CN107257591A - 一种基于Zigbee和Qt的LED智能照明无线控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于Zigbee和Qt的LED智能照明无线控制系统，包括中央控制模块、路由器、数个终端设备和监控中心，终端设备包括单灯控制器及分别与之连接的LED、可调光恒流驱动模块、照度传感器和温度传感器，单灯控制器还与路由器连接，将LED的工作状态通过Zigbee网络汇总到中央控制模块，并通过Zigbee网络接收控制指令对LED进行PWM调光；所述中央控制模块包括主机处理器和中心协调器，中心协调器接入Zigbee网络，中心协调器通过串口与主机处理器连接，一方面将各终端设备传送来的工作状态数据送至主机处理器，另一方面将主机处理器的控制指令发送给对应的终端设备；监控中心向中央控制模块输入控制指令。此种控制系统具有寿命长、能耗小、绿色无污染、易于控制等优点。

Description

一种基于Zigbee和Qt的LED智能照明无线控制系统

技术领域

本发明属于智能照明领域，特别涉及一种基于Zigbee和Qt的LED智能照明无线控制系统。

背景技术

“智慧城市”的概念早在几年前就已有人提出，伴随着以物联网、云计算、移动互联网为代表的新一代信息技术的发展,使智慧城市时代真正到来。其中较引人注目的是照明技术与控制技术相融合的智能照明，保证了照明质量的提高和节能降耗得以落实，成为智慧城市的重要组成部分。

随着生活水平的提高，人们不满足于普通照明应用，对光源的的品质有一定的要求，特别是其色温和显色指数，光源色温对人的昼夜生物节律和不同环境温度下体温的调节都具有重要作用。

传统照明有布线繁琐、扩展性差、人工管理、功能单一、“长明灯”耗能严重等诸多缺陷，促进了智能照明的发展。然而目前的智能照明并没有做到真正的智能，只实现了简单的控制和功能简单的叠加，使用起来既没有更方便也没有更智能。LED半导体节能光源与无线传感网络的迅猛发展，尤其ZigBee技术的出现与成熟，给照明控制系统的“网络化、智能化、节能化”家园构想带来了广阔的发展空间和应用前景。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种基于Zigbee和Qt的LED智能照明无线控制系统，其具有寿命长、能耗小、绿色无污染、易于控制等优点。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种基于Zigbee和Qt的LED智能照明无线控制系统，包括中央控制模块、路由器、数个终端设备和监控中心，其中，终端设备包括单灯控制器，以及分别与之连接的LED、可调光恒流驱动模块、照度传感器和温度传感器，所述单灯控制器还与路由器连接，通过路由器接入Zigbee网络，定时将LED的工作状态通过Zigbee网络汇总到中央控制模块，同时，单灯控制器还通过Zigbee网络接收来自中央控制模块的控制指令，并通过可调光恒流驱动模块对LED进行PWM调光；所述中央控制模块包括主机处理器和中心协调器，中心协调器接入Zigbee网络，从而与路由器建立通信连接，所述中心协调器通过串口与主机处理器连接，中心协调器一方面将各终端设备传送来的工作状态数据送至主机处理器，另一方面将主机处理器的控制指令发送给对应的终端设备；所述中央控制模块还与监控中心连接，监控中心用于向中央控制模块输入控制指令。

上述中心协调器通过RS-232串口与主机处理器连接。

上述可调光恒流驱动模块采用PT4115恒流驱动器。

上述单灯控制器将LED的工作状态数据以无线数据包的形式通过2.4GHz天线发射。

上述单灯控制器包含有电源电路、复位电路、时钟模块和串口模块。

采用上述方案后，本发明采用RGBW四通道配光技术，相比RGB三通道配光技术，RGBW四通道LED灯显色指数高，可调色域范围广；Zigbee技术主要特点是简单易用、低速率、低功耗、高安全性能、自动动态组网、网络的容量大等优点；Qt是一种跨平台应用程序和UI开发框架，使用Qt只需一次性开发应用程序，无需重新编写源代码，便可跨不同桌面和嵌入式操作系统部署这些应用,使本系统应用范围更广，软件开发成本少，开发周期短；本发明设置为两种模式：一种是手动模式即人可以根据自己的需要通过手机、PC机、云服务器管理相结合的方式实现对照明系统的各种专业控制功能；另一种是自动模式即采用RBF神经网络算法结合Matlab软件设计基于RBF神经网络自整定参数的PID控制器，实现工作面恒照度智能控制和温度-色调补偿控制。

本发明的有益效果是：传统的白炽灯耗能严重，布线麻烦且不安全，白光芯片LED光源色温不可调，更不能满足人们对色彩照明的需要，RGB三色LED光源色彩变化丰富但白光部分不理想。本发明采用RGBW四色LED光源，能更好满足人们对普通照明的需求和其他照明需要；系统具有自适应调节能力使照明效果更好，更加节能；使用Qt开发的监控软件跨平台能力强，节约软件开发成本和缩短开发周期；该系统节能高效，一体化管理，操作简单，应用场合广，能实现自适应照明，温度-色温补偿照明以及其他艺术照明。

附图说明

图1是本发明的整体架构图；

图2是本发明中单灯控制器的原理图；

图3是本发明中手动控制原理图；

图4是本发明中自动控制原理图；

图5是本发明中RBF神经网络PID控制原理图；

图6是本发明中上位机监控原理框图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。

如图1所示，本发明提供一种基于Zigbee和Qt的LED智能照明无线控制系统，包括中央控制模块、路由器、数个终端设备和监控中心，下面分别介绍。

所述终端设备包括单灯控制器，以及分别与之连接的LED、可调光恒流驱动模块、照度传感器和温度传感器，其中，所述照度传感器用于感测环境照度，并将感测的照度数据送入单灯控制器；所述温度传感器设于LED附近，用于感测LED的温度情况，并将感测的温度数据送入单灯控制器；所述单灯控制器还与路由器连接，通过路由器接入Zigbee网络，与中央控制模块建立通信连接，定时将LED的工作状态(包含温度数据和照度数据)以无线数据包的形式通过2.4GHz天线发射，通过Zigbee网络汇总到中央控制模块，同时，单灯控制器还通过Zigbee网络接收来自中央控制模块的控制指令，并通过可调光恒流驱动模块对LED进行PWM调光。

所述中央控制模块包括主机处理器和中心协调器，其中，中心协调器接入Zigbee网络，从而与路由器建立通信连接，实现中央控制模块与各终端设备之间的通信；所述中心协调器通过RS-232串口与主机处理器连接，中心协调器一方面将各终端设备传送来的工作状态数据送至主机处理器，经主机处理器的逻辑判断与智能分析后，实现智能调光、分组群控、情景模式等复杂功能，另一方面将主机处理器的控制指令发送给对应的终端设备，对指定的LED进行控制。

所述中央控制模块还与监控中心连接，监控中心具体可采用手机和遥控器两种形式，用于输入控制指令。

如图2所示，所述单灯控制器设有电源电路、复位电路、时钟模块、串口模块等，将照明现场的照度数据、温度数据等环境参数转发至中心协调器，同时接收重要控制模块的指令，根据调光策略对LED进行PWM调光。

PWM即脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation)，简称脉冲调制，是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，利用PWM控制信号，通过控制LED的正向工作电流的占空比来调节LED的发光亮度。

在本发明中，PWM调制实现的方法为：利用CC2530的定时器1和它的5个独立通道，定时器1用来产生PWM波形，并通过5个通道对外输出，通过端口设置选择四个通道分别控制红(R)、绿(G)、蓝(B)、白(W)四色分量。产生的PWM调光信号经过Zigbee网络被终端设备接收，将该信号加到PT4115恒流驱动器的DIM管脚进行调光。

如图6所示，监控中心采用Qt开发的一种监控软件，可跨不同桌面和嵌入式系统安装，其包括：用户登录、照明设备监控、用户管理三大部分，每部分又细分为很多小的功能模块。用户登录包括登录、注册以及密码找回几个模块，主要功能是：为用户提供系统入口；当用户无用户名和密码时为用户提供注册入口；用户忘记密码可以通过该模块进行密码修改。照明设备监控模块和嵌入式软件的联系最为密切，它包括实时控制和实时显示模块，主要是为远程以及本地客户机提供操控数据，显示本地客户机反馈状态消息。用户管理模块是软件的数据管理中心，主要由照明设备管理模块和账户管理模块构成。设备管理模块又细分为设备增加、设备删除、设备信息更改三个功能，用户可以根据实际照明设备的需求进行设备信息设定。账户管理模块用于进行用户账户信息的维护，分为账户删除、账户增加、账户信息维护三部分，管理员可以根据需求进行账户的增删、用户名或密码的更改。该系统具有智能调光调色温调颜色、场景设置、分组群控、无线遥控、远程控制和自适应照明，温度-色温补偿照明以及其他艺术照明。

该系统预设两种模式为手动模式和自动模式，两种模式可以切换，区别是手动模式不对外部环境参数做任何综合分析与智能判断，只接收人下达的指令进行调光，而自动模式是协调器实时接收终端节点传送回来的环境参数，经过综合分析作出智能判断，将指令传送给RBF神经网络自整定参数的PID控制器进行智能调光。

结合图3，所述手动模式是人可以根据自己的需要通过手机、PC机、云服务器管理相结合的方式实现对照明系统的各种专业控制功能，不需要对外部环境参数做任何综合分析与智能判断。当照明设备控制终端电源打开，并成功加入网络，接收到人发送的命令后，经判断是控制命令，则进一步判定是什么控制命令，并对命令进行实现。

结合图4，所述自动模式是系统不需要人的干扰，自主运行并达到预设的照明，智能照明自适应控制系统具有随环境照度变化而保持恒照度不变以及随环境温度变化的温度—色调(温度下降，暖色温增加；温度上升，冷色温增加)智能控制两大功能。

结合图5，所述RBF神经网络自整定参数的PID控制器是将RBF神经网络应用于传统的PID控制器，使输出层神经元的输出状态对应于PID控制器的三个可调参数Kp、Ki、Kd。RBF神经网络根据系统的运行状态，即系统的给定光照度R(t)和实际的输出光照度的偏差，自动调节PID控制器的参数，从而使得LED实现恒照度。

综合上述，本发明一种基于Zigbee和Qt的LED智能照明无线控制系统，在LED光源内嵌控制终端，电源采用恒流驱动技术，运用PWM脉冲调光技术实现PWM线性调光，采用RGBW四色配光方案，结合RBF神经网络优化传统PID控制器，利用Zigbee网络进行信息通信并且实时采集LED光源的环境参数，经过智能控制模块的逻辑判断和智能分析后，实现智能调光、分组群控、情景模式等功能，通过Qt开发的监控软件的一体化管理使照明控制系统实现了“网络化、智能化、节能化”目的。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于Zigbee和Qt的LED智能照明无线控制系统，其特征在于包括中央控制模块、路由器、数个终端设备和监控中心，其中，终端设备包括单灯控制器，以及分别与之连接的LED、可调光恒流驱动模块、照度传感器和温度传感器，所述单灯控制器还与路由器连接，通过路由器接入Zigbee网络，定时将LED的工作状态通过Zigbee网络汇总到中央控制模块，同时，单灯控制器还通过Zigbee网络接收来自中央控制模块的控制指令，并通过可调光恒流驱动模块对LED进行PWM调光；所述中央控制模块包括主机处理器和中心协调器，中心协调器接入Zigbee网络，从而与路由器建立通信连接，所述中心协调器通过串口与主机处理器连接，中心协调器一方面将各终端设备传送来的工作状态数据送至主机处理器，另一方面将主机处理器的控制指令发送给对应的终端设备；所述中央控制模块还与监控中心连接，监控中心用于向中央控制模块输入控制指令。

2.如权利要求1所述的一种基于Zigbee和Qt的LED智能照明无线控制系统，其特征在于：所述中心协调器通过RS-232串口与主机处理器连接。

3.如权利要求1所述的一种基于Zigbee和Qt的LED智能照明无线控制系统，其特征在于：所述可调光恒流驱动模块采用PT4115恒流驱动器。

4.如权利要求1所述的一种基于Zigbee和Qt的LED智能照明无线控制系统，其特征在于：所述单灯控制器将LED的工作状态数据以无线数据包的形式通过2.4GHz天线发射。

5.如权利要求1所述的一种基于Zigbee和Qt的LED智能照明无线控制系统，其特征在于：所述单灯控制器包含有电源电路、复位电路、时钟模块和串口模块。