CN115665952A - 一种基于蓝牙mesh的智能灯控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于蓝牙mesh的智能灯控系统，灯控系统通过蓝牙5.0和mesh进行组网，连接灯泡上的蓝牙模块，通过节点的中继转发功能，实现信息在网络中多点通信；设计mesh网络的节点模块，包括MCU主控电路、调光驱动电路和AC/D为智能控制提供了良好的通信技术支持制，AC/DC电源电路分别给RGBW灯泡供电和BLE模块供电，外接红外传感器和光敏传感器，外接红外传感器监控照明区域内人员来往，自动调控照明设备的亮灭，外接光敏传感器监控外界光照强度，自动调控照明设备的亮度。本发明的有益效果：为智能控制提供了良好的通信技术支持；满足不同用户、不同场景的个性化照明需求。

Description

一种基于蓝牙mesh的智能灯控系统

技术领域

本发明涉及一种灯控系统，具体为一种基于蓝牙mesh的智能灯控系统。

背景技术

近年来，随着科学技术的发展和人们对生活质量的不断重视，人们对于生活中的高效性、方便性和舒适度的需求也越来越高，传统的工作、生活方式受到了强烈的打击。名大厂商逐渐涉足智能化领域，智能楼宇、智能家居、智慧城市不断兴起，并通过智能的方式改变人们的生活习惯。

但有些大型建筑，工矿企业、家居生活中的基本组成元素——照明系统，却没有跟上科技的脚步，仍然多采用传统的实体开关的方式，开启和关闭都是人为手动通过实体开关控制，灯具也只有开和关这两种状态，在一些特殊的场景下有非常大的局限性。这无疑增加了许多工作量，也不能满足人们个性化的需求，同时在能源越来越短缺，温室效应日益严重的当今时代，“节能减排、绿色照明”的倡导深得人心。因此，研究照明节能，坚持有效控制能源使用，提高照明灯具的使用寿命，降低维护和管理成本，对于建设现代化节能社会具有重要意义。

在此形势下本项目设计的基于蓝牙mesh的智能照明系统为当前的大型建筑、办公楼、住宅、家居提供具体的照明系统方案，具有较高的社会意义和经济意义。

第一、蓝牙mesh的成本较低，且升级简单，这意味着带有低功耗蓝牙设备的设备在进行了软件升级之后都可以支持蓝牙mesh，即智能手机在下载了APP之后就能安全的连接到蓝牙mesh网络中，不需要额外购买设备网关等。

第二、个性化的灯光控制能提高照明质量，进而带给用户愉悦的心情。用户通过简单的操作页面对照明设备进行开、关、亮度或者颜色的远程调节，来选择最合适的照明模式，这样不仅能提高照明环境的舒适性，还能有效控制室内的整体照明。

第三、智能化的灯控系统在某些情况下能对灯光进行自主调控，满足了用户方便、舒适的需求。本项目具有智能化的控制模块，通过智能光感，在太阳光照射充足时调低照明设备光照强度；通过人体红外感应，在人员出现时打开照明，在人员离开时则关闭照明。对于城市写字楼或是教学楼，经常发生灯光长明和过度使用的现象，通过使用该智能照明系统进行中央管理控制，可以避免这种情况，减少电能浪费,从而加强集中管理，响应节能号召。

第四、满足市场需求。对于企业来说，追逐市场是企业发展的根本。数据显示，我国LED行业市场规模逐年增长。由2017年6358亿元增至2020年7548亿元，年均复合增长率为8％。中商产业研究院预测，2021年我国LED行业市场规模可达9428亿元。(数据来源：数据来源：国家半导体照明工程研发及产业联盟、中商产业研究院整理)。从市场灯泡出口量分析，能看出照明市场热度很高，针对智能照明系统的研发会有利于公司的长远发展。

第五、推动智能建筑的发展。智能照明作为智能建筑的基础组成，通过蓝牙Mesh为智能建筑提供一种全新的组网方式，为智能建筑的组网通信协议的统一提供解决方案。

发明内容

为解决以上现有问题，本发明提供一种基于蓝牙mesh的智能灯控系统。本发明通过以下技术方案实现。

一种基于蓝牙mesh的智能灯控系统，所述灯控系统通过蓝牙5.0和mesh进行组网，连接灯泡上的蓝牙模块，通过节点的中继转发功能，实现信息在网络中多点通信；

所述灯控系统设有mesh网络的节点模块，包括MCU主控电路、调光驱动电路和AC/DC电源电路，所述主控电路由蓝牙通信模块、射频放大电路和外围电路组成，所述调光驱动电路采用PWM脉冲调制方式控制，所述AC/DC电源电路分别给RGBW灯泡供电和BLE模块供电，外接红外传感器和光敏传感器，所述外接红外传感器监控照明区域内人员来往，自动调控照明设备的亮灭，所述外接光敏传感器监控外界光照强度，自动调控照明设备的亮度。

进一步的，所述蓝牙通信模块采用Nordic公司生产的nrf52832芯片。

进一步的，所述灯控系统的PC端利用MyEclipse开发工具和Android JDK，编程实现APP各种功能，远程发布指令，借蓝牙广播传输命令，实现对照明设备的控制。

进一步的，所述灯控系统配套基于Android系统的灯控手机APP，手机APP实时获取灯具状态，通过蓝牙广播传输命令改变灯具信息和照明模式，为单个或者群组灯具制定照明方案。

进一步的，所述灯控系统包括APP控制单元和特色功能单元；

APP控制单元包括单灯控制和群组控制，单灯控制包括显示灯具状态、灯具控制和灯具信息修改，灯具控制包括灯具开关控制；群组控制包括组内灯具信息修改和组内灯具控制，组内灯具控制包括组内灯具开关控制、组内灯具亮度调控和组内灯具颜色控制；

特色功能单元包括不同场景的个性化设定、群组分别控制、灯具群组增删和智能控制，智能控制包括光照强度控制和红外感应控制。

本发明的有益效果：

1.采用蓝牙5.0和mesh组网，给出了蓝牙mesh组网的网络拓扑结构设计，实现了节点低功耗，相较Zigbee网络传输速率更高，范围更大，相较Wifi易维护和升级。整个网络在允许数十甚至成百个蓝牙节点接入的同时保持良好的通信性能，并且，由于可以在这些节点之间执行信息的中继，因此该系统可以避免由于单点故障而导致的通信中断，抗干扰和网络稳定性强，为商店，教室，停车场等的大型集群式商业提供了更节能，智能，灵活的照明系统，大大削减基础设施和维护成本；

2.使用nrf52832芯片嵌入式开发适配蓝牙mesh的灯具，相较传统灯具不仅实现了照明智能自我控制，通过综合分析红外/声音/光敏传感器数据及时间段，提供舒适的智能调光功能，自动调整灯光的亮灭，亮度，颜色；灯泡设备之间可互相转发信号，缓解中继压力，提高了接入节点数量的上限；

3.采用JAVA作为开发语言，基于Android系统开发后台app提供远程控制服务，实现了照明监控可视化，用户不仅可以轻松地根据需求控制灯光的颜色、强度的范围、亮灭，也可以通过灯具增添、灯具分组、场景设定(休息室、工作室、公共区域)批量管理灯具，同时为大型场所提供了用户权限管理(如管理员可以控制整栋楼的灯具控制权限，普通用户只能控制由管理员所分配房间的灯具)；

4.相较市面上的mesh组网提供了更严格的安全保护，提供了三层密钥和密钥更新措施，可以有效防止黑客攻击和破解软件包，软件后台也采用非对称加密算法通过密钥认证识别用户，确保app客户端安全；

5.完善了蓝牙mesh协议栈传输层，添加了灯控控制信息传输协议，同时基于蚁群算法优化了传统的AODV路由协议，采用混合网络结构，提出了处理数据表、分组排除节点和源控制路由的几种关键设计，以便在动态变化的拓扑结构中，在网络带宽、电池电量和移动设备存储空间的约束下，提供端到端的分组传输解决方案，提高了网络的吞吐量，降低了通信的时延，提高了公共场所用户的体验。

附图说明

图1为本发明一种基于蓝牙mesh的智能灯控系统的系统结构图；

图2为本发明一种基于蓝牙mesh的智能灯控系统的系统控制图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作更为详细、完整的说明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

具体实施例1，一种基于蓝牙mesh的智能灯控系统，灯控系统通过蓝牙5.0和mesh进行组网，连接灯泡上的蓝牙模块，通过节点的中继转发功能，实现信息在网络中多点通信；

灯控系统设有mesh网络的节点模块，包括MCU主控电路、调光驱动电路和AC/DC电源电路，主控电路由蓝牙通信模块、射频放大电路和外围电路组成，蓝牙通信模块采用Nordic公司生产的nrf52832芯片，调光驱动电路采用PWM脉冲调制方式控制，AC/DC电源电路分别给RGBW灯泡供电和BLE模块供电，外接红外传感器和光敏传感器，通过外接红外传感器监控照明区域内人员来往，自动调控照明设备的亮灭，通过外接光敏传感器监控外界光照强度，自动调控照明设备的亮度；

在PC端利用MyEclipse开发工具和Android JDK，编程实现APP各种功能，远程发布指令，借蓝牙广播传输命令，实现对照明设备的控制；

配套基于Android系统的灯控手机APP，手机APP实时获取灯具状态，通过蓝牙广播传输命令改变灯具信息和照明模式，为单个或者群组灯具制定照明方案；

灯控系统还包括APP控制单元和特色功能单元；

APP控制单元包括单灯控制和群组控制，单灯控制包括显示灯具状态、灯具控制和灯具信息修改，灯具控制包括灯具开关控制；群组控制包括组内灯具信息修改和组内灯具控制，组内灯具控制包括组内灯具开关控制、组内灯具亮度调控和组内灯具颜色控制；

特色功能单元包括不同场景的个性化设定、群组分别控制、灯具群组增删和智能控制，智能控制包括光照强度控制和红外感应控制。

本发明能够实现：

1.APP：实时控制灯光的开闭和明暗、颜色调节；用户制定个性化设计，调节灯光的颜色、明暗、模式(呼吸灯、流水灯等)；不同区域设置单独的照明方案(阅读角的柔和灯光，大厅的明亮灯光等)；可以添加和移除照明设备；

2.灯泡：芯片搭载蓝牙模块加入蓝牙组网，搭载传感器接收环境信息；根据环境的明暗程度自主控制亮度；根据环境内是否有人自主控制开关；可以实现APP所制定的照明方案；

3.确保客户端的安全性，加强权限认证，管控授权门槛；

4.系统采用分层模块化设计方式组建，以便实现扩展和升级。

本发明的特色与创新点：

1.采用蓝牙5.0和mesh组网，给出了蓝牙mesh组网的网络拓扑结构设计，实现了节点低功耗，相较Zigbee网络传输速率更高，范围更大，相较Wifi易维护和升级。整个网络在允许数十甚至成百个蓝牙节点接入的同时保持良好的通信性能，并且，由于可以在这些节点之间执行信息的中继，因此该系统可以避免由于单点故障而导致的通信中断，抗干扰和网络稳定性强，为商店，教室，停车场等的大型集群式商业提供了更节能，智能，灵活的照明系统，大大削减基础设施和维护成本；

2.使用nrf52832芯片嵌入式开发适配蓝牙mesh的灯具，相较传统灯具不仅实现了照明智能自我控制，通过综合分析红外/声音/光敏传感器数据及时间段，提供舒适的智能调光功能，自动调整灯光的亮灭，亮度，颜色；灯泡设备之间可互相转发信号，缓解中继压力，提高了接入节点数量的上限；

3.采用JAVA作为开发语言，基于Android系统开发后台app提供远程控制服务，实现了照明监控可视化，用户不仅可以轻松地根据需求控制灯光的颜色、强度的范围、亮灭，也可以通过灯具增添、灯具分组、场景设定(休息室、工作室、公共区域)批量管理灯具，同时为大型场所提供了用户权限管理(如管理员可以控制整栋楼的灯具控制权限，普通用户只能控制由管理员所分配房间的灯具)；

4.相较市面上的mesh组网提供了更严格的安全保护，提供了三层密钥和密钥更新措施，可以有效防止黑客攻击和破解软件包，软件后台也采用非对称加密算法通过密钥认证识别用户，确保app客户端安全；

5.完善了蓝牙mesh协议栈传输层，添加了灯控控制信息传输协议，同时基于蚁群算法优化了传统的AODV路由协议，采用混合网络结构，提出了处理数据表、分组排除节点和源控制路由的几种关键设计，以便在动态变化的拓扑结构中，在网络带宽、电池电量和移动设备存储空间的约束下，提供端到端的分组传输解决方案，提高了网络的吞吐量，降低了通信的时延，提高了公共场所用户的体验。

以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于蓝牙mesh的智能灯控系统，其特征在于，所述灯控系统通过蓝牙5.0和mesh进行组网，连接灯泡上的蓝牙模块，通过节点的中继转发功能，实现信息在网络中多点通信；

所述灯控系统设有mesh网络的节点模块，包括MCU主控电路、调光驱动电路和AC/DC电源电路，所述主控电路由蓝牙通信模块、射频放大电路和外围电路组成，所述调光驱动电路采用PWM脉冲调制方式控制，所述AC/DC电源电路分别给RGBW灯泡供电和BLE模块供电，外接红外传感器和光敏传感器，所述外接红外传感器监控照明区域内人员来往，自动调控照明设备的亮灭，所述外接光敏传感器监控外界光照强度，自动调控照明设备的亮度。

2.根据权利要求1所述的一种基于蓝牙mesh的智能灯控系统，其特征在于：所述蓝牙通信模块采用Nordic公司生产的nrf52832芯片。

3.根据权利要求1所述的一种基于蓝牙mesh的智能灯控系统，其特征在于：所述灯控系统的PC端利用MyEclipse开发工具和Android JDK，编程实现APP各种功能，远程发布指令，借蓝牙广播传输命令，实现对照明设备的控制。

4.根据权利要求1所述的一种基于蓝牙mesh的智能灯控系统，其特征在于：所述灯控系统配套基于Android系统的灯控手机APP，手机APP实时获取灯具状态，通过蓝牙广播传输命令改变灯具信息和照明模式，为单个或者群组灯具制定照明方案。

5.根据权利要求1所述的一种基于蓝牙mesh的智能灯控系统，其特征在于：所述灯控系统包括APP控制单元和特色功能单元；

APP控制单元包括单灯控制和群组控制，单灯控制包括显示灯具状态、灯具控制和灯具信息修改，灯具控制包括灯具开关控制；群组控制包括组内灯具信息修改和组内灯具控制，组内灯具控制包括组内灯具开关控制、组内灯具亮度调控和组内灯具颜色控制；

特色功能单元包括不同场景的个性化设定、群组分别控制、灯具群组增删和智能控制，智能控制包括光照强度控制和红外感应控制。

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