wsn的智能照明系统(附件)
本文针对有线照明系统，设计了基于WSN的智能照明系统。主要由STM32F103C8T6单片机最小系统、ZigBee无线模块，光照传感器模块、步进电机等模块组成。该设计能够根据内部设定的正常亮度值，在当前环境中通过改变灯具的亮度和窗帘的开合情况来达到亮度要求。利用无线传感器网络实现数据传输，通过显示屏实现灯具和电机运行状态的实时显示。该设计能够根据需求感测亮度、智能调光，也可以手动调光，有较好的人机交互体验。无线照明系统不需要布线，价格低廉，操作也比较简单，可广泛应用于智能家居领域。关键词 无线传感器网络，智能照明，STM32F103C8T6，ZigBee
目 录
1 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 智能照明的意义 2
1.3 研究现状及趋势 2
1.4 设计效果 3
2 硬件设计 3
2.1 硬件总体设计方案 3
2.2 关键元器件的选择 4
2.3 MCU模块 6
2.4 电源模块 8
2.5 显示模块 9
2.6 无线传输模块 10
2.7 光照传感器模块 12
2.8 步进电机模块 13
2.9 按键模块 14
3 软件设计 14
3.1 MCU主程序设计流程 14
3.2 显示模块设计流程 15
3.3 LED模块设计流程 16
3.4 无线传输模块设计流程 16
3.5 光照传感器模块设计流程 17
3.6 步进电机模块设计流程 18
4 硬件实现及调试 19
4.1 硬件实现 19
4.2 硬件调试 20
结论 24
致谢 25
参考文献 26
附录A 27
附录B 28
附录C 29
1 绪论
1．1 研究背景
照明这个词语的重新定义应该是源于白炽灯的发明，这种最普通的电灯不仅仅是代替了 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
蜡烛、煤油灯那个时代的古老照明工具，更是开启了灯具的蓬勃发展。最初的白炽灯只要接上电源通上电，将电能转化成光能就可以完全满足人们的照明需求了。后来日光灯的出现为灯具行业增添了一抹亮色，涂着不同荧光粉的灯管照射出各色的光，明亮的颜色照明效果也比白炽灯好了许多，但要达到低热能消耗的普及也是很艰难的。制造材料的选择，设计的优化促使日光灯从直管型到紧凑型节电效果显著提高。日光灯的应用越来越广泛，除了吊在天花板上的的灯，壁灯台灯等小型室内照明，还大量地应用于道路的照明，密集的工业商业照明和景观的装饰。在摸索与突破中，甚至在2000年初美国研究人员还进行了无绳灯泡的实验，并无误的把远距离的电灯点亮了，这也为后来无线照明的发展提供了一点启发与契机。
在九十年代后期，计算机技术开始应用，催生出利用设备和装置。使生产按照规律自动工作，对信息的处理更加成熟，通讯技术一直在改善中。在这日新月异的社会中，科技在进步，自动化家居生活也趋向智能，原本只是控制一个房间后来范围逐渐扩大直至整个大厦。人们生活工作节奏不断加快,大家在处理事务时就会遇到这样或那样的琐事,有些无意义的重复劳动会浪费大量的时间精力,所以便捷型照明的极度需求，产生了红外线控制照明，声音控制照明，再加上分布式控制方式，使智能照明系统得到了提升。
由于传统照明布线繁琐所以使得价格更加昂贵，控制不方便等，集中式控制使得操作不便，维护也产生更多浪费，所以在满足基本亮度需求的前提下，一种灵敏便捷，安全节能，具有人性化的智能照明被提及的频率越来越高。居家生活、劳动、学习都离不开灯具的照明，所以照明技术的革新显得尤为重要，人们开始呼吁操作简单型灯具的创造，由此现代照明技术在控制方式上发生了改变，即产生了WSN在照明中的实际运用。
WSN是无线传感器网络的英文缩写，无线传感器网络是以传感器为基础的，它需要感知和被感知，能够侦测被测物体。无线传感器网络系统在被测对象的内部或者附近大量部署节点，这些节点自行按照某种规则的方式构成无线网络，节点之间互相协作。任何时间任何地点，都可以在监测区域中感知、采集一些指定信息，并加以处理。数据在终端通过各种方式聚集传输到网关节点，最后到控制中心处理。
1．2 智能照明的意义
基于无线传感器网络技术在照明行业的发展，传统的照明灯泡将逐渐退出照明行业。通过机械式控制的照明系统渐渐被物联网智能控制的照明取代了，LED灯具的外形不仅小巧轻便，还能通过无线网络控制传感器，无线通讯使管理效率提高，控制更加便捷，还能满足节约能源、保护环境的要求，实现绿色照明。智能化照明具有很强的综合性，包含的技术种类很多，它满足不同人群的需求，智慧生活，操作灵活简便。一个良好的智能系统必然要符合绿色发展可持续，从节能角度出发，高效率地使用能量这样才不会被行业淘汰，不会被时代摒弃。
而如今在建设热潮中，出于对照明系统节能和科学管理的高要求，使其在智能应用领域的地位越来越重要，各公司和企业也意识到了智能照明的重要性。在居家环境商业建设道路照明中，使用照明控制系统，利用节能与管理方面的优势，提高建筑的科学管理水平。传统居家的照明模式，人们在白天光照充沛时拉开窗帘增加光照度，在阴天和晚上打开照明灯获取视野，自然亮度随着时间变暗是，用户只能在一个临界点打开照明，并没有一个稳定的照明环境。
这种操作并不能体现智能化的居家生活，当我们把智能型的照明系统运用起来，使用者可以不需要通过按键控制开关的调节。根据个人不同的生活模式需求和不同房间的环境亮度环境，设定稳定的亮度照明，控制系统自动调节亮度。为提高用户的使用感，系统也应包含按键设置，不能脱离人机交互。同时，系统还能充分利用自然光，通过控制窗帘调节室内亮度，减少照明的工作时长，这既是节约能源的体现也是减少照明器具耗损的体现。一个拥有良好传感模式，合理的亮度调节的高质量照明控制系统才能被人们接纳和广泛使用。
目 录
1 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 智能照明的意义 2
1.3 研究现状及趋势 2
1.4 设计效果 3
2 硬件设计 3
2.1 硬件总体设计方案 3
2.2 关键元器件的选择 4
2.3 MCU模块 6
2.4 电源模块 8
2.5 显示模块 9
2.6 无线传输模块 10
2.7 光照传感器模块 12
2.8 步进电机模块 13
2.9 按键模块 14
3 软件设计 14
3.1 MCU主程序设计流程 14
3.2 显示模块设计流程 15
3.3 LED模块设计流程 16
3.4 无线传输模块设计流程 16
3.5 光照传感器模块设计流程 17
3.6 步进电机模块设计流程 18
4 硬件实现及调试 19
4.1 硬件实现 19
4.2 硬件调试 20
结论 24
致谢 25
参考文献 26
附录A 27
附录B 28
附录C 29
1 绪论
1．1 研究背景
照明这个词语的重新定义应该是源于白炽灯的发明，这种最普通的电灯不仅仅是代替了 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
蜡烛、煤油灯那个时代的古老照明工具，更是开启了灯具的蓬勃发展。最初的白炽灯只要接上电源通上电，将电能转化成光能就可以完全满足人们的照明需求了。后来日光灯的出现为灯具行业增添了一抹亮色，涂着不同荧光粉的灯管照射出各色的光，明亮的颜色照明效果也比白炽灯好了许多，但要达到低热能消耗的普及也是很艰难的。制造材料的选择，设计的优化促使日光灯从直管型到紧凑型节电效果显著提高。日光灯的应用越来越广泛，除了吊在天花板上的的灯，壁灯台灯等小型室内照明，还大量地应用于道路的照明，密集的工业商业照明和景观的装饰。在摸索与突破中，甚至在2000年初美国研究人员还进行了无绳灯泡的实验，并无误的把远距离的电灯点亮了，这也为后来无线照明的发展提供了一点启发与契机。
在九十年代后期，计算机技术开始应用，催生出利用设备和装置。使生产按照规律自动工作，对信息的处理更加成熟，通讯技术一直在改善中。在这日新月异的社会中，科技在进步，自动化家居生活也趋向智能，原本只是控制一个房间后来范围逐渐扩大直至整个大厦。人们生活工作节奏不断加快,大家在处理事务时就会遇到这样或那样的琐事,有些无意义的重复劳动会浪费大量的时间精力,所以便捷型照明的极度需求，产生了红外线控制照明，声音控制照明，再加上分布式控制方式，使智能照明系统得到了提升。
由于传统照明布线繁琐所以使得价格更加昂贵，控制不方便等，集中式控制使得操作不便，维护也产生更多浪费，所以在满足基本亮度需求的前提下，一种灵敏便捷，安全节能，具有人性化的智能照明被提及的频率越来越高。居家生活、劳动、学习都离不开灯具的照明，所以照明技术的革新显得尤为重要，人们开始呼吁操作简单型灯具的创造，由此现代照明技术在控制方式上发生了改变，即产生了WSN在照明中的实际运用。
WSN是无线传感器网络的英文缩写，无线传感器网络是以传感器为基础的，它需要感知和被感知，能够侦测被测物体。无线传感器网络系统在被测对象的内部或者附近大量部署节点，这些节点自行按照某种规则的方式构成无线网络，节点之间互相协作。任何时间任何地点，都可以在监测区域中感知、采集一些指定信息，并加以处理。数据在终端通过各种方式聚集传输到网关节点，最后到控制中心处理。
1．2 智能照明的意义
基于无线传感器网络技术在照明行业的发展，传统的照明灯泡将逐渐退出照明行业。通过机械式控制的照明系统渐渐被物联网智能控制的照明取代了，LED灯具的外形不仅小巧轻便，还能通过无线网络控制传感器，无线通讯使管理效率提高，控制更加便捷，还能满足节约能源、保护环境的要求，实现绿色照明。智能化照明具有很强的综合性，包含的技术种类很多，它满足不同人群的需求，智慧生活，操作灵活简便。一个良好的智能系统必然要符合绿色发展可持续，从节能角度出发，高效率地使用能量这样才不会被行业淘汰，不会被时代摒弃。
而如今在建设热潮中，出于对照明系统节能和科学管理的高要求，使其在智能应用领域的地位越来越重要，各公司和企业也意识到了智能照明的重要性。在居家环境商业建设道路照明中，使用照明控制系统，利用节能与管理方面的优势，提高建筑的科学管理水平。传统居家的照明模式，人们在白天光照充沛时拉开窗帘增加光照度，在阴天和晚上打开照明灯获取视野，自然亮度随着时间变暗是，用户只能在一个临界点打开照明，并没有一个稳定的照明环境。
这种操作并不能体现智能化的居家生活，当我们把智能型的照明系统运用起来，使用者可以不需要通过按键控制开关的调节。根据个人不同的生活模式需求和不同房间的环境亮度环境，设定稳定的亮度照明，控制系统自动调节亮度。为提高用户的使用感，系统也应包含按键设置，不能脱离人机交互。同时，系统还能充分利用自然光，通过控制窗帘调节室内亮度，减少照明的工作时长，这既是节约能源的体现也是减少照明器具耗损的体现。一个拥有良好传感模式，合理的亮度调节的高质量照明控制系统才能被人们接纳和广泛使用。
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