基于物联网的智能照明控制系统设计

需求分析 系统的总体设计 系统硬件设计 系统软件设计 预期效果
工
红外探测器是靠探测人体发射的红外线来进行
传 感
作 原 理
工作的。探测器收集外界的红外辐射进而聚集到红 外传感器上。红外传感器通常采用热释电元件，这 种元件在接收了红外辐射温度发出变化时就会向外 释放电荷，检测处理后产生报警。
器
电
路 设 计
比尔盖茨的智能家居示意图
安防报警
电器控制
照明控制
家庭网关
HOUSE
日程管理
环境控制
门禁控制
相关背景 系统的总体设计 系统硬件设计 系统软件设计 预期效果
海尔家居 U-home 网络拓扑图
需求分析 系统的总体设计 系统硬件设计 系统软件设计 预期效果
✓ 实用性差 ✓ 价格居高
不下 ✓ 安全问题 ✓ 行业标准
传
感
器
心率传感器
电
路
设
计
APDS 接口电路
工作原理
在传感器模块中内置有 可以穿透进入人体皮肤下层 毛细血管的光线发射器，当 心脏通过收缩把富含氧的血 液压入人体的动脉，最后进 入毛细血管，血液的颜色会 发生周期性的变化，不同颜 色对于光线的反射是不同的， 传感器内置有反射管线的接 收器就能够检测出这一周期 性变化，从而就可以测算出 心脏的收缩频率，也就可以 测出心率了。
主照明灯具 软件设计
保持亮 20 秒后，继 续读取传感器的数 值，若仍探测有人处 于检测范围内则保持 灯亮，否则关闭主照 明灯
在主照明灯处于打 开状态下，对于光 敏传感器的值进行 判断，进而控制主 照明灯的亮度
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灯光控制器软件设计
开关控制
绿色 ✓ 不冷不暖色调 ✓ 积极、平静、安心
蓝色 ✓ 冷色调 ✓ 广阔、深邃
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情绪检测与生理参数关系分析
生理情绪采集与人体心率的关系 之负面情绪与人体心率关系图
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灯光控制器功能需求与设计
人 体 红
外
模
块
红外探测器
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主照明灯光调光控制的设计
1. 高亮度、暖白色的 LED 光源
灯
2. 功率为 10W，低于普通白炽
光
灯 3. 能够通过主控进行调光
控
制
器
的 设
背景灯的颜色控制的设计 1. 主动控制是指用户能够通过
自己的需求对于光源的颜色
该款传感器为单总线式数字传感 器，可以直接读取当前温度的准 确值，且为单总线式，使用时只 需直接与微控制器相连就可以实 现数据的输入 。
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光
敏
传
传
感
感
器
器
电
路
设
计
光强与光敏电阻阻值关系表
需求分析 系统的总体设计 系统硬件设计 系统软件设计 预期效果
• 室内阅读或看电视对 光照强度的要求苛刻
• 忘记关闭照明灯造成 浪费
• 傍晚找不到电源开关 • 室内灯光颜色单一
• 系统检测到人次靠近 或离开，自动打开或 关闭灯具
• 根据室内光强，调节 照明灯具光强
• 根据室温和人体心率 对背景灯颜色进行调 节
需求分析 系统的总体设计 系统硬件设计 系统软件设计 预期效果
E
能够对家居环境进行有效的烘托和调节
THANKS
与规范不 统一
关于智能家居你最担心什么问题
8% 17%
45%
25% 5%
太贵 组建太费事 实用性差 邪露隐私 被机器控制
需求分析 系统的总体设计 系统硬件设计 系统软件设计 预期效果
✓ 满足生活需求
智
✓ 多以开关控制为主 ✓ 功能简单、安装便宜、互换性好
能
✓ 大范围使用布线复杂
照
✓ 容易造成电能浪费
统
的
构
成
感知层
1. 环境数据的采集，包括室内光强、温 度、判断是否有物体靠近
2. 人体一些基本参数的确定，比如心率
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家居照明环境氛
节能功能
智
围的控制与设定
能
照
明
系
统
的
基
本
功
照明功能
生理情绪 调节功能
能
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智能照明控制系统结构
系统硬件设计
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系统硬件设计架构图
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DS18B20 电路图
传 感 器 电 路 设 计
温度传感器
特点
体积较小 硬件成本低廉 精度高
测量范围：- 55 ℃- 125 ℃ 转换时间：94ms 分辨率：0.5 ℃
预期效果
需求分析 系统的总体设计 系统硬件设计 系统软件设计 预期成果
PC界面
手机监控界面
需求分析 系统的总体设计 系统硬件设计 系统软件设计 预期成果
A
快速组建，安装成本较低，能够很方便的学习并使用。
B
系统安全性高，能够保护用户隐私
C
实现基本的情感检测，并作出反馈， 有良好的的互动性
D 能够有效避免能源浪费，且有很好的实用性
始化
中
2. 对于外围电路 中的设备进行
心
初始化
软
3. 主控器的程序 进入主循环程 序（该程序主要
件 设
包括调光平台与
计
外部设备之间的 数据通信和主照
流
明灯的控制以及 背景灯的控制）
程
图ຫໍສະໝຸດ Baidu
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灯光控制器软件设计
采集人体红外传感 器数值，当有人进 入检测范围，则打 开主照明灯
计
进行控制调节
2. 被动控制指的是主控器通过
传感器对室内的环境参数和
人体的生理参数进行判断，
然后对室内的背景灯的颜色
进行调节
需求分析 系统的总体设计 系统硬件设计 系统软件设计 预期效果
蓝牙通信电路的设计
蓝牙通信模块
很多设备都配有蓝牙通信模块，这就减少 了硬件改造的费用。 因为 ZigBee 传输模块占用了主控芯片的串口 通信接口，所以蓝牙模块通信采用软串口 的方式与主控芯片进行通信。
环境参数 生理参数
手机 平板
系统软件设计
需求分析 系统的总体设计 系统硬件设计 系统软件设计 预期效果 对数据包的格式进行定义，其规定的数据包结构为： @人体心率+环境温度+光照强度+背景灯颜色#
数据传输流程图
需求分析 系统的总体设计 系统硬件设计 系统软件设计 预期效果
主
1. 主控器完成初
控
色
彩
心
的
理
温 度
情
绪 与 色 彩 的 关
之 物 理 效 应
重 量 体 积 效 应
效 应
系
色 彩
分
的
析
距 离
效
应
需求分析 系统的总体设计 系统硬件设计 系统软件设计 预期效果
心
理
情
绪 与 色 彩 的 关
之 心 理 效 应
系
分
析
红色 ✓ 典型的暖色调 ✓ 热情、自信、血腥、暴
力
橙色 ✓ 同样属于暖色调 ✓ 坦率、健康促进食欲
明
技 术
1 定时开关灯控制
2 LED灯定时调光
6 的 远程实时监控
发 展
3 灯具故障检测报警
5
数据采集管理
4 路灯线路防盗报警
系统的总体设计
需求分析 系统的总体设计 系统硬件设计 系统软件设计 预期效果
应用层
1. 控制灯具光强、开闭、颜色
智
能
照
明
系
传输层
1. 采用ZigBee网络进行家居内数据传输
采集人体红外传 感器数值，当有
人进入检测范 围，则打开背景
灯
背景灯软件设计 颜色控制
打开状态读取心率传感 器的值，当处于正常范 围内，读取温度传感器 的值，当大于 24 ℃ 时，背景灯调为青色； 当小于 24 ℃则调为橙 色
当测得人体心率处在 非正常状态时，分析 心率值，大于正常范 围，背景灯调为淡蓝 色；小于正常范围则 调为番茄色
无线通信方式的分析和比较
方式
IrDA
Bluetooth Z-Wave
ZigBee
Wifi
参数
成本
低
高
低
低
高
通信距离
3米
10米
30米
75米
100米
能耗
低
较高
较低
低
较高
网络节点 容量
应用领域
2个
点对点通 信
8个
音频信号 传输通信
232个 智能家居
65000个
工业控制 智能家居
与路由器 有关
以太网访 问
需求分析 系统的总体设计 系统硬件设计 系统软件设计 预期效果
基于物我联们网的毕智业能照啦明控制
系 统 设 计 其 实 是 答 辩 的 标 题 地 方
答 辩 晏皓然
组员1 李 泽 浩
组员2 高 亚 晶
C O N TA N T S
背景和需求 系统的总体设计 系统硬件设计 系统软件设计 预期效果
背景和需求
相关背景 系统的总体设计 系统硬件设计 系统软件设计 预期效果