智能家居灯光控制系统的设计与实现毕业设计;dduk.docx
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1、 湘潭大学毕业设计说明书 题 目:智能家居灯光控制系统的设计与实现 学 院: 信息工程学院专 业: 电子信息工程学 号: 2006550806姓 名: 李焕指导教师: 姚志强 完成日期: 2010年5月 湘 潭 大 学毕业设计任务书 设计题目: 智能家居灯光控制系统的设计与实现 学号: 2006550806 姓名: 李焕 专业: 电子信息工程 指导教师: 系主任:一、主要内容及基本要求收,利用DSP的仿真环境CCS实现服务器端的socket编程,并利用 二、重点研究的问题 三、进度安排四、应收集的资料及主要参考文献 科技大学出版社,2003. 用,2006,26(12):299302. 湘 潭
2、 大 学毕业设计评阅表学号: 2006550806 姓名: 李焕 专业 : 电子信息工程 毕业设计题目: 智能家居灯光控制系统的设计与实现 湘 潭 大 学毕业设计鉴定意见 学号: 2006550806 姓名: 李焕 专业: 电子信息工程毕业设计说明书 29 页 图 表 17 张 目 录摘要 . I Abstract . II 引言 . 1第1章 开发系统简介 . 41.1 MATLAB环境简介 . 41.2 TMS320C6000软件开发环境 . 51.3 ICETEK-DM642-AVM评估板简介. 6第2章 灯光控制系统客户端功能设计及调试 . 82.1 智能灯光系统 . 82.1.1 智
3、能灯光系统的功能 . 82.1.2 灯光控制系统设计 . 92.2 客户端GUI程序设计 . 102.2.1 图形用户界面概述 . 102.2.2 客户端GUIDE界面设计 . 122.3 MATLAB GUI程序转换成可执行文件 . 15第3章 远程通信的设计与调试 . 173.1 网络通信模块设计 . 173.2 服务器端的socket程序设计 . 193.2.1 TI通信开发套件NDK的结构 . 193.2.2 NDK的配置和使用 . 193.2.3 TCP/IP堆栈的初始化和配置 . 203.2.4网络应用程序的开发 . 203.3 客户端的UDP程序设计 . 223.4 网络通信调试
4、 . 23第4章 总结和展望 . 264.1 课题总结 . 264.2 课题展望 . 26 致谢 . 28 参考文献 . 29 智能家居灯光控制系统的设计与实现摘要:随着信息技术的应用领域向着人类生活逐渐渗透,智能家居有着非常好的发展前景。智能灯光控制系统作为智能家居系统的一部分,也是依托家庭网络的一个智能系统。对于灯光控制系统的研究,将有助于推动整个智能家居系统的发展。关键词:智能家居灯光控制;图形用户界面;用户数据报协议;DSP的软件仿真环境;网络通信 I Smart Home Lighting Control System Design and ImplementationAbstrac
5、t: With the application of information technology gradually penetrate towards human life, Smart Home has a very good development prospects.Intelligent lighting control systems as part of the smart home, is relying on an intelligent home network system.The lighting control system, will help promote t
6、he development of the smart home system.In this paper,MATLAB GUI design a visual user control interface. A typical client/server model to achieve a network communication. The client-side is using MATLAB toolbox tool to create a UDP client to receive and transmit the data.DSP software simulation envi
7、ronment CCS is used to achieve a server-side socket programming.After it is complied,the .out file is available. Download the .out file to the ICETEK-DM642-AVM evaluation board,the four users light will show the received data to simulation the operating mode of the family lighting effects.Keywords:
8、Smart Home Lighting Control System; GUI; UDP;CCS; network communicationII 引言一、选题的目的和现实意义近年来,随着国民经济和科学技术水平的提高,特别是计算机技术、网络技术、通信技术、控制技术的迅速发展,促使了社会信息化的加速,使人们的工作生活和通讯的关系日益紧密。信息化的社会在改变人们工作习惯与生活方式的同时,对传统住宅的自动化,信息化,环境舒适化、安全化提出了挑战。信息化影响了人们生活的各个方面,改变了人们的生活习惯,提高了人们的生活质量,家居智能化也正是在这种形势下应运而生。智能家居系统是利用先进的计算机、嵌入式系统
9、和网络通讯技术,将家庭中的各种设备(如照明系统、安防系统、网络家电)通过家庭网络连接到一起。一方面,智能家居让用户有更方便的手段来管理家庭设备;另一方面,智能家居内的各种设备相互间可以通讯,不需要用户控制也能根据不同的状态互动运行,它对改善现代人类的生活质量,创造舒适、安全、便利的生活空间有着非常重要的意义。智能家居的开发与建设是21世纪科技发展的必然趋势。在照明领域,人们已经不满足于单纯地提供亮度这一功能,而是面向系统控制方式的灵活和视觉上的艺术美感发展,智能照明系统就是在这样的背景下产生的。传统的控制方式能量流和信息流合一,控制简单、有效、直观,但其一旦布线完成后系统就不能再改动。相比之下
10、,智能家居系统拥有安全、方便、高效、快捷、智能化和个性化的独特魅力,因此具有非常广阔的市场前景,相信具有在不久的将来就会在普通家庭中普及。照明灯光是生活中不可缺少的部分。那么智能照明控制系统也就是智能家居系统中不可缺少的一部分,对其的研究有很大的社会价值。以下是智能照明系统的特点:(1) 创造有效率的照明环境、实现节约能源的功能。借助各种不同的预设置控制方式,对不同时间不同环境进行精确设置和合理管理,充分利用自然光,自动调节照度,只有在必要时才把灯点亮或者点到要求的照度,利用最少的能源保证所要求的照度水平,节能效果十分明显。(2) 延长光源寿命。系统具有软启动和软关断技术,避免了开启灯具时电流
11、对灯丝的热冲击,使得灯具寿命延长。(3) 提高照明质量。系统会按照预先设置的标准亮度使照明区域保持恒定的照度,而不受灯具效率降低和墙面反射衰减的影响。(4) 以人为本的科学化照明。以人的行为、视觉功效、视觉生理心理研究为基础,开发更具有科学含量的、以人为本的高效、舒适、健康的智能化照明。进一步地满足不同个体、不同层次群体的照明要求,是使照明从满足一般人的需求到满足个体、个性需 1 求的必不可少的技术手段。二、选题的国内外研究现状智能照明系统一般由传感器(如光线感应器、面板开关等)、执行器(如调光电子镇流器)、网络通讯单元(路由器、中继站等)以及辅助单元(如电源,导轨)等组成,遵循统一的网络协议
12、,借助各种不同的预设置控制方式和控制元件,对不同时间不同环境的光亮度进行精确设置和合理管理。此外智能照明系统中还可对荧光灯进行调光控制,由于荧光灯采用了有源滤波技术的可调光电子镇流器,降低了谐波的含量,提高了功率因数,降低了低压无功损耗。现代意义上的智能照明网络是从舞台灯光控制系统发展起来的:1986年美国影视剧场技术协会(USITT)的工程委员会开始制定控制灯光设备和附件的数字式传输协议DMX512协议,1990年发布正式文本。现在调光网络领域中影响较大的CAN协议和ART-net协议都是在此基础上发展而来的。随着楼宇自动化和办公自动化的兴起,智能照明控制系统的应用从剧场的舞台灯光逐渐转向各
13、种建筑物的照明。照明控制技术方式已由集中控制方式转变到集散控制和分布式控制。特别是分布式控制的出现,使照明控制方式达到了比较完善的应用。与此同时,面向建筑物照明的网络协议也纷纷涌现,并各有特色。根据协议的开发背景和功能特点大致这些协议可分为以下几类:一类是著名的灯光设备制造厂商单独开发的,如澳大利亚Clipsal的C-Bus协议和Dynalite公司的Dynet协议,美国路创的LUTRON灯光控制技术等;另一类是某一领域的厂商联合起来,针对专门调光系统制定的协议,如DALI协议;还有一类是智能家居协议中的灯光控制部分,如EIB和X-10系统的灯光控制子系统等。三、选题的研究方法远程控制必须通过
14、网络才能进行。目前TCP/IP协议应用范围最广,所以在本设计将TCP/IP协议移植到DSP上,以其作为服务器端。这样可以通过互联网访问DSP,充分利用DSP强大的数据处理能力和极高的运行速度来实时处理数据,从而实现对智能家居系统的控制。UDP(用户数据报协议)是一种面向无连接的不可靠的协议,UDP报头中包含校验和,能够用来检测和丢弃包含无码的包。它适合进行实时通信,因此 的。在具体实现时客户端利用MATLAB做出GUI作为控制界面并创建UDP对象,而在服务器端(以DSP为核心)采用TI NDK下的Socket编程来实现。最终的实验可以通过MATLAB开发出的GUI在局域网内以远程访问的方式来控
15、制DSP,模拟控制家居中灯具的运行模式,设计达到了预期的效果。四、论文结构引言对选题的目的、现实意义、国内外研究状况、研究方法和论文结构进行了阐述。第一章简要介绍开发系统所使用的软硬件环境。第二章介绍了灯光控制系统客户端的设计及调试。介绍了客户端的GUI程序设计以及将其转换为可执行文件的步骤。第三章介绍了系统的网络通信。分别介绍了远程通信控制系统的客户端和服务器端的设计。第四章总结3 第1章 开发系统简介1.1 MATLAB环境简介在科学研究和工程应用中,往往要进行大量的数学计算,其中包括矩阵运算。这些运算一般来说难以用手工精确和快捷地进行,而要借助计算机编制相应的程序做近似计算。目前流行用B
16、asic、Fortran和C语言编制计算程序, 既需要对有关算法有深刻的了解,还需要熟练地掌握所用语言的语法及编程技巧。对多数科学工作者而言,同时具备这两方面技能有一定困难。通常,编制程序也是繁杂的,不仅消耗人力与物力,而且影响工作进程和效率。为克服上述困难,美国Mathwork公司于1967年推出了Matrix Laboratory(缩写为Matlab)软件包,并不断更新和扩充。目前的版本(windows环境)是一种功能强、效率高便于进行科学和工程计算的交互式软件包。其中包括:一般数值分析、矩阵运算、数字信号处理、建模、系统控制和优化等应用程序,并集应用程序和图形在一个便于使用的集成环境中。
17、在此环境下所解决问题的Matlab语言表述形式和其数学表达形式相同,不需要按传统的方法编程。Matlab大大降低了对使用者的数学基础和计算机语言知识的要求,而且编程效率和计算效率极高,还可在计算机上直接输出结果和精美的图形拷贝。综上所述,Matlab语言有如下特点:(1) 编程效率高它是一种面向科学与工程计算的高级语言,允许用数学形式的语言编写程序且比Basic、Fortran和C等语言更加接近我们书写计算公式的思维方式,用Matlab编写程序犹如在演算纸上排列出公式与求解问题。因此,Matlab语言也可通俗地称为演算纸式科学算法语言。由于它编写简单,所以编程效率高,易学且易懂。(2) 用户使
18、用方便Matlab语言是一种解释执行的语言(在没被专门的工具编译之前),它灵活、方便,其调试程序的手段丰富,调试速度快,需要学习的时间短。人们用任何一种语言编写程序和调试程序一般都要经过四个步骤:编辑、编译、连接以及执行和调试。各个步骤之间是顺序关系,编程的过程就是在它们之间作瀑布型的循环。Matlab语言与其它语言相比,较好地解决了上述问题,把编辑、编译、链接和执行融为一体。它能在同一画面上进行灵活操作,快速排除输入程序中的书写错误、语法错误甚至语意错误,从而加快了用户编写、修改和调试程序的速度。具体地说,Matlab运行时,如直接在命令行输入Matlab语句(命令),包括调用M文件的语句,
19、每输入一条语句,就立即对其进行处理,完成编译、链接和运行的全过程。(3) 扩充能力强4 高版本的Matlab语言有丰富的库函数,在进行复杂的数学运算时可以直接调用,而且Matlab的库函数同用户文件在形成上一样,所以用户文件也可作为Matlab的库函数来调用。因而,用户可以根据自己的需要方便地建立和扩充新的库函数,以便提高Matlab使用效率和扩充它的功能。(4) 语句简单,内涵丰富Mat1ab语言中最基本最重要的成分是函数,其一般形式为a,b,c = fun(d,e,f,),即一个函数由函数名,输入变量d,e,f,和输出变量a,b,c组成。同一函数名F,不同数目的输入变量(包括无输入变量)及
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