CN106714364A - 基于物联网的智能调光led灯和智能照明系统 - Google Patents

基于物联网的智能调光led灯和智能照明系统 Download PDF

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童辉
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Abstract

本发明公开了基于物联网的智能调光LED灯和智能照明系统，包括控制单元、与控制单元连接的LED驱动单元和Zigbee通信单元，LED驱动单元和RGB调光的LED灯连接，Zigbee通信单元与天线连接；基于物联网的智能控制系统，包括控制终端和多个上述的智能调光LED灯，控制终端包括控制模块，以及与控制模块连接的Zigbee通信模块、触摸屏。通过实施本发明达到以下有益效果：由Zigbee通信单元实现自动组网，无需依赖无线路由器，控制终端实现对智能调光LED的控制，网络更加稳定安全；通过控制单元将智能调光LED灯的实时RGB值和亮度值发送到控制终端，用户可以清楚掌握智能调光LED灯的状态。

Description

基于物联网的智能调光LED灯和智能照明系统
技术领域
本发明涉及智能家居领域，更具体地说，涉及一种基于物联网的智能调光LED灯和智能照明系统。
背景技术
随着物联网产业的不断发展，智能家居的概念也逐渐深入人心，同时人们对于智能家居的智能化要求也与日俱增。照明是家居的最主要的部分，智能灯泡也随之产生，目前市场上的智能灯泡功能不够完善，需要与移动通信设备通信，依赖家庭的无线WIFI路由器，一旦路由器不工作或WIFI信号不好，移动通信设备就无法控制智能灯泡，而且WIFI网络的安全性不够，用户名和密码很容易盗用，使智能家居设备的数据泄露。
现有技术上缺少一种不受WIFI信号影响的、同时保证安全性的基于物联网的智能调光LED灯和智能照明系统。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术缺少的上述缺陷，提供一种可以自动组网、并保证网络安全性的基于物联网的智能调光LED灯和智能照明系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种基于物联网的智能调光LED灯，包括控制单元、LED驱动单元和RGB调光的LED灯，所述控制单元与所述LED驱动单元连接，所述LED驱动单元与所述LED灯连接，所述智能调光LED灯还包括Zigbee通信单元和天线，所述控制单元与所述Zigbee通信单元连接，所述Zigbee通信单元与所述天线连接；
所述Zigbee通信单元，用于通过所述天线与外部控制终端实现通信；接收外部控制终端的调光控制信号后发送给所述控制单元，所述调光控制信号包括RGB值和亮度值；接收所述控制单元存储的所述LED灯的实时RGB值和亮度值，再发送给外部控制终端供用户读取；
所述控制单元，用于接收所述Zigbee通信单元收到的所述调光控制信号后，将数字信号转换为对应占空比的PWM波，发送给所述LED驱动单元进行控制；存储所述LED灯的实时RGB值和亮度值，发送给所述Zigbee通信单元；
所述LED驱动单元，用于接收所述控制单元的PWM波，以调整所述LED灯的RGB值和亮度值。
根据本发明的基于物联网的智能调光LED灯，所述控制单元和所述Zigbee通信单元集成在同一带Zigbee功能的处理器上。
根据本发明的基于物联网的智能调光LED灯，所述处理器为德州仪器的型号为CC2530芯片。
根据本发明的基于物联网的智能调光LED灯，所述基于物联网的智能调光LED灯还包括验证单元，所述验证单元用于所述外部控制终端对所述智能调光LED灯进行验证后再加入Zigbee网络。
根据本发明的基于物联网的智能调光LED灯，所述验证单元为与所述控制单元唯一对应的NFC标签。
根据本发明的基于物联网的智能调光LED灯，所述基于物联网的智能调光LED灯还包括存储单元和信号放大单元，所述控制单元与所述存储单元连接，所述信号放大单元连接在所述Zigbee通信单元和所述天线之间。
还构造一种基于物联网的智能照明系统，包括控制终端和多个如权利要求1至6任一项所述的基于物联网的智能调光LED灯，所述控制终端包括控制模块，以及与所述控制模块连接的Zigbee通信模块、触摸屏；
所述Zigbee通信模块，用于与所述基于物联网的智能调光LED灯的Zigbee通信单元通信实现组网；
所述控制终端，用于在组网后对Zigbee网络内的所有所述基于物联网的智能调光LED灯分别进行调光控制；
所述触摸屏，用于分别显示每个所述基于物联网的智能调光LED灯的实时RGB值和亮度值；还用于对所述RGB值和亮度值进行触摸控制。
根据本发明的基于物联网的智能照明系统，还包括与所述控制模块连接的WIFI通信模块，所述WIFI通信模块用于与移动终端通信，由所述移动终端的APP软件对所述控制终端进行操作。
根据本发明的基于物联网的智能照明系统，所述控制终端还包括与所述控制模块连接的验证模块，所述基于物联网的智能调光LED灯还包括验证单元，所述验证模块用于对所述验证单元进行验证，验证通过后所述控制终端将所述智能调光LED灯再加入Zigbee网络。
根据本发明的基于物联网的智能照明系统，所述验证单元为与所述控制单元唯一对应的NFC标签，所述验证模块为NFC模块，所述NFC标签带有所述基于物联网的智能调光LED灯的验证ID，所述验证模块扫描所述NFC标签将所述验证ID记录到白名单中，在所述控制终端进行Zigbee组网时，通过所述Zigbee通信模块接收到所述基于物联网的智能调光LED的Zigbee通信单元发送的所述验证ID，所述控制模块判断该验证ID在所述白名单中则验证通过，将该基于物联网的智能调光LED灯进入到Zigbee网络中。
本发明的基于物联网的智能调光LED灯和智能照明系统，包括控制单元、与控制单元连接的LED驱动单元和Zigbee通信单元，LED驱动单元和RGB调光的LED灯连接，Zigbee通信单元与天线连接；基于物联网的智能控制系统，包括控制终端和多个上述的智能调光LED灯，控制终端包括控制模块，以及与控制模块连接的Zigbee通信模块、触摸屏。通过实施本发明的基于物联网的智能调光LED灯和智能控制系统，达到以下有益效果：由Zigbee通信单元实现自动组网，无需依赖无线路由器，控制终端实现对智能调光LED的控制，网络更加稳定安全；通过控制单元将智能调光LED灯的实时RGB值和亮度值发送到控制终端，用户可以清楚掌握智能调光LED灯的状态。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明的基于物联网的智能调光LED灯的优选实施例的示意图；
图2是图1的优选实施例的电路原理图；
图3是图1的优选实施例的处理器的电路原理图；
图4是本发明的基于物联网的智能调光LED灯的又一实施例的示意图；
图5是本发明的基于物联网的智能调光LED灯的另一实施例的示意图；
图6是图5的优选实施例的电路原理图；
图7是本发明的基于物联网的智能照明系统的优选实施例的示意图；
图8是本发明的基于物联网的智能照明系统的另一实施例的示意图；
图9是图8的优选实施例的验证流程图。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参照图1，为本发明的基于物联网的智能调光LED灯的优选实施例的示意图，包括控制单元、与控制单元连接的LED驱动单元和Zigbee通信单元，以及分别与LED驱动单元连接的RGB的LED灯、与Zigbee通信单元连接的天线。
Zigbee通信单元与天线连接，通过天线与外部控制终端之间实现通信。Zigbee通信单元用于接收外部控制终端的调光控制信号后发送给控制单元，调光信号包括RGB值和亮度值；Zigbee通信单元还用于接收到控制单元存储的LED灯实时RGB值和亮度值，再发送给外部控制终端，外部控制终端实时显示LED灯的RGB值和亮度值。
控制单元用于接收Zigbee通信单元收到的调光控制信号后，将数字信号转换为对应占空比的PWM波，对LED驱动单元进行控制，通过LED驱动单元驱动LED灯改变RGB值和亮度值；控制单元还用于存储LED灯的RGB值和亮度值，通过Zigbee通信单元发送给外部控制终端，供外部控制终端的显示。
LED驱动单元用于接收控制单元的PWM波，来调整控制LED灯的RGB值和亮度值。
本发明的基于物联网的智能调光LED灯的工作原理如下：通过天线接收发送信号，使得与天线连接的Zigbee通信单元与外部控制终端之间实现通信，Zigbee通信单元接收外部控制终端的调光控制信号，发送给控制单元；控制单元将数字信号转换为对应占空比的PWM波，对LED驱动单元进行控制，进而对LED灯的RGB值和亮度值进行调整，以达到调整LED灯的亮度、色彩、色温。控制单元存储LED灯的RGB值和亮度值，再通过Zigbee通信单元发送给外部控制终端，外部控制终端可以实时显示LED灯的RGB数值。
具体的，如图2所示的该优选实施例的电路原理图。其中的控制单元和Zigbee通信单元集成在同一处理器上，处理器为德州仪器的CC2530。该处理器具有Zigbee功能，是德州仪器生产的符合ZigBee技术的2.4GHz射频系统单芯片，适用于各种ZigBee或类似ZigBee的无线网络节点，包括调谐器、路由器和终端设备。处理器CC2530整合了ZigBee射频（RF）前端、内存和微控制器，使用8位MCU（8051）、128/256KB可编程闪存和8KB的RAM，还包含模拟数字转换器(ADC)、定时器（Timer）、AES128协同处理器、看门狗定时器、32kHz晶振的休眠模式定时器、上电复位电路、掉电检测电路、PWM波发生器，以及21个可编程I/O引脚。
如图3所示的该实施例的处理器CC2530的电路原理图。处理器的4个I/O引脚均具有PWM波发生器的功能，可以产生PWM波，4个I/O引脚分别连接到LED驱动单元的R、G、B和W接口。处理器接收到外部的调光控制信号，包括RGB值和亮度值，经处理后分别改变各个引脚产生的PWM波的波形占空比，通过改变波形占空比分别调节R、G、B和W的数值，再通过LED驱动单元从而驱动LED灯改变RGB值和亮度值。
LED驱动单元包括整流桥、变压器、开关控制芯片和降压转换芯片。整流桥外接220W交流电，将220V交流电转换为直流电；整流桥与变压器连接，变压器将220V的直流电变压转换为22V直流电；变压器分别为开关控制芯片和降压转换芯片提供22V直流电；开关控制芯片用于驱动LED， 开关控制芯片的R、G、B和W接口分别与处理器的对应的引脚连接，接受处理的PWM波信号，从而控制LED灯的RGB值和亮度值；降压转换芯片与处理器连接，将22V直流电转换为3.3V直流电，为处理器提供3.3V稳定的直流电压。
可以理解的，还有其他带有Zigbee功能的芯片也可以应用到本申请中，不局限于上述的芯片。
如图 4所示的本发明的基于物联网的智能调光LED灯的又一优选实施例，还包括用于连接到Zigbee网络时验证身份的验证单元。Zigbee网络内可能存在多个待入网的智能调光LED灯，这些待入网设备种类繁多，用户往往只希望其允许的设备加入到网络中，以保证Zigbee网络的安全性，这时就需要验证智能调光LED灯的身份，通过验证的才能加入到Zigbee网络中。
验证单元可以是NFC标签。以上述的处理器CC2530为例，将处理器CC 2530的标示信息写入NFC标签中作为验证ID，处理器中的标示信息都是每个处理器专属的，保证了每个处理器对应唯一的NFC标签，也就是每个智能调光LED灯对应唯一的NFC标签。外部控制终端扫描智能调光LED灯的NFC标签后，记录该智能调光LED灯的验证ID，外部控制终端Zigbee组网时，接收到该智能调光LED灯发送的验证ID，判断到有该验证ID的记录，再将该智能调光LED灯加入到Zigbee网络中。
NFC标签可以设置在智能调光LED灯上，为方便扫描也可以与智能调光LED分离设置，但是保证了与智能调光LED灯唯一对应。
验证单元也可以是RFID标签，RFID标签根据设置，与智能调光LED灯唯一对应。可以理解的，只要与智能调光LED灯唯一对应的方式，可以验证智能调光LED灯的身份的其他方式也适用于本申请。
进一步的，如图5所示的本发明的基于物联网的智能调光LED灯的另一优选实施例，还包括与控制单元连接的存储单元，以及与Zigbee通信单元连接、再连接到天线的信号放大单元。
一般控制单元都自带一定容量的存储空间，但是存储空间有限。当进行数据量较大的操作处理时，就需要单独的存储单元。例如，控制单元升级处理，升级所需的数据较大，可以暂存在存储单元中，供控制单元升级所用。
另外，Zigbee通信单元的Zigbee通信距离有限，当需要延长通信距离和扩大通信范围时，连接到通信放大单元可以放大信。
具体的，如图6所示的该实施例的电路原理图。存储单元采用型号为M25PE存储芯片。
针对控制单元和Zigbee通信单元采用处理器CC2530时，信号放大单元采用型号为FR6505DS芯片，连接到处理器CC2530的RF_P和RF_N接口，通过差分线的方式与处理器CC2530实现通信。通常Zigbee通信距离仅为100米左右，采用放大单元后，通信距离延长至1000米左右。
上述实施例的基于物联网的智能调光LED灯，其中Zigbee通信单元与外部的控制终端中的Zigbee通信模块之间进行通信，由控制终端实现对智能调光LED灯的控制；控制终端可以同时与多个智能调光LED灯实现通信，对多个智能调光LED灯实现控制，控制终端和多个智能调光LED灯组成基于物联网的智能照明系统，参见图7。如图7所示的，控制终端包括控制模块，以及与控制模块连接的Zigbee通信模块、触摸屏。
Zigbee通信模块与智能调光LED灯中的Zigbee通信单元实现通信。ZigBee采用IEEE802.15.4标准，利用全球共用的公共频率2.4 GHz，应用于监视、控制网络，具有非常显著的低成本、低耗电、自组织、网络节点多、传输距离远等优势，是在网络模块的通信范围内，通过自动寻找，ZigBee模块很快就可以形成一个互联互通的ZigBee网络，每一个ZigBee网络数传模块之间可以相互通信。目前被视为替代有线监视和控制网络领域最有前景的技术之一。通过Zigbee通信模块的组网，形成智能照明系统。
触摸屏用于显示与控制终端连接的所有智能调光LED灯的实时RGB值和亮度值；触摸屏同时还具有交互控制功能，通过对触摸屏的触控操作，实现对智能调光LED灯调光的操作。
可以理解的，控制终端还可以包括WIFI通信模块，通过WIFI通信模块与移动终端通信，由移动终端的APP软件来对控制终端进行操作。移动终端包括手机、平板电脑等等。
本发明的基于物联网的智能照明系统的工作原理如下：用户在控制终端的触摸屏中选中一智能调光LED灯，触摸屏进一步显示亮度条和RGB色盘。通过Zigbee模块与智能调光LED灯的Zigbee通信单元通信，控制单元通过Zigbee通信单元与控制终端的Zigbee模块通信，将实时RGB值和亮度值发给控制终端，通过触摸屏的亮度条的拖块和RGB色盘的选中区域的位置来通过显示实时的数值。
用户对该智能调光LED灯进行触控操作，可以拖动亮度条上的拖块对亮度值进行调节，也可以通过移动RGB色盘上的选中区域来调节RGB值，调节过程中，触摸屏将更新后的亮度值和RGB值，转发给控制模块，控制模块通过Zigbee通信模块与智能调光LED灯的Zigbee通信单元通信，将控制信号发送给智能调光LED灯的控制单元，控制单元收到控制信号后，进行处理后再将控制信号转发给LED驱动单元，LED驱动单元控制LED灯的RGB值和亮度值。
控制终端还包括WIFI通信模块，通过WIFI信号与手机、平板电脑等移动设备通信，在手机或平板电脑上安装APP软件，通过APP软件实现对控制终端的控制。移动设备可以实现对所有智能调光LED灯的开/关控制、RGB数值控制，并可以查看智能调光LED灯的开光状态或实时RGB数值数据。
进一步，为了保证Zigbee网络的安全，控制终端有选择的添加设备入网，就需要验证设备的身份，通过验证的才能加入到Zigbee网络中。如图8所示的，基于物联网的智能照明系统的另一实施例，控制终端还包括验证模块，智能调光LED灯还包括验证单元。验证单元为NFC标签时，验证模块为NFC模块。
图9是图8的优选实施例的验证流程图。控制终端的NFC模块扫描智能调光LED灯的NFC标签后，记录该智能调光LED灯的验证ID到白名单内，外部控制终端Zigbee组网时，接收到该智能调光LED灯发送的验证ID，判断到该验证ID在白名单内，再将该智能调光LED灯加入到Zigbee网络中。NFC标签可以设置在智能调光LED灯上，为方便扫描也可以与智能调光LED分离设置，但是保证了与智能调光LED灯唯一对应。
验证单元也可以是RFID标签，验证模块为RFID模块，RFID模块根据设置，与智能调光LED灯唯一对应。可以理解的，只要与智能调光LED灯唯一对应的方式，可以验证智能调光LED灯的身份的其他方式也适用于本申请。
智能调光LED灯和验证模块是一一对应的，即使在于智能调光LED灯分离的时候，也可以通过读取验证模块来识别该智能调光LED灯，操作更加方便快捷。通过设置验证模块和验证单元，未经过验证的智能调光LED灯则无法加入智能照明系统，进一步保证了Zigbee网络的安全性以及唯一性。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (10)

1.一种基于物联网的智能调光LED灯，包括控制单元、LED驱动单元和RGB调光的LED灯，所述控制单元与所述LED驱动单元连接，所述LED驱动单元与所述LED灯连接，其特征在于，所述智能调光LED灯还包括Zigbee通信单元和天线，所述控制单元与所述Zigbee通信单元连接，所述Zigbee通信单元与所述天线连接；
所述Zigbee通信单元，用于通过所述天线与外部控制终端实现通信；接收外部控制终端的调光控制信号后发送给所述控制单元，所述调光控制信号包括RGB值和亮度值；接收所述控制单元存储的所述LED灯的实时RGB值和亮度值，再发送给外部控制终端供用户读取；
所述控制单元，用于接收所述Zigbee通信单元收到的所述调光控制信号后，将数字信号转换为对应占空比的PWM波，发送给所述LED驱动单元进行控制；存储所述LED灯的实时RGB值和亮度值，发送给所述Zigbee通信单元；
所述LED驱动单元，用于接收所述控制单元的PWM波，以调整所述LED灯的RGB值和亮度值。
2.根据权利要求1所述的基于物联网的智能调光LED灯，其特征在于，所述控制单元和所述Zigbee通信单元集成在同一带Zigbee功能的处理器上。
3.根据权利要求2所述的基于物联网的智能调光LED灯，其特征在于，所述处理器为德州仪器的型号为CC2530芯片。
4.根据权利要求1所述的基于物联网的智能调光LED灯，其特征在于，所述基于物联网的智能调光LED灯还包括验证单元，所述验证单元用于所述外部控制终端对所述智能调光LED灯进行验证后再加入Zigbee网络。
5.根据权利要求4所述的基于物联网的智能调光LED灯，其特征在于，所述验证单元为与所述控制单元唯一对应的NFC标签。
6.根据权利要求1所述的基于物联网的智能调光LED灯，其特征在于，所述基于物联网的智能调光LED灯还包括存储单元和信号放大单元，所述控制单元与所述存储单元连接，所述信号放大单元连接在所述Zigbee通信单元和所述天线之间。
7.一种基于物联网的智能照明系统，其特征在于，包括控制终端和多个如权利要求1至6任一项所述的基于物联网的智能调光LED灯，所述控制终端包括控制模块，以及与所述控制模块连接的Zigbee通信模块、触摸屏；
所述Zigbee通信模块，用于与所述基于物联网的智能调光LED灯的Zigbee通信单元通信实现组网；
所述控制终端，用于在组网后对Zigbee网络内的所有所述基于物联网的智能调光LED灯分别进行调光控制；
所述触摸屏，用于分别显示每个所述基于物联网的智能调光LED灯的实时RGB值和亮度值；还用于对所述RGB值和亮度值进行触摸控制。
8.根据权利要求7所述的基于物联网的智能照明系统，其特征在于，还包括与所述控制模块连接的WIFI通信模块，所述WIFI通信模块用于与移动终端通信，由所述移动终端的APP软件对所述控制终端进行操作。
9.根据权利要求7所述的基于物联网的智能照明系统，其特征在于，所述控制终端还包括与所述控制模块连接的验证模块，所述基于物联网的智能调光LED灯还包括验证单元，所述验证模块用于对所述验证单元进行验证，验证通过后所述控制终端将所述智能调光LED灯再加入Zigbee网络。
10.根据权利要求9所述的基于物联网的智能照明系统，其特征在于，所述验证单元为与所述控制单元唯一对应的NFC标签，所述验证模块为NFC模块，所述NFC标签带有所述基于物联网的智能调光LED灯的验证ID，所述验证模块扫描所述NFC标签将所述验证ID记录到白名单中，在所述控制终端进行Zigbee组网时，通过所述Zigbee通信模块接收到所述基于物联网的智能调光LED的Zigbee通信单元发送的所述验证ID，所述控制模块判断该验证ID在所述白名单中则验证通过，将该基于物联网的智能调光LED灯进入到Zigbee网络中。
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