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• 關鍵詞： 云計算 LED吸頂燈 照明控制系統
• 摘要：系統與網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，不僅能夠實現對室內LED吸頂燈的遠程開關控制，而且還可以實現色溫、亮度的無極調節，關燈定時等功能。同時與云計算平臺的相結合，可以實現對家中狀況的實時監控。在任何有網絡覆蓋的地方，無論有線網、WIFI網絡、GPRS網絡或3G網絡，都可以通過手機登錄應用軟件對系統進行操控。

　　該系統與網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，不僅能夠實現對室內LED吸頂燈的遠程開關控制，而且還可以實現色溫、亮度的無極調節，關燈定時等功能。同時與云計算平臺的相結合，可以實現對家中狀況的實時監控。在任何有網絡覆蓋的地方，無論有線網、WIFI網絡、GPRS網絡或3G網絡，都可以通過手機登錄應用軟件對系統進行操控。

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

　　網絡的廣泛普及和通信技術的高速度發展，給社會帶來了數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網的智能終端，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，在開啟家庭監控功能的時候，能夠將實時監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，且不會占據手機內存。本設計系統利用因特網和WIFI無線網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，通過移動終端實現對LED燈的遠程開關、亮度和色溫調節，同時利用云服務平臺實現對家中情況的實時監控。

　　一、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。控制中心，是整個系統的控制樞紐，在控制端與控制對象之間建立起連接，統籌各個部分協調工作。LED吸頂燈內置WIFI模塊，手機可以直接連接到其發出的無線局域網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，我們通過遠程監控技術，方便出差在外的人們通過網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，進行統籌控制。

　　二、硬件設計

　　2.1控制中心

　　控制中心是整個照明控制系統的核心模塊，如圖2所示。它在控制端與控制對象之間建立起連接，統籌各個部分協調工作。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節控制。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送來的指令，將接收到的網絡信號轉換為串口數據，輸入到單片機，經過燈具控制模塊的解碼譯碼，對兩路PWM信號進行調節，使之輸出不同的占空比，改變調光電源輸出電流的大小，進而調節燈具亮度和色溫的狀態。

　　本設計通過USR-WIFI232-SUART接口WIFI數據傳輸模塊實現網絡信號與串口信號之間的轉換，進而實現手機等移動控制端通過無線網絡對燈具的控制。本系統選用臺灣宏晶的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，完成數據的交互。

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　　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控，而不改變其原來的網絡設置。

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　　這種組網應用可以采集用戶設備上的數據并將其發送到服務器上處理和存儲，服務器也可以發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，實現遠程數據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。

　　云計算平臺旨在現有的軟硬件基礎設施上構建云環境，為上一級的控制層提供云計算相關的基礎服務，包括數據存儲、數據處理服務、分布式數據庫技術等。

　　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、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：

　　（1）通過Internet接收來自控制中心的命令，存儲家庭網絡攝像頭的錄像數據并存儲，并根據控制端的指令將數據傳遞給手機。

　　（2）通過Internet與控制端連接，接受來自控制端的指令。

　　（3）內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，是用戶使用該系統的媒介。本系統利用當前主流的Android、IOS系統作為平臺開發控制終端APP來對系統進行操作。界面和燈具的之間通信通過網絡通信來完成。目前的網絡通信模式有多種，如HTTP通信方式、Socket通信以及WebService方式等。本系統采用Socket通信方式與服務器建立連接并傳遞數據。

　　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：服務器監聽，客戶端請求，連接確認。Java.net.Socket這一接口，提供了實現Socket通信的完整API。

　　三、軟件實現

　　軟件設計工作主要分為三個部分。一是單片機接收WIFI信號進行調光、調色控制部分，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系統的應用端APP。

　　3.1 LED調光控制

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　　如圖6所示為LED調光控制程序流程圖。在程序執行開始時，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。當單片機接收到數據后，接受標志位置1，讀入到接收緩存器內，然后由單片機對收到的代碼進行解碼譯碼，進而執行相應的操作。

　　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。

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　　云計算平臺的實現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，來為該系統提供一些必須的功能，如用戶認證、數據存儲、與控制中心和智能終端的聯網和編程接口。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，進一步開發系統軟件應用，實現數據及時更新。

　　3.3移動控制端軟件開發

　　根據智能LED吸頂燈系統的設計需求，控制終端系統應包括如下功能：

　　（1）通過手機實現對LED吸頂燈的一鍵開關、一健全亮、暖白、正白設置。

　　（2）通過手機實現對LED吸頂燈的亮度無極調節（5%-100%）以及色溫無極調節（2700K-6500K）。

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

　　（4）通過手機實現對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節（30%、60%、100%）。

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　　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。

　　四、結論

　　系統測試結果表明，該系統在任何有網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以及許多其他的類似項目。