. 科学技术与工程，vol 10 no．8 mar．2010

【4】贾冬颖王巍. 基于stc单片机led智能照明系统的设计. 照明工程学报. v01．2l no．2 apr.,2010

5. 计划与进度安排

1. 2022-03-02 ～2022-03-15 查阅资料，翻译外文资料和撰写开题报告；

2. 2022-03-16 ～2022-04-01 查阅相关资料，熟悉无线传感网的开发流程；

3. 2022-04-02 ～2022-04-30 设计出集传感器，led灯和无线传感网一体的节能照明系统，并采用常用eda软件绘制符合计算机辅助设计制图相关标准规范要求的原理图和pcb图；

4. 2022-05-01 ～2022-05-25 查阅相关资料，根据所设计的产品控制功能，自主完成设计相应的硬件和软件设计；