基于云計算的高端LED吸頂燈的照明控制系統(tǒng)

　　該系統(tǒng)與網(wǎng)絡通信技術緊密結合，利用炙手可熱的移動設備如手機，Ipad作為控制端，不僅能夠實現(xiàn)對室內(nèi)LED吸頂燈的遠程開關控制，而且還可以實現(xiàn)色溫、亮度的無極調(diào)節(jié)，關燈定時等功能。同時與云計算平臺的相結合，可以實現(xiàn)對家中狀況的實時監(jiān)控。在任何有網(wǎng)絡覆蓋的地方，無論有線網(wǎng)、WIFI網(wǎng)絡、GPRS網(wǎng)絡或3G網(wǎng)絡，都可以通過手機登錄應用軟件對系統(tǒng)進行操控。

　　LED光源因其能耗少、顯色度高、壽命長、無毒、可回收再利用等優(yōu)點，被稱為是21世紀最有發(fā)展前景的綠色照明光源。室內(nèi)吸頂燈采用LED燈珠，可以實現(xiàn)良好的顯色指數(shù)，并能利用LED的色溫特性實現(xiàn)對燈具的色溫調(diào)節(jié)，以滿足人對視覺的要求。

　　網(wǎng)絡的廣泛普及和通信技術的高速度發(fā)展，給社會帶來了數(shù)字化和信息化的改變，各種家用電器也更加智能化。智能手機的大力普及為人們提供了一個可以隨時隨地接入互聯(lián)網(wǎng)的智能終端，利用手機、IPAD等對燈具進行控制免去了找遙控器的煩惱，方便快捷。同時，在開啟家庭監(jiān)控功能的時候，能夠將實時監(jiān)視視頻保存在大存儲容量的云服務平臺上，出差在外的用戶通過手機可以登錄云平臺及時了解家中的情況，且不會占據(jù)手機內(nèi)存。本設計系統(tǒng)利用因特網(wǎng)和WIFI無線網(wǎng)絡通信技術以及云計算平臺設計了一種智能照明控制技術，通過移動終端實現(xiàn)對LED燈的遠程開關、亮度和色溫調(diào)節(jié)，同時利用云服務平臺實現(xiàn)對家中情況的實時監(jiān)控。

　　總體結構設計

　　基于云計算的高端LED吸頂燈的照明控制系統(tǒng)分為三大模塊，分別為移動控制端、云服務平臺，控制中心。整體結構如圖1所示?？刂浦行模钦麄€系統(tǒng)的控制樞紐，在控制端與控制對象之間建立起連接，統(tǒng)籌各個部分協(xié)調(diào)工作。LED吸頂燈內(nèi)置WIFI模塊，手機可以直接連接到其發(fā)出的無線局域網(wǎng)對其進行近距離控制，當然也可以將燈具和手機同時連接到因特網(wǎng)對燈具進行遠程控制。

　　引入云計算平臺之后，我們通過遠程監(jiān)控技術，方便出差在外的人們通過網(wǎng)絡攝像頭了解家中燈具開啟情況，方便及時對燈具進行相應操作，實現(xiàn)未進家門先將燈具開啟以及解決出門忘記關燈的煩擾。照明控制技術與云計算相結合，使得云服務器可以連接成千上萬的燈具子系統(tǒng)，進行統(tǒng)籌控制。

　　2.1控制中心

　　控制中心是整個照明控制系統(tǒng)的核心模塊，如圖2所示。它在控制端與控制對象之間建立起連接，統(tǒng)籌各個部分協(xié)調(diào)工作。控制中心的主要工作包括和手機移動端的通信、和云服務器的信息交互以及對燈具的調(diào)節(jié)控制。其中最主要的部分是WIFI通信部分，其工作原理是接收手機發(fā)送來的指令，將接收到的網(wǎng)絡信號轉換為串口數(shù)據(jù)，輸入到單片機，經(jīng)過燈具控制模塊的解碼譯碼，對兩路PWM信號進行調(diào)節(jié)，使之輸出不同的占空比，改變調(diào)光電源輸出電流的大小，進而調(diào)節(jié)燈具亮度和色溫的狀態(tài)。

　　本設計通過USR-WIFI232-SUART接口WIFI數(shù)據(jù)傳輸模塊實現(xiàn)網(wǎng)絡信號與串口信號之間的轉換，進而實現(xiàn)手機等移動控制端通過無線網(wǎng)絡對燈具的控制。本系統(tǒng)選用臺灣宏晶的STC12C5620AD單片機作為主控芯片。如圖3所示，為USR-WIFI232-Ｓ模塊與單片機 STC12C5620AD的接口電路設計。USR-WIFI232-Ｓ模塊與STC12Ｃ5620ＡＤ通過串口進行連接，完成數(shù)據(jù)的交互。

　　USR-WIFI232-Ｓ模塊有三種工作模式，包括AP模式，STA模式和STA+AP模式。

　　本設計系統(tǒng)使用STA+AP模式。如圖4所示，采用STA+AP模式，可以利用手機等手持設備對用戶設備進行監(jiān)控，而不改變其原來的網(wǎng)絡設置。

　　這種組網(wǎng)應用可以采集用戶設備上的數(shù)據(jù)并將其發(fā)送到服務器上處理和存儲，服務器也可以發(fā)送命令對用戶設備進行控制。用戶既可以用手機或者PC通過局域網(wǎng)進行設備控制，又可以遠程通過手機或PC與服務器通信，實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)獲取或者遠程設備控制。

　　2.2云服務平臺架構

　　云服務平臺架構包括云計算平臺層、服務層和手機端應用層。如圖5所示。

　　云計算平臺旨在現(xiàn)有的軟硬件基礎設施上構建云環(huán)境，為上一級的控制層提供云計算相關的基礎服務，包括數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)處理服務、分布式數(shù)據(jù)庫技術等。

　　控制服務層不僅要提供與云計算平臺層即通信接口，還要與手機端應用進行交互，處理來自用戶客戶端的請求，如需要查看家中監(jiān)控視頻。手機端應用層直接面向用戶，與用戶進行界面互動，進而控制燈具狀態(tài)、反饋信息等。

　　云計算平臺層是一個提供云服務的服務器集群，提供如下功能：

　?。?）通過Internet接收來自控制中心的命令，存儲家庭網(wǎng)絡攝像頭的錄像數(shù)據(jù)并存儲，并根據(jù)控制端的指令將數(shù)據(jù)傳遞給手機。

　?。?）通過Internet與控制端連接，接受來自控制端的指令。

　　（3）內(nèi)置大量有關光的色溫，眩光等有關光健康的相關知識，供用戶下載查看。

　　2.3移動控制端

　　移動控制端是一個人機界面設備，是用戶使用該系統(tǒng)的媒介。本系統(tǒng)利用當前主流的Android、IOS系統(tǒng)作為平臺開發(fā)控制終端APP來對系統(tǒng)進行操作。界面和燈具的之間通信通過網(wǎng)絡通信來完成。目前的網(wǎng)絡通信模式有多種，如HTTP通信方式、Socket通信以及WebService方式等。本系統(tǒng)采用Socket通信方式與服務器建立連接并傳遞數(shù)據(jù)。

　　建立Socket連接至少需要一對套接字，一個是運行在客戶端的Client Socket，另一個是運行于服務器端的Server Socket。套接字之間的連接過程可以歸為三個步驟：服務器監(jiān)聽，客戶端請求，連接確認。Java.net.Socket這一接口，提供了實現(xiàn) Socket通信的完整API。

　　軟件設計工作主要分為三個部分。一是單片機接收WIFI信號進行調(diào)光、調(diào)色控制部分，二是云計算平臺的軟件部分，三是移動控制端部分，包括Android和IOS系統(tǒng)的應用端APP。

　　3.1 LED調(diào)光控制

　　如圖6所示為LED調(diào)光控制程序流程圖。在程序執(zhí)行開始時，先對單片機的PCA寄存器進行初始化。然后不斷地等待WIFI模塊傳送過來的信號。當單片機接收到數(shù)據(jù)后，接受標志位置1，讀入到接收緩存器內(nèi)，然后由單片機對收到的代碼進行解碼譯碼，進而執(zhí)行相應的操作。

　　3.2云計算平臺軟件結構

　　云計算平臺的軟件結構層次如圖7所示。

　　云計算平臺的實現(xiàn)既可以自行搭建服務器集群的私有云，也可以直接租用大型云計算公司所提供的服務，如云計算行業(yè)巨頭Google、Amazon推出的云服務。

　　在云計算平臺上，我們提供一個基礎服務層，來為該系統(tǒng)提供一些必須的功能，如用戶認證、數(shù)據(jù)存儲、與控制中心和智能終端的聯(lián)網(wǎng)和編程接口。這為更高級的應用層提供了一些標準的服務。我們可以利用這些服務來維護我們的軟件系統(tǒng)，進一步開發(fā)系統(tǒng)軟件應用，實現(xiàn)數(shù)據(jù)及時更新。

　　3.3移動控制端軟件開發(fā)

　　根據(jù)智能LED吸頂燈系統(tǒng)的設計需求，控制終端系統(tǒng)應包括如下功能：

　?。?）通過手機實現(xiàn)對LED吸頂燈的一鍵開關、一健全亮、暖白、正白設置。

　?。?）通過手機實現(xiàn)對LED吸頂燈的亮度無極調(diào)節(jié)（5%-100%）以及色溫無極調(diào)節(jié)（2700K-6500K）。

　?。?）實現(xiàn)對LED吸頂燈的定時功能，分別為：“無定時”，“10分鐘”、“20分鐘”，“30分鐘”。

　?。?）通過手機實現(xiàn)對LED吸頂燈的按鍵指示音的開啟和關閉以及常夜燈三檔亮度調(diào)節(jié)（30%、60%、100%）。

　　手機端APP的整體設計如圖8所示。在登陸界面上輸入IP和端口號，即能連接上網(wǎng)絡。隨后進入主界面，既可以對燈具進行控制。

　　主界面右上角的白色按鈕是收藏夾按鈕，收藏夾中有用戶的賬戶管理、添加燈組、訂閱、退出等功能。

　　結論

　　系統(tǒng)測試結果表明，該系統(tǒng)在任何有網(wǎng)絡覆蓋的地方都可以通過手機或Ipad登陸應用程序APP，對LED吸頂燈進行開關、亮度、色溫的控制。本系統(tǒng)可以應用到家庭照明，特別適合家居面積較大、房屋較多的別墅，可以方便的對家中燈具進行組網(wǎng)控制。此外，若對本設計稍作修改，則可以推廣到類似的項目，如遠程智能家居的管理、遠程攝像頭控制管理系統(tǒng)以及許多其他的類似項目。