本發(fā)明屬于智能照明領(lǐng)域，特別涉及一種基于zigbee和qt的led智能照明無(wú)線控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

“智慧城市”的概念早在幾年前就已有人提出，伴隨著以物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)為代表的新一代信息技術(shù)的發(fā)展,使智慧城市時(shí)代真正到來(lái)。其中較引人注目的是照明技術(shù)與控制技術(shù)相融合的智能照明，保證了照明質(zhì)量的提高和節(jié)能降耗得以落實(shí)，成為智慧城市的重要組成部分。

隨著生活水平的提高，人們不滿足于普通照明應(yīng)用，對(duì)光源的的品質(zhì)有一定的要求，特別是其色溫和顯色指數(shù)，光源色溫對(duì)人的晝夜生物節(jié)律和不同環(huán)境溫度下體溫的調(diào)節(jié)都具有重要作用。

傳統(tǒng)照明有布線繁瑣、擴(kuò)展性差、人工管理、功能單一、“長(zhǎng)明燈”耗能嚴(yán)重等諸多缺陷，促進(jìn)了智能照明的發(fā)展。然而目前的智能照明并沒(méi)有做到真正的智能，只實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)單的控制和功能簡(jiǎn)單的疊加，使用起來(lái)既沒(méi)有更方便也沒(méi)有更智能。led半導(dǎo)體節(jié)能光源與無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的迅猛發(fā)展，尤其zigbee技術(shù)的出現(xiàn)與成熟，給照明控制系統(tǒng)的“網(wǎng)絡(luò)化、智能化、節(jié)能化”家園構(gòu)想帶來(lái)了廣闊的發(fā)展空間和應(yīng)用前景。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的，在于提供一種基于zigbee和qt的led智能照明無(wú)線控制系統(tǒng)，其具有壽命長(zhǎng)、能耗小、綠色無(wú)污染、易于控制等優(yōu)點(diǎn)。

為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明的解決方案是：

一種基于zigbee和qt的led智能照明無(wú)線控制系統(tǒng)，包括中央控制模塊、路由器、數(shù)個(gè)終端設(shè)備和監(jiān)控中心，其中，終端設(shè)備包括單燈控制器，以及分別與之連接的led、可調(diào)光恒流驅(qū)動(dòng)模塊、照度傳感器和溫度傳感器，所述單燈控制器還與路由器連接，通過(guò)路由器接入zigbee網(wǎng)絡(luò)，定時(shí)將led的工作狀態(tài)通過(guò)zigbee網(wǎng)絡(luò)匯總到中央控制模塊，同時(shí)，單燈控制器還通過(guò)zigbee網(wǎng)絡(luò)接收來(lái)自中央控制模塊的控制指令，并通過(guò)可調(diào)光恒流驅(qū)動(dòng)模塊對(duì)led進(jìn)行pwm調(diào)光；所述中央控制模塊包括主機(jī)處理器和中心協(xié)調(diào)器，中心協(xié)調(diào)器接入zigbee網(wǎng)絡(luò)，從而與路由器建立通信連接，所述中心協(xié)調(diào)器通過(guò)串口與主機(jī)處理器連接，中心協(xié)調(diào)器一方面將各終端設(shè)備傳送來(lái)的工作狀態(tài)數(shù)據(jù)送至主機(jī)處理器，另一方面將主機(jī)處理器的控制指令發(fā)送給對(duì)應(yīng)的終端設(shè)備；所述中央控制模塊還與監(jiān)控中心連接，監(jiān)控中心用于向中央控制模塊輸入控制指令。

上述中心協(xié)調(diào)器通過(guò)rs-232串口與主機(jī)處理器連接。

上述可調(diào)光恒流驅(qū)動(dòng)模塊采用pt4115恒流驅(qū)動(dòng)器。

上述單燈控制器將led的工作狀態(tài)數(shù)據(jù)以無(wú)線數(shù)據(jù)包的形式通過(guò)2.4ghz天線發(fā)射。

上述單燈控制器包含有電源電路、復(fù)位電路、時(shí)鐘模塊和串口模塊。

采用上述方案后，本發(fā)明采用rgbw四通道配光技術(shù)，相比rgb三通道配光技術(shù)，rgbw四通道led燈顯色指數(shù)高，可調(diào)色域范圍廣；zigbee技術(shù)主要特點(diǎn)是簡(jiǎn)單易用、低速率、低功耗、高安全性能、自動(dòng)動(dòng)態(tài)組網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)的容量大等優(yōu)點(diǎn)；qt是一種跨平臺(tái)應(yīng)用程序和ui開(kāi)發(fā)框架，使用qt只需一次性開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序，無(wú)需重新編寫源代碼，便可跨不同桌面和嵌入式操作系統(tǒng)部署這些應(yīng)用,使本系統(tǒng)應(yīng)用范圍更廣，軟件開(kāi)發(fā)成本少，開(kāi)發(fā)周期短；本發(fā)明設(shè)置為兩種模式：一種是手動(dòng)模式即人可以根據(jù)自己的需要通過(guò)手機(jī)、pc機(jī)、云服務(wù)器管理相結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)照明系統(tǒng)的各種專業(yè)控制功能；另一種是自動(dòng)模式即采用rbf神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法結(jié)合matlab軟件設(shè)計(jì)基于rbf神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自整定參數(shù)的pid控制器，實(shí)現(xiàn)工作面恒照度智能控制和溫度-色調(diào)補(bǔ)償控制。

本發(fā)明的有益效果是：傳統(tǒng)的白熾燈耗能嚴(yán)重，布線麻煩且不安全，白光芯片led光源色溫不可調(diào)，更不能滿足人們對(duì)色彩照明的需要，rgb三色led光源色彩變化豐富但白光部分不理想。本發(fā)明采用rgbw四色led光源，能更好滿足人們對(duì)普通照明的需求和其他照明需要；系統(tǒng)具有自適應(yīng)調(diào)節(jié)能力使照明效果更好，更加節(jié)能；使用qt開(kāi)發(fā)的監(jiān)控軟件跨平臺(tái)能力強(qiáng)，節(jié)約軟件開(kāi)發(fā)成本和縮短開(kāi)發(fā)周期；該系統(tǒng)節(jié)能高效，一體化管理，操作簡(jiǎn)單，應(yīng)用場(chǎng)合廣，能實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)照明，溫度-色溫補(bǔ)償照明以及其他藝術(shù)照明。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的整體架構(gòu)圖；

圖2是本發(fā)明中單燈控制器的原理圖；

圖3是本發(fā)明中手動(dòng)控制原理圖；

圖4是本發(fā)明中自動(dòng)控制原理圖；

圖5是本發(fā)明中rbf神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)pid控制原理圖；

圖6是本發(fā)明中上位機(jī)監(jiān)控原理框圖。

具體實(shí)施方式

以下將結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

如圖1所示，本發(fā)明提供一種基于zigbee和qt的led智能照明無(wú)線控制系統(tǒng)，包括中央控制模塊、路由器、數(shù)個(gè)終端設(shè)備和監(jiān)控中心，下面分別介紹。

所述終端設(shè)備包括單燈控制器，以及分別與之連接的led、可調(diào)光恒流驅(qū)動(dòng)模塊、照度傳感器和溫度傳感器，其中，所述照度傳感器用于感測(cè)環(huán)境照度，并將感測(cè)的照度數(shù)據(jù)送入單燈控制器；所述溫度傳感器設(shè)于led附近，用于感測(cè)led的溫度情況，并將感測(cè)的溫度數(shù)據(jù)送入單燈控制器；所述單燈控制器還與路由器連接，通過(guò)路由器接入zigbee網(wǎng)絡(luò)，與中央控制模塊建立通信連接，定時(shí)將led的工作狀態(tài)(包含溫度數(shù)據(jù)和照度數(shù)據(jù))以無(wú)線數(shù)據(jù)包的形式通過(guò)2.4ghz天線發(fā)射，通過(guò)zigbee網(wǎng)絡(luò)匯總到中央控制模塊，同時(shí)，單燈控制器還通過(guò)zigbee網(wǎng)絡(luò)接收來(lái)自中央控制模塊的控制指令，并通過(guò)可調(diào)光恒流驅(qū)動(dòng)模塊對(duì)led進(jìn)行pwm調(diào)光。

所述中央控制模塊包括主機(jī)處理器和中心協(xié)調(diào)器，其中，中心協(xié)調(diào)器接入zigbee網(wǎng)絡(luò)，從而與路由器建立通信連接，實(shí)現(xiàn)中央控制模塊與各終端設(shè)備之間的通信；所述中心協(xié)調(diào)器通過(guò)rs-232串口與主機(jī)處理器連接，中心協(xié)調(diào)器一方面將各終端設(shè)備傳送來(lái)的工作狀態(tài)數(shù)據(jù)送至主機(jī)處理器，經(jīng)主機(jī)處理器的邏輯判斷與智能分析后，實(shí)現(xiàn)智能調(diào)光、分組群控、情景模式等復(fù)雜功能，另一方面將主機(jī)處理器的控制指令發(fā)送給對(duì)應(yīng)的終端設(shè)備，對(duì)指定的led進(jìn)行控制。

所述中央控制模塊還與監(jiān)控中心連接，監(jiān)控中心具體可采用手機(jī)和遙控器兩種形式，用于輸入控制指令。

如圖2所示，所述單燈控制器設(shè)有電源電路、復(fù)位電路、時(shí)鐘模塊、串口模塊等，將照明現(xiàn)場(chǎng)的照度數(shù)據(jù)、溫度數(shù)據(jù)等環(huán)境參數(shù)轉(zhuǎn)發(fā)至中心協(xié)調(diào)器，同時(shí)接收重要控制模塊的指令，根據(jù)調(diào)光策略對(duì)led進(jìn)行pwm調(diào)光。

pwm即脈沖寬度調(diào)制(pulsewidthmodulation)，簡(jiǎn)稱脈沖調(diào)制，是利用微處理器的數(shù)字輸出來(lái)對(duì)模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)，利用pwm控制信號(hào)，通過(guò)控制led的正向工作電流的占空比來(lái)調(diào)節(jié)led的發(fā)光亮度。

在本發(fā)明中，pwm調(diào)制實(shí)現(xiàn)的方法為：利用cc2530的定時(shí)器1和它的5個(gè)獨(dú)立通道，定時(shí)器1用來(lái)產(chǎn)生pwm波形，并通過(guò)5個(gè)通道對(duì)外輸出，通過(guò)端口設(shè)置選擇四個(gè)通道分別控制紅(r)、綠(g)、藍(lán)(b)、白(w)四色分量。產(chǎn)生的pwm調(diào)光信號(hào)經(jīng)過(guò)zigbee網(wǎng)絡(luò)被終端設(shè)備接收，將該信號(hào)加到pt4115恒流驅(qū)動(dòng)器的dim管腳進(jìn)行調(diào)光。

如圖6所示，監(jiān)控中心采用qt開(kāi)發(fā)的一種監(jiān)控軟件，可跨不同桌面和嵌入式系統(tǒng)安裝，其包括：用戶登錄、照明設(shè)備監(jiān)控、用戶管理三大部分，每部分又細(xì)分為很多小的功能模塊。用戶登錄包括登錄、注冊(cè)以及密碼找回幾個(gè)模塊，主要功能是：為用戶提供系統(tǒng)入口；當(dāng)用戶無(wú)用戶名和密碼時(shí)為用戶提供注冊(cè)入口；用戶忘記密碼可以通過(guò)該模塊進(jìn)行密碼修改。照明設(shè)備監(jiān)控模塊和嵌入式軟件的聯(lián)系最為密切，它包括實(shí)時(shí)控制和實(shí)時(shí)顯示模塊，主要是為遠(yuǎn)程以及本地客戶機(jī)提供操控?cái)?shù)據(jù)，顯示本地客戶機(jī)反饋狀態(tài)消息。用戶管理模塊是軟件的數(shù)據(jù)管理中心，主要由照明設(shè)備管理模塊和賬戶管理模塊構(gòu)成。設(shè)備管理模塊又細(xì)分為設(shè)備增加、設(shè)備刪除、設(shè)備信息更改三個(gè)功能，用戶可以根據(jù)實(shí)際照明設(shè)備的需求進(jìn)行設(shè)備信息設(shè)定。賬戶管理模塊用于進(jìn)行用戶賬戶信息的維護(hù)，分為賬戶刪除、賬戶增加、賬戶信息維護(hù)三部分，管理員可以根據(jù)需求進(jìn)行賬戶的增刪、用戶名或密碼的更改。該系統(tǒng)具有智能調(diào)光調(diào)色溫調(diào)顏色、場(chǎng)景設(shè)置、分組群控、無(wú)線遙控、遠(yuǎn)程控制和自適應(yīng)照明，溫度-色溫補(bǔ)償照明以及其他藝術(shù)照明。

該系統(tǒng)預(yù)設(shè)兩種模式為手動(dòng)模式和自動(dòng)模式，兩種模式可以切換，區(qū)別是手動(dòng)模式不對(duì)外部環(huán)境參數(shù)做任何綜合分析與智能判斷，只接收人下達(dá)的指令進(jìn)行調(diào)光，而自動(dòng)模式是協(xié)調(diào)器實(shí)時(shí)接收終端節(jié)點(diǎn)傳送回來(lái)的環(huán)境參數(shù)，經(jīng)過(guò)綜合分析作出智能判斷，將指令傳送給rbf神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自整定參數(shù)的pid控制器進(jìn)行智能調(diào)光。

結(jié)合圖3，所述手動(dòng)模式是人可以根據(jù)自己的需要通過(guò)手機(jī)、pc機(jī)、云服務(wù)器管理相結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)照明系統(tǒng)的各種專業(yè)控制功能，不需要對(duì)外部環(huán)境參數(shù)做任何綜合分析與智能判斷。當(dāng)照明設(shè)備控制終端電源打開(kāi)，并成功加入網(wǎng)絡(luò)，接收到人發(fā)送的命令后，經(jīng)判斷是控制命令，則進(jìn)一步判定是什么控制命令，并對(duì)命令進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。

結(jié)合圖4，所述自動(dòng)模式是系統(tǒng)不需要人的干擾，自主運(yùn)行并達(dá)到預(yù)設(shè)的照明，智能照明自適應(yīng)控制系統(tǒng)具有隨環(huán)境照度變化而保持恒照度不變以及隨環(huán)境溫度變化的溫度—色調(diào)(溫度下降，暖色溫增加；溫度上升，冷色溫增加)智能控制兩大功能。

結(jié)合圖5，所述rbf神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自整定參數(shù)的pid控制器是將rbf神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于傳統(tǒng)的pid控制器，使輸出層神經(jīng)元的輸出狀態(tài)對(duì)應(yīng)于pid控制器的三個(gè)可調(diào)參數(shù)kp、ki、kd。rbf神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)根據(jù)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，即系統(tǒng)的給定光照度r(t)和實(shí)際的輸出光照度的偏差，自動(dòng)調(diào)節(jié)pid控制器的參數(shù)，從而使得led實(shí)現(xiàn)恒照度。

綜合上述，本發(fā)明一種基于zigbee和qt的led智能照明無(wú)線控制系統(tǒng)，在led光源內(nèi)嵌控制終端，電源采用恒流驅(qū)動(dòng)技術(shù)，運(yùn)用pwm脈沖調(diào)光技術(shù)實(shí)現(xiàn)pwm線性調(diào)光，采用rgbw四色配光方案，結(jié)合rbf神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化傳統(tǒng)pid控制器，利用zigbee網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息通信并且實(shí)時(shí)采集led光源的環(huán)境參數(shù)，經(jīng)過(guò)智能控制模塊的邏輯判斷和智能分析后，實(shí)現(xiàn)智能調(diào)光、分組群控、情景模式等功能，通過(guò)qt開(kāi)發(fā)的監(jiān)控軟件的一體化管理使照明控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了“網(wǎng)絡(luò)化、智能化、節(jié)能化”目的。

以上實(shí)施例僅為說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)思想，不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡是按照本發(fā)明提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動(dòng)，均落入本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)。