智能LED灯具的开发毕业论文.docx

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1、智能LED灯具的开发毕业论文目录摘要错误!未定义书签。ABSTRACT错误!未定义书签。1绪论11.1 课题背景与意义11.2 智能灯具国内外研究现状与发展趋势11.3 论文研究主要内容与创新点22系统方案设计32. 1总体方案概述32.2远程控制方案分析和选择32. 3功能模块方案选择42. 3. 1主控芯片介绍43. 3. 2 WTFT模块选择54. 3. 3遥控模块选择65. 3.4 LED 灯具76. 3.5开关电源选择77. 3. 6存储器芯片选择73系统硬件电路设计93.1 总体电路设计93.2 MCU最小系统设计93.3 W1F1模块电路设计103.4 LED驱动电路设计113.

2、5 存储器123.6 无线通信124系统软件设计144.1单片机系统总体程序设计144. 2 初始化函数设计144.3串口处理函数程序设计154.3. 1 ”云”端使用与配置方法154. 3.2机智云传输协议介绍204. 3.3串口处理函数204. 4 PWM调光设计224. 4无线遥控程序设计c235上位机软件设计255.1 开发环境介绍255.2 Eclipse开发环境介绍与使用265.3 智能灯组APP设计296系统调试316. 1 WIFI模块调试316.2 无线模块调试316.3 LED驱动电路以及调试326.4 系统调试326. 5功能与调试总结346.6智能LED灯具使用说明35

3、7总结36参考文献37致谢错误!未定义书签。附录1硬件原理图38附录2 PCB图41附录3程序清单43原件清单46重庆科技学院毕业设计1绪论1.1 课题背景与意义家居智能化使得人们家居生活更加安全、舒适、节能、快捷，目前智能家居是一个利用主系统将各个子系统有机结合的系统。智能家居系统需要在家里建立一个网络然后让各种设备接入，这个智能家居内部网络让其成为一个有机的整体，最后再将这个网络接入互联网从而满足用户远程监控和操作需求”，中国智能家居的发展已有8年历史，智能家居是一门综合技术，整个领域中包括很多学科知识，如：计算机、通信、自动控制、智能家居最主要的核心是快捷、方便、人性化、易用性，真正提高

4、人们的幸福值。本课题来源于校企合作，企业通过在其生产过程中遇到的一些问题反馈给学校，希望通过借助学校的人力资源与技术资源，完成一款新的智能LED灯具设计方案，解决其在生产中遇到的实际工程问题。例如远程控制、用户设置数据的丢失等，在老师的推荐与鼓励下我选择了此题目。1.2 智能灯具国内外研究现状与发展趋势在国外，智能灯具已经非常普及，特别是欧美这类经济科技较为发达的国家。智能灯具早已从概念融入了大众日常生活的一部分。目前国外智能LED灯具主要品牌有飞利浦 HUE、贝尔金 WeMo、iLumi Color Tunable LED、Lifx MulticolorSmart LEDO其主要采用WIFI

5、,蓝牙等通信方式，并在手机上编写一个控制APP作为人机交互界面。其具有使用方便、调色方便准确等优点，它们市场定位较高,价格相对来说也高，主要用于别墅以及一些特殊场合，很难走进我们进入我们大众的生活。国内智能LED灯具起步较晚，但有国外的发展经验可以借鉴，所以使得国内的智能LED灯具发展迅速，并涌现出了一大批具有本土代表性的企业。如小米、魅族、yeelight,都分别推出了自己的智能LED灯具，它们普遍采用WIFI,蓝牙，无线，以及红外作为通信方式，并推出了与之对应的APP软件。国内大多数市场定位于普通大众，价格也相对较低，较为容易被普通大众接受。虽然现在人们对智能LED灯具关注度增加，但智能L

6、ED灯具还有不足，如断电后颜色必须重置、远程控制不足等问题，需要人们耐心的去解决。重庆科技学院毕业设计智能LED灯具在未来应向智能化、节能化、各种功率全面化发展，从而使得人们的生活水平迈入新的台阶1.3 论文研究主要内容与创新点1)主要研究内容(1)智能家居组成结构。(2)云端的配置与使用。(3)云端通信协议。(4) LED灯组驱动。(5) PWM 调光。(6)遥控控制。2)创新点(1)断电后还能保持设置的颜色。(2)能够实现远程控制。#重庆科技学院毕业设计52系统方案设计2.1总体方案概述本次设计主要是实现任务书中对LED灯组的控制要求，实现对智能LED灯具的远程控制、颜色调节、亮度调节。根

7、据此次要求所设计的系统主要由两个部分组成:手机APP客户端、硬件端。APP采用由“云”端所提供的SDK工具包编写实现，主要是用于远程监控与命令下发。硬件端由主控制器、WIFI模块、电源模块、驱动模块、LED灯组成，主控器的功能是将4路PWM占空比和温湿度的值，通过WIFI返回到云端，并根据云端更新后的控制数据，及时的调节每一路PWM的占空比。系统的总体框图如图2. 1所示。2.1系统总体框图2. 2远程控制方案分析和选择远程控制是智能家居的灵魂，它的出现使得我们与家的距离变得不再遥远。智能家居中常见的远程控制有两种方案。方案一：动态域名法，用户在客户电脑上安装花生壳（动态域名解析服务客户端软件

8、），从而将不固定的IP地址与域名捆绑起来，能实现访问该域名就能到达特定的动态IP,然后通远程访问的方式，从而到达网络穿透（不同网络的相互访问）的目的。方案二：通过“云”端作为信息交互的中间环节，单片机通过WIFI模块将信息发送至“云”端，并从“云”端读取数据，用户通过访问云端查询或者修改数据从而达到对设备的控制。这种方式具有成本较低、数据传输较快、开发周期较短等优点。方案一由于采用动态域名方法需要的硬件设备与开发周期都会大大提高，故采用方案二。2. 3功能模块方案选择2. 3.1主控芯片介绍主控芯片作为控制核心，其主要负责数据的上传与下发数据的解码，并控制外设，在本设计中采用STM32F103

9、c8作为处理单元，其具有较高的稳定性、较大的程序存储空间以及各种通信接口，方便与外设的通信。芯片引脚图如图2. 2所示。口口 口口口 nXLCLx46 45 44 43 42 41 40 买, qdCVBAT DiPC13-TAMPER-RTC 中PC14OSC32 IN C3PC15OSC32_OUT C 4PDO OSCJN t5PD1 OSC OUT CO36b VSS.2343332NRST 07ISSA CLQFP48VDOA CPAO-WKUP 2827 PB14PA1 C 11PA2 t2025 PB13U PB12ku i4 is ie i7 isu uq non et u u

10、 u u图 2.2 STM32F103C8 管脚图STM32是意法半导体（STMicroelectronics）推出的超低功耗ARMCortex-M3微控制器。有以下特点内核:ARM32 位 Cortex-M3 CPU,最高工作频率 72MHz, 1. 25DMIPS/MHz,单周期乘法和硬件除法。存储器：片上集成32-512KB的Flash存储器。6-64KB的SRAM存储器。时钟、复位和电源管理：2.0-3.6V的电源供电和I/O接口的驱动电压。POR、PDR和可编程的电压探测器（PVD）。4-16MHZ的晶振。内嵌出厂前调校的8MHz RC振荡电路。内部40 kHz的RC振荡电路，用于C

11、PU时钟的PLL。带校准用于RTC的32kHz的晶振。低功耗：3种低功耗模式：休眠，停止，待机模式。为RTC和备份寄存器供电的VBATo调试模式：串行调试（SWD）和JTAG接口。DMA： 12通道DMA控制器。支持的外设：定时器，ADC, DAC, SPI, IIC和UARTo3个12位的us级的A/D转换器（16通道）：A/D测量范围：0-3.6 V。双采样和保持能力。片上集成一个温度传感器。2 通道 12 位 D/A 转换器：STM32F103xC, STM32F103xD, STM32F103xE 独有。最多高达112个的快速I/O端口：根据型号的不同，有26, 37, 51, 80,

12、和112的I/O端口，所有的端口都可以映射到16个外部中断向量。除了模拟输入，所有的都可以接受5V以内的输入。最多多达11个定时器：4个16位定时器，每个定时器有4个IC/0C/PWM或者脉冲计数器。2个16位的6通道高级控制定时器，最多6个通道可用于PWM输出。2个看门狗定时器（独立看门狗和窗口看门狗）。Systick定时器：24位倒计数器，2个16位基本定时器用于驱动DACo最多多达13个通信接口： 2个IIC接口 （SMBus/PMBus）, 5个USART接口（IS07816 接口，LIN, IrDA 兼容，调试控制），3 个 SPI 接口（18 Mbit/s）,两个和 HS 复用。C

13、AN 接口（2.0B）。USB 2.0 全速接口。SDI0 接口。2. 3. 2 WIFI模块选择WIFI通信是本次设计中的核心，其作为“云”端与整个系统的连接纽带，其性能关系到整个系统的稳定。WIFI芯片常见的有三种驱动方式SDIO、SPI、UARTo其都内置了 802. 11协议并有根据其相应的传输特点分别应用于不同场合，SDI0驱动方式能够应用于对数据传输速度有较高要求的场合，其驱动较为复杂；SPI驱动方式理论速度能达到54M其驱动程序也较为复杂，UART串口驱动方式具有驱动简单，价格低廉,能够满足本次设计的要求，故选用此方案。本次设计采用汉枫HF-LPB100-1 W1F1模块，模块引

14、脚定义如图2.3所示重庆科技学院毕业设计GNDN.CDVDON.CN.CM.CN.CUARTO.TXUARTORTSUARTO.RXUARTOCTSnLmknReadynReloadN.CEXT.RESETnGNDNnnnnnnnnnnnnnnGNDN.CGPIO15GPIO13SWDNXSWCLKGNDONu oZ WPWM1N.CDVDDSleep-ONSleep_RQI N.C图2. 3 WIFI模块管脚图典型应用管脚Reset：模块复位信号低电平有效nlink：模块WIFI连接指示UART0-TXD：模块数据发送端口UART0-RXD：模块数据接收端口2. 3. 3遥控模块选择遥控器是为了满足一些用户的需求如老年人不会使用智能手机，所以为智能LED灯具设计了遥控功能，常见的遥控方式有两种。方案一：红外遥控，红外遥控方式，其控制距离较短发射端与接收头必须保持在一条直线上，给使用带来了不便，从而难以满足用户需求。方案二：使用常见的433无线模块作为遥控方案其具有使用简单控制距离较长，穿透能力较好。2. 3. 4 LED 灯具根据设计任务要求需要设计一个最低功率为9W的智能LED灯。为满足本次设计使用要