目錄--PAGEIII-智能家居照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)隨著科學(xué)技術(shù)日益進(jìn)步的時(shí)代，單片機(jī)的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，很大程度上方便了人們的生活。本文首先對(duì)智能家居照明的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，第本文接下來(lái)的研究方向和研究目標(biāo)進(jìn)行確定，其次對(duì)本次設(shè)計(jì)的照明系統(tǒng)所用到的相關(guān)的技術(shù)以及知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行闡釋?zhuān)鶕?jù)大眾的需求進(jìn)行分析做出總體的設(shè)計(jì)以及相關(guān)的結(jié)構(gòu)架構(gòu)，然后進(jìn)行模塊的介紹外圍的硬件的組裝以及電路的連接，最后通過(guò)實(shí)物的驗(yàn)證，合實(shí)際的成品的是使用判斷設(shè)計(jì)是否成功。關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)，智能家居，照明控制目錄TOC\o"1-3"\h\u3518摘要 325602Abstract 49084第1章緒論 7265461.1課題背景及研究的目的和意義 7304151.2智能家居照明控制系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 8192401.2.1國(guó)外發(fā)展?fàn)顩r 8190101.2.2國(guó)內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r 853661.3課題的研究目標(biāo)、研究?jī)?nèi)容 9264981.4本文的主要工作與章節(jié)安排 930680第2章智能物聯(lián)照明系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)介紹 1138642.1聲控傳感器 1140992.2傳感器技術(shù) 1168922.2.1光敏傳感器 11276832.2.2紅外傳感器 1145672.2.3溫度傳感器 12182072.2.5微波感應(yīng)傳感器 1273762.2.6超聲波傳感器 12166592.3網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)通信技術(shù) 1347282.3.1Wifi 1364452.3.2Bluetooth4.2 13133302.3.3ZigBee 13141512.3.4Z-wave 1420265第3章基于物聯(lián)網(wǎng)的智能照明系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 1529313.1設(shè)計(jì)原則及需求分析 15208473.1.1設(shè)計(jì)原則 15150693.1.2系統(tǒng)需求分析 1522083.2總體設(shè)計(jì) 1632333.2.1智能家居照明網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 16221243.2.2智能家居照明系統(tǒng)的整體架構(gòu) 1724213第4章基于物聯(lián)網(wǎng)的智能照明系統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn) 1883684.1核心智能模塊介紹 18268954.1.1NodeMCU 18185724.1.2Esp8266模塊 1946584.2外圍硬件 2118184.3電路連接 2221575第5章實(shí)物驗(yàn)證 24176065.1代碼展示 2461805.2實(shí)驗(yàn)過(guò)程及結(jié)果 2926789第6章總結(jié)與展望 361761參考文獻(xiàn) 37第1章緒論第1章緒論1.1課題背景及研究的目的和意義現(xiàn)在的社會(huì)一切都在向智能化發(fā)展，燈具也是如此。燈具是由多個(gè)部分組成的，但最簡(jiǎn)單最容易智能化的部分就是開(kāi)關(guān)。傳統(tǒng)開(kāi)關(guān)是直接通過(guò)控制電源的通斷，來(lái)控制燈具的。傳統(tǒng)開(kāi)關(guān)也有很多不足，比如晚上伸手不見(jiàn)五指的時(shí)候很難準(zhǔn)確的找到開(kāi)關(guān)的位置，在開(kāi)關(guān)的接口處也容易發(fā)生事故。傳統(tǒng)的開(kāi)關(guān)是純手動(dòng)的，價(jià)格便宜，操作簡(jiǎn)單，但容易出火花，容易出段;要經(jīng)常修理，在黑暗中工作不方便，沒(méi)有燈光，也看不清開(kāi)關(guān)。此外，房子越大，想控制所有的燈就越不方便，需要走的距離也就越長(zhǎng)，這與我們的期望是嚴(yán)重不相符的。與智能燈具相比，傳統(tǒng)燈具有很多不足：1、操作空間受限。開(kāi)關(guān)位置是一成不變的，一般都是在墻上，紅外遙控器之類(lèi)的開(kāi)關(guān)也只能在燈具所在的屋子里操作，因?yàn)榧t外信號(hào)不能穿墻，所以只要燈具上的接收器被擋住就很難進(jìn)行操控，2、按鍵數(shù)量受限。就像紅外遙控器一樣，一共只有幾個(gè)按鍵，功能也不全面，并且其功能延伸難以實(shí)現(xiàn)。智能移動(dòng)燈具終端在便捷性上較以往的燈具來(lái)說(shuō)有很大的優(yōu)勢(shì)。人們可以實(shí)現(xiàn)對(duì)燈具不限空間限制的控制，同時(shí)其攜帶十分方便，比如用戶在外時(shí)可以通過(guò)智能手機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接到家庭網(wǎng)關(guān)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)燈具中每個(gè)系統(tǒng)的控制。盡管目前傳統(tǒng)的智能燈具仍然存在一定優(yōu)勢(shì)，但是以智能手機(jī)為載體的智能移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)終端在目前人工智能時(shí)代的背景下逐漸成熟并且不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的燈具系統(tǒng)將成為歷史，新的燈具系統(tǒng)將取而代之，并且會(huì)提高智能燈具的地位，應(yīng)用水平也會(huì)水漲船高。而智能開(kāi)關(guān)則是半導(dǎo)體控制接力，實(shí)現(xiàn)照明工具和其他電器的目標(biāo)。無(wú)線智能開(kāi)關(guān)與傳統(tǒng)的開(kāi)關(guān)有很大的差異，即可以移動(dòng)，不設(shè)電線。并且有強(qiáng)大的功能，例如對(duì)于行動(dòng)不便的人需要在晚上起身摸黑行動(dòng)時(shí)，當(dāng)人們?cè)诳蛷d或者臥室卻希望直接打開(kāi)洗手間或者廚房的燈，或者人們?cè)谕饷鎱s需要對(duì)家里的等進(jìn)行控制或者管理，這種能將種種的不便利轉(zhuǎn)換成簡(jiǎn)單便捷的操作，只需要使用一種新型的智能燈具。例如當(dāng)人們晚上休息時(shí)再也不需要在黑暗中摸索著起身開(kāi)燈，人們只需要使用這種新型智能燈具的控制器，便能快速便捷地將其他房間的燈打開(kāi)，其還具有定時(shí)開(kāi)關(guān)等等其他功能。此新型智能燈具不僅可以通過(guò)手機(jī)客戶端應(yīng)用進(jìn)行操作，還可以使用具有紅外的遙控器控制，對(duì)于一些黑暗中行動(dòng)不便的人們有著極大的幫助。智能開(kāi)關(guān)通過(guò)用app和人工智能控制，打破了時(shí)空限制，幫助家庭通過(guò)集中或遠(yuǎn)程遙控，輕松實(shí)現(xiàn)對(duì)家庭照明設(shè)備的控制，成為無(wú)線智能燈具發(fā)展的核心。1.2智能家居照明控制系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r1.2.1國(guó)外發(fā)展?fàn)顩r智能照明的許多專(zhuān)利可以追溯到1906年，美國(guó)堪薩斯城的EdmondSohlberg擁有。燈籠使用的是碳弧燈泡，不是由電動(dòng)機(jī)或任何形式的電子設(shè)備操作的，而是由手動(dòng)操作以控制搖攝，傾斜和縮放的電線操作的。[1]1925年，赫伯特·F·金首次使用電動(dòng)馬達(dá)來(lái)移動(dòng)固定裝置及其橫梁位置。在1936年被授予了類(lèi)似的裝置，通過(guò)該裝置，操縱搖桿和俯仰是通過(guò)操縱桿而不是開(kāi)關(guān)來(lái)控制的。從那時(shí)起直到1969年，[2]其他各種發(fā)明人做出了類(lèi)似的發(fā)明，并在技術(shù)上進(jìn)行了改進(jìn)，但并沒(méi)有重大突破。在此期間，CenturyLighting開(kāi)始零售這些特別定做的單元，將其改裝到其現(xiàn)有的最高750W燈籠上，以控制搖攝和傾斜。喬治·伊澤諾爾在1969年取得了下一個(gè)突破，它是有史以來(lái)第一款在橢圓形末端使用鏡子以遠(yuǎn)距離重定向光束的裝置。1969年，得克薩斯州卡薩馬納納地區(qū)劇院的儒勒·[3]費(fèi)舍爾發(fā)明并使用了12個(gè)PAR64燈籠，該燈籠裝有120W，12V燈，360度水平旋轉(zhuǎn)和270度傾斜，這一標(biāo)準(zhǔn)一直持續(xù)到1990年代。該燈也被稱(chēng)為“Mac-Spot”。[4]1978年，位于德克薩斯州達(dá)拉斯的一家名為Showco的照明和聲音公司開(kāi)始開(kāi)發(fā)一種照明裝置，該裝置通過(guò)旋轉(zhuǎn)二向色濾鏡來(lái)改變顏色。在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員添加了電動(dòng)機(jī)以使平移和傾斜運(yùn)動(dòng)變得自動(dòng)化。1986年，Vari-Lite推出了一系列新的照明設(shè)備和控制臺(tái)。他們將新系統(tǒng)稱(chēng)為200系列，其新燈分別命名為“VL-2點(diǎn)光源”和“VL-3洗光源”。200系列系統(tǒng)由Artisan控制臺(tái)控制。1980年代向Genesis展示的原型夾具在1990年代中期被重新指定為“VL-zero”，以保持命名的一致性。1985年，SummaTechnologies生產(chǎn)了第一個(gè)使用DMX協(xié)議的移動(dòng)頭。[5]1987年，ClayPaky使用步進(jìn)電機(jī)代替伺服器，并使用了HMI575燈，該燈明亮且光束亮度均勻得多。在1990年代，丹麥生產(chǎn)霧化機(jī)的公司馬丁生產(chǎn)了一系列全新的搖頭，稱(chēng)為馬丁MAC系列。該系列今天仍然很受歡迎，其新燈具，例如MACIII和MACViper，是最高質(zhì)量的移動(dòng)燈之一。智能照明的最新發(fā)展是數(shù)字照明，其照明設(shè)備包括HighEndSystems的DL3。這些固定裝置由安裝在活動(dòng)軛架上的明亮LCD或DLP投影儀組成，非常類(lèi)似于普通的活動(dòng)頭。這些固定裝置還包含一個(gè)集成的媒體服務(wù)器，該服務(wù)器可以進(jìn)行數(shù)百萬(wàn)種顏色選擇，無(wú)休止的圖案圖像庫(kù)以及圖像和視頻的投影。[6]1.2.2國(guó)內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r隨著我國(guó)的金融實(shí)力的逐漸強(qiáng)大，國(guó)內(nèi)的智能家居也逐步發(fā)展了起來(lái)，雖然相比與國(guó)外的物聯(lián)網(wǎng)控制系統(tǒng)還有這比較大的差距，但是一切都在朝著好的方向發(fā)展。智能家居行業(yè)的愈發(fā)壯大，同樣的照明控制系統(tǒng)也開(kāi)始在網(wǎng)絡(luò)化、信息化和智能化方面取得了重大進(jìn)展。由于大數(shù)據(jù)技術(shù)的出現(xiàn)，人們?cè)谛畔⑼ㄐ藕蛿?shù)據(jù)分析方面再一次取得了飛躍式的發(fā)展，也引領(lǐng)著智慧照明產(chǎn)業(yè)加速發(fā)展，更智能的數(shù)據(jù)處理技術(shù)，能夠深度分析數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)照明的自主決策。在智慧照明系統(tǒng)的通信組網(wǎng)方面，實(shí)現(xiàn)了從有到無(wú)的變化即有線變無(wú)線，到目前的多種通信方式結(jié)合的異架構(gòu)組網(wǎng)模式。目前大多數(shù)通信技術(shù)都受制于有效通信距離的限制，在大型區(qū)域照明場(chǎng)所的通信設(shè)備需要配備較多的中繼器，因此使得照明系統(tǒng)的層級(jí)和結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，系統(tǒng)維護(hù)成本較高。NB_IoT技術(shù)就可以解決這類(lèi)問(wèn)題，使照明控制系統(tǒng)能夠遠(yuǎn)距離的接入物聯(lián)網(wǎng)。國(guó)內(nèi)互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施日趨完美，智能家居聯(lián)盟也如雨后春筍一般滾滾而來(lái)，阿里、小米、京東和華為等公司都來(lái)橫插一腳。智能照明產(chǎn)品將融入智能家居系統(tǒng)，作為智慧生活的一部分，實(shí)現(xiàn)共同發(fā)展。將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)引入智慧照明系統(tǒng)中，使其擺脫傳統(tǒng)的獨(dú)立運(yùn)行模式。并能提供一個(gè)能對(duì)照明數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、分析、處理的軟件應(yīng)用平臺(tái)，從而提升系統(tǒng)管控的效率。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用于照明控制等工業(yè)控制領(lǐng)域時(shí)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的安全就無(wú)法保證，因此需要相關(guān)的技術(shù)來(lái)保障物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的數(shù)據(jù)安全。[7]近幾年，區(qū)塊鏈技術(shù)開(kāi)始逐步應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，以保障數(shù)據(jù)的安全，這將引發(fā)照明領(lǐng)域一場(chǎng)全新的變革。隨著智慧生活的來(lái)臨，智慧照明讓“光適應(yīng)人”是大勢(shì)所趨。未來(lái)智能照明將具備更加智慧的控制方式，成為人們智慧生活中不可或缺的部分，點(diǎn)亮人們的智慧生活。1.3課題的研究目標(biāo)、研究?jī)?nèi)容本文首先對(duì)幾種無(wú)線通信技術(shù)進(jìn)行比較，WiFi技術(shù)組建家庭無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的方式被我們成功選中。在通過(guò)問(wèn)卷調(diào)查的方式得到了用戶需求之后對(duì)需求進(jìn)行了細(xì)致的分析。要針對(duì)每一種需求分別設(shè)計(jì)，用不同的方式來(lái)努力滿足用戶的需求，完成研究的目標(biāo)。研究?jī)?nèi)容主要為，如何用WIFI技術(shù)將指令傳遞給硬件，以及寫(xiě)出最合適的程序來(lái)控制燈帶的顏色以及亮度，最大程度的減少響應(yīng)時(shí)間，優(yōu)化最終結(jié)果。1.4本文的主要工作與章節(jié)安排第一章，緒論。本章首先介紹了這次課題的研究背景和想要達(dá)到的目標(biāo)，其次介紹了國(guó)內(nèi)外各自的發(fā)展?fàn)顩r，最后簡(jiǎn)述了全文的結(jié)構(gòu)以及安排。第二章，智能物聯(lián)照明系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)介紹。詳細(xì)介紹了基于物聯(lián)網(wǎng)的指揮照明控制系統(tǒng)中的各種技術(shù)：網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)通信技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳感器技術(shù)，并選擇了本次研究所需要的技術(shù)。第三章，基于物聯(lián)網(wǎng)的智能照明系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)。本章分析了智能照明的各個(gè)部分，進(jìn)行了照明系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)，其中考慮到了設(shè)計(jì)原則以及功能需求，也比較了現(xiàn)有的無(wú)線傳輸方式，最終決定用WIFI技術(shù)來(lái)搭建無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)。第四章，基于物聯(lián)網(wǎng)的智能照明系統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn)。本章重點(diǎn)介紹了物聯(lián)網(wǎng)智慧照明系統(tǒng)中所用的硬件，以及選用這些硬件的原因。第五章，實(shí)物驗(yàn)證。本章重點(diǎn)介紹了照明系統(tǒng)的測(cè)試方法與流程，以及系統(tǒng)的組成，并對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析和總結(jié)。第六章，總結(jié)與展望。本章重點(diǎn)對(duì)本次論文進(jìn)行了總結(jié)，對(duì)其中做的比較好的地方以及創(chuàng)新點(diǎn)加以了說(shuō)明，也寫(xiě)出了一些缺點(diǎn)。最后對(duì)這項(xiàng)技術(shù)的美好未來(lái)進(jìn)行了展望。第2章智能物聯(lián)照明系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)介紹第2章智能物聯(lián)照明系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)介紹2.1聲控傳感器聲控傳感器由五大部分組成，它們的功能分別是：負(fù)責(zé)聲音控制的傳感器部分、負(fù)責(zé)音頻放大的放大器部分、負(fù)責(zé)延時(shí)開(kāi)啟的延時(shí)電路部分、負(fù)責(zé)選擇頻道電路的選擇器部分及負(fù)責(zé)控制電路的控制器部分。語(yǔ)音控制傳感器可以根據(jù)接收到的聲音來(lái)決定是否啟動(dòng)，還能根據(jù)語(yǔ)音輸入來(lái)進(jìn)行初步的設(shè)定，持續(xù)比較外部語(yǔ)音強(qiáng)度和原放大的音量，當(dāng)語(yǔ)音控制傳感器超過(guò)原放大的音量時(shí)，傳感器就會(huì)將這種對(duì)比上傳控制中心，控制中心就回做出相應(yīng)的舉措，這種傳感器被廣泛的應(yīng)用于公共照明的場(chǎng)合。[8]2.2傳感器技術(shù)2.2.1光敏傳感器光敏傳感器被廣泛應(yīng)用于生活的各個(gè)角落，當(dāng)感知到外界亮度的不同時(shí)，它會(huì)自動(dòng)控制開(kāi)關(guān)的通斷。當(dāng)天氣、時(shí)間發(fā)生變化時(shí)，光傳感器可以自動(dòng)控制LED照明、照明設(shè)備的開(kāi)關(guān)。明亮的白天減少輸出電力消費(fèi)減少,比熒光燈,使用時(shí)面積200㎡的方便的一點(diǎn)是,至少53%的電力減少牛某,壽命比普通燈泡長(zhǎng)了1~6萬(wàn)小時(shí)。普通的LED燈只能工作大約4萬(wàn)h，并且可以變成任意你喜歡的顏色，使照明變得更加鮮明，并使分衛(wèi)器更加活躍。[9]2.2.2紅外傳感器紅外線傳感器是對(duì)人體發(fā)射的紅外線進(jìn)行探測(cè)的工作。主要的原理是，人體發(fā)射的10微米左右的紅外線通過(guò)“菲涅爾過(guò)濾鏡”得到證明后，在熱石前元件PIR(被銅紅外線)探測(cè)器中集結(jié)。人在活動(dòng)時(shí)，會(huì)影響紅外線的發(fā)射位置，破壞零件的電荷平衡，產(chǎn)生熱釋前的效果。紅外線傳感器將通過(guò)菲涅爾過(guò)濾鏡將輻射能量的變化轉(zhuǎn)換為電弧，即熱電。無(wú)源探測(cè)器在探測(cè)區(qū)內(nèi)對(duì)人體的移動(dòng)時(shí)，傳感器所接收到的是環(huán)境溫度，在探測(cè)人時(shí)，得到人體溫度和背景的溫度差異。并將系統(tǒng)中已經(jīng)存在的探測(cè)數(shù)據(jù)和比較的人可有等紅外源的判斷。進(jìn)入探測(cè)區(qū)。[10]紅外傳感器有兩種類(lèi)型：主動(dòng)和被動(dòng)。有源紅外傳感器既發(fā)出并檢測(cè)紅外輻射。有源紅外傳感器分為兩部分：發(fā)光二極管（LED）和接收器。一旦有物體接近，傳感器的紅外線就會(huì)被反射，傳感器也會(huì)接收到這種改變并反饋給控制中心。主動(dòng)式紅外傳感器充當(dāng)接近傳感器，它們通常用于障礙物檢測(cè)系統(tǒng)中。[12]PIR傳感器最常用于基于運(yùn)動(dòng)的檢測(cè)，例如家庭安全系統(tǒng)。當(dāng)產(chǎn)生紅外輻射的移動(dòng)物體進(jìn)入檢測(cè)器的感應(yīng)范圍時(shí)，將測(cè)量?jī)蓚€(gè)熱電元件之間的IR電平差。然后，傳感器將電子信號(hào)發(fā)送到嵌入式計(jì)算機(jī)，嵌入式計(jì)算機(jī)進(jìn)而觸發(fā)警報(bào)。2.2.3溫度傳感器溫度傳感器NTC在LED燈具和溫度防護(hù)前被廣泛應(yīng)用。LED照明裝置如果使用高性能LED光源，必須使用盈利的鋁制散熱器。由于室內(nèi)照明用LED照明器具本身的空間太小，散熱的問(wèn)題是目前最大的技術(shù)瓶頸之一。[13]LED照明設(shè)備散發(fā)熱量時(shí)如果不能密鑰，LED光源會(huì)因受熱而誘發(fā)早期的光源。LED燈具開(kāi)著的話，熱的空氣會(huì)自動(dòng)上升，附在光頭上，對(duì)電源的壽命產(chǎn)生影響。因此，在設(shè)計(jì)LED照明工具時(shí)，如果鋁制散熱器與LED光源較近，可以將其貼在一個(gè)NTC上，隨時(shí)收集照明儀器的溫度。當(dāng)燈罩鋁制散熱器溫度升高時(shí)，利用這個(gè)機(jī)會(huì)，將港內(nèi)輸出電流自動(dòng)白天升起，并使燈具降溫。當(dāng)照明杯鋁散熱器溫度上升到一種用途時(shí)，LED電源會(huì)自動(dòng)變低，使照明工具過(guò)分溫暖，實(shí)現(xiàn)保護(hù)。低溫后，自動(dòng)點(diǎn)燈出門(mén)。[14]2.2.4微波感應(yīng)傳感器微波感知器主要是用多普勒效應(yīng)原理的感知器。它無(wú)需觸碰就能感知物體位置移動(dòng)時(shí)的位置，并相應(yīng)地進(jìn)行開(kāi)關(guān)操作。一但感知有人，且達(dá)到燈光數(shù)要求，傳感器開(kāi)關(guān)就會(huì)自動(dòng)打開(kāi)，然后帶動(dòng)動(dòng)負(fù)載工作，開(kāi)啟計(jì)時(shí)系統(tǒng)。一旦傳感器發(fā)現(xiàn)自己感應(yīng)不到人了，計(jì)時(shí)器就開(kāi)始工作了，當(dāng)計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)到一定時(shí)間時(shí)，傳感器就會(huì)自己關(guān)閉，負(fù)載電不啟動(dòng)。真正做到安全，方便，智能，節(jié)能。[15]2.2.5超聲波傳感器超聲波傳感器是一種電子設(shè)備，其通過(guò)發(fā)射超聲波來(lái)測(cè)量目標(biāo)物體的距離，將反射回來(lái)的超聲波轉(zhuǎn)化成電磁波，再通過(guò)解析電磁波的不同來(lái)得到最終的數(shù)據(jù)。超聲波傳感器有兩個(gè)主要組成部分：發(fā)射器（使用壓電晶體發(fā)出聲音）和接收器（在到達(dá)目標(biāo)和從目標(biāo)傳播之后遇到聲音）。[16]超聲波傳感器主要用作接近傳感器。它們可以在汽車(chē)自動(dòng)停車(chē)技術(shù)和防撞安全系統(tǒng)中找到。超聲波傳感器還用于機(jī)器人障礙物檢測(cè)系統(tǒng)以及制造技術(shù)中。與接近感測(cè)應(yīng)用中的紅外（IR）傳感器相比，超聲傳感器不易受到煙霧，氣體和其他空氣傳播顆粒的干擾（盡管物理組件仍受諸如熱等變量的影響）。[17]2.3網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)通信技術(shù)2.3.1WifiWi-Fi技術(shù)現(xiàn)在被應(yīng)用于世界的各個(gè)地方，無(wú)論人們走到哪里，第一件事就是問(wèn)有沒(méi)有wifi。電腦、手機(jī)和其他的設(shè)備都能連接到無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。多個(gè)接入點(diǎn)被叫做熱點(diǎn)，可以在大范圍內(nèi)連接網(wǎng)絡(luò)，范圍的大小取決于熱點(diǎn)的強(qiáng)弱，信號(hào)強(qiáng)范圍就大，信號(hào)弱范圍就小。Wi-Fi現(xiàn)在已經(jīng)不局限于私人場(chǎng)合，在公共場(chǎng)所，比如地鐵站、機(jī)場(chǎng)都覆蓋了無(wú)線Wi-Fi，而且無(wú)線網(wǎng)絡(luò)也可以用作商業(yè)用途，比如付費(fèi)連接。雖然Wi-Fi很強(qiáng)，但是范圍也是有限制的。一個(gè)經(jīng)典的無(wú)線路由器和天線可以覆蓋100平方米，而使用802.11n則可以范圍翻倍，調(diào)整頻率的高低就可以調(diào)節(jié)范圍的大小。Wi-Fi在低頻段所受的外界影響比高頻段要少一些。但是對(duì)于家庭控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是完全足夠的，而且傳輸數(shù)據(jù)也更方便快捷。連接一次之后用電器就會(huì)自動(dòng)記憶WiFi，當(dāng)掃描到熟悉的WiFi時(shí)就會(huì)自動(dòng)連接。如果家里比較大那就可以選用蘋(píng)果公司的AirPort，這種技術(shù)更加優(yōu)秀，范圍更大能覆蓋100-140平方米。[11]2.3.2Bluetooth4.2藍(lán)牙是一種無(wú)線通訊技術(shù)，通常情況下被用于短距離數(shù)據(jù)交換，形成一個(gè)局域網(wǎng)，來(lái)連接固定與移動(dòng)設(shè)備。1994年，一個(gè)電信商研發(fā)出了這項(xiàng)技術(shù)，最早是用于替代數(shù)據(jù)線的。通過(guò)不斷地研究，確定了這項(xiàng)技術(shù)的頻率是2.4至2.485GHz，電波也是高頻無(wú)線電波。能夠鏈接多個(gè)設(shè)備，完成同步。藍(lán)牙在生活中應(yīng)用非常廣泛，比如現(xiàn)在非常火的藍(lán)牙耳機(jī)，再比如電腦外設(shè)：鼠標(biāo)鍵盤(pán)打印機(jī)都有藍(lán)牙傳輸?shù)?，在汽?chē)上也能用到藍(lán)牙，可以直接接電話或者聽(tīng)歌。藍(lán)牙分為多種技術(shù)類(lèi)型，第一種是基礎(chǔ)率類(lèi)型，第二種是低耗能類(lèi)型。其中基礎(chǔ)率類(lèi)型針對(duì)的是一對(duì)一設(shè)備通信；低耗能類(lèi)型則適用于多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。藍(lán)牙也有一定的弊端就是容易受到干擾，當(dāng)同一區(qū)域有多個(gè)局域網(wǎng)同時(shí)工作就會(huì)產(chǎn)生互相干擾的問(wèn)題。但是這類(lèi)問(wèn)題也是有解決方法的，只需要重新發(fā)送數(shù)據(jù)包即可。[18]2.3.3ZigBeeZigbee是唯一完整的loT解決方案-從網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)到允許智能對(duì)象協(xié)同工作的通用語(yǔ)言。Zigbee為用戶和開(kāi)發(fā)人員增加了選擇和靈活性，并通過(guò)對(duì)堆棧的所有層進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化和測(cè)試來(lái)提供產(chǎn)品和服務(wù)可以協(xié)同工作的信心。經(jīng)過(guò)Zigbee認(rèn)證的產(chǎn)品可以使用相同的IoT語(yǔ)言相互連接和通信，并且已經(jīng)在智能家居和建筑物中部署了數(shù)百萬(wàn)個(gè)Zigbee產(chǎn)品。Zigbee的構(gòu)建考慮了向后和向前的兼容性。[19]Zigbee是物聯(lián)網(wǎng)中使用最廣泛的智能家居技術(shù)之一。它在全球擁有超過(guò)10億個(gè)Zigbee芯片，已進(jìn)入許多最大的智能家居生態(tài)系統(tǒng)。ZigBee協(xié)議層分為好幾層，有物理層、媒體訪問(wèn)層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層等。網(wǎng)絡(luò)層（NWK）：先控制加入與離開(kāi)網(wǎng)絡(luò)；然后處理數(shù)據(jù)包；再傳送數(shù)據(jù)包；之后找尋路線；接著搜索鄰節(jié)點(diǎn)；最后存儲(chǔ)信息。應(yīng)用層（APL）：應(yīng)用層包含了子層、框架、設(shè)備管控與應(yīng)用程序。2.3.4Z-waveZ-Wave是主要用于家庭自動(dòng)化的無(wú)線通信協(xié)議。它是使用低能耗無(wú)線電波在設(shè)備之間進(jìn)行通信的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，允許對(duì)家用電器和門(mén)、窗、車(chē)庫(kù)、監(jiān)控進(jìn)行無(wú)線控制。Z-Wave系統(tǒng)和其他協(xié)議沒(méi)什么區(qū)別，是通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)控制智能手機(jī)，平板電腦或計(jì)算機(jī)，并可以通過(guò)智能揚(yáng)聲器，無(wú)線鑰匙扣在本地進(jìn)行控制或壁掛式面板，帶有Z-Wave網(wǎng)關(guān)或中央控制設(shè)備，同時(shí)充當(dāng)集線器控制器和外部門(mén)戶。Z-Wave提供了不同制造商的家庭控制系統(tǒng)之間的應(yīng)用程序?qū)踊ゲ僮餍裕@是其聯(lián)盟的一部分。互操作的Z-Wave產(chǎn)品越來(lái)越多。2017年超過(guò)1,700，到2019年超過(guò)2,600。Z-Wave旨在以高達(dá)100kbit/s的數(shù)據(jù)速率提供可靠的，低延遲的小數(shù)據(jù)包傳輸。吞吐量為40kbit/s（使用舊芯片時(shí)為9.6kbit/s），適用于控制和傳感器應(yīng)用，與主要設(shè)計(jì)用于高數(shù)據(jù)速率的Wi-Fi和其他基于IEEE802.11的無(wú)線LAN系統(tǒng)不同。兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的通信距離約為30米（帶500系列芯片的通信距離為40米），并且具有在節(jié)點(diǎn)之間最多跳四次的消息傳遞能力，它可以為大多數(shù)住宅提供足夠的覆蓋范圍。Z-Wave使用源路由網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)也被稱(chēng)為無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)。在這樣的網(wǎng)絡(luò)中，設(shè)備使用無(wú)線信道發(fā)送控制消息，然后由相鄰設(shè)備以波狀方式中繼控制消息。因此，想要發(fā)送的源設(shè)備稱(chēng)為啟動(dòng)器。因此，名稱(chēng)源啟動(dòng)的網(wǎng)格自組織路由。在1990年代初期提出了網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。早期的Adhoc是需距離矢量路由。第3章基于物聯(lián)網(wǎng)的智能照明系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)第3章基于物聯(lián)網(wǎng)的智能照明系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)3.1設(shè)計(jì)原則及需求分析3.1.1設(shè)計(jì)原則最近“互聯(lián)網(wǎng)+”被推到了風(fēng)口浪尖上，什么東西都要連接互聯(lián)網(wǎng)，其中呼聲最高的就是我們家家都有的家居。智能家居作為物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的頭牌，受萬(wàn)眾矚目，在國(guó)家的發(fā)展大方向下，具有無(wú)與倫比的發(fā)展前景。高集成度、高性能，是智能家居系統(tǒng)的最大賣(mài)點(diǎn)。當(dāng)然也離不開(kāi)穩(wěn)定的、可靠的、合理的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中更要考慮系統(tǒng)的兼容性、成本、安全性，也需要將使用者的個(gè)性化條件考慮進(jìn)去。因此，要設(shè)計(jì)滿足要求的智能家居系統(tǒng)，就得參考相關(guān)的原則，通過(guò)縝密的計(jì)算以及細(xì)心的規(guī)劃為人民百姓創(chuàng)造良好的生活環(huán)境。如果想要所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品完美運(yùn)行，就需要嚴(yán)格按照如下原則設(shè)計(jì)。穩(wěn)定性原則。世間萬(wàn)物皆系于穩(wěn)定之上，我們的系統(tǒng)也是如此，沒(méi)有任何一個(gè)元件能在不穩(wěn)定的狀態(tài)下長(zhǎng)時(shí)間保持準(zhǔn)確的工作狀態(tài)。易操作性原則。每個(gè)產(chǎn)品都有自己的控制方式，當(dāng)家里的家具增多的時(shí)候?qū)τ谌说挠洃浺缶透罅?，所以為了普及產(chǎn)品，全程力求操作簡(jiǎn)單、清晰易懂，完成系統(tǒng)的控制。普適性原則。俗話說(shuō)民為貴，君為輕。做燈同樣如此，國(guó)家所用的先進(jìn)軍事照明控制還輪不到我們來(lái)指手畫(huà)腳，能讓中國(guó)老百姓用的舒服、用的放心才是一盞好燈。所以我們力求簡(jiǎn)約，把操作難度降到最低，目的是讓所有人都能隨隨便便就操控的非常好。實(shí)用性原則。我們?cè)谶M(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候也是本著實(shí)用性的原則，一些華而不實(shí)的東西已經(jīng)在設(shè)計(jì)中消失了，現(xiàn)今保留的功能都是我們經(jīng)過(guò)大量的走訪調(diào)研得到的家庭普遍需求的功能。兼容性和可擴(kuò)展性?，F(xiàn)在市場(chǎng)上做智能家居的商家也在逐漸增多，基本上每個(gè)廠家的技術(shù)都有或多或少的區(qū)別，這就導(dǎo)致了一些產(chǎn)品可能不能兼容其他廠家的產(chǎn)品。所以，我們?cè)谠O(shè)計(jì)的時(shí)侯要盡量讓我們的產(chǎn)品可以兼容各個(gè)系統(tǒng)，并且設(shè)計(jì)能夠兼容各種協(xié)議的控制器。終端設(shè)備需要可以擴(kuò)展或者可以進(jìn)行替換，這樣一旦出現(xiàn)事故也可以有補(bǔ)救的方法，也有其他的設(shè)備可以使用。這也是對(duì)我們?cè)O(shè)計(jì)工作的一個(gè)嚴(yán)峻的考驗(yàn)?？删S護(hù)性原則。當(dāng)產(chǎn)品不工作了或者外界環(huán)境突變了，我們的產(chǎn)品必須能及時(shí)維護(hù)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)手段或者上門(mén)服務(wù)。3.1.2系統(tǒng)需求分析照明功能。智能照明控制系統(tǒng)能夠通過(guò)調(diào)整照明模塊的控制板，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的開(kāi)關(guān)照明工具，整體控制室內(nèi)照明數(shù)量，提高照明的均一性。智能照明系統(tǒng)也可以避開(kāi)脫機(jī)效果。節(jié)能功能。目前，在我國(guó)的發(fā)展中能源的節(jié)省尤為重要。智能照明控制系統(tǒng)通過(guò)多種控制方式和控制零部件，準(zhǔn)確設(shè)定不同的時(shí)間和環(huán)境光照度，并通過(guò)管理，最大限度地實(shí)現(xiàn)節(jié)能效果，達(dá)到節(jié)能的目的。生理情緒調(diào)節(jié)功能。通過(guò)判斷模塊探測(cè)從人體發(fā)出的可表征情緒或者健康狀況的生理信號(hào)或者接受外部設(shè)備發(fā)出的控制信號(hào)，并對(duì)探測(cè)到的生理信號(hào)或者接收到的控制信號(hào)進(jìn)行分析，其中，判斷模塊可根據(jù)不同的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，使發(fā)光模塊發(fā)出不同波長(zhǎng)/色溫的光。家居照明環(huán)境氛圍設(shè)定。使用者可以提前設(shè)置好自己偏好的整體燈光參數(shù)，屆時(shí)可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)燈光為已設(shè)定的模式。3.2總體設(shè)計(jì)3.2.1智能家居照明網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)有很多，我們?cè)诩依锍Ｓ玫挠邢旅嫒龢樱旱谝环N是最簡(jiǎn)單的星型結(jié)構(gòu)，第二種是稍復(fù)雜的樹(shù)形結(jié)構(gòu)，最后一種是最復(fù)雜的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。如圖3.1所示為三種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖。圖3.1三種網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖最方便用戶管理的就是星型結(jié)構(gòu)了，這種結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，只要在通信范圍內(nèi)就可以任意交流，不需要其他設(shè)備做中間商，降低了其中的損耗。這種網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是由三種通信設(shè)備組成的，它們分別是路由、中由協(xié)調(diào)器和終端了節(jié)點(diǎn)它們的通信路徑是不同的，條條大路通羅馬，有很多中方式可以連接兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，所以管理起來(lái)也特別麻煩，因?yàn)樾枰芾淼墓?jié)點(diǎn)比較多。多個(gè)星型結(jié)構(gòu)的組合可以被看成是樹(shù)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在通信上只有一條鏈路進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，其他通信的中斷可能是被節(jié)點(diǎn)故障導(dǎo)致的。這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，根本不用把所有的節(jié)點(diǎn)都維護(hù)，從中間選幾個(gè)重要的就可以了，但是一旦外界環(huán)境一直變化這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)就不如網(wǎng)狀的了。3.2.2智能家居照明系統(tǒng)的整體架構(gòu)通過(guò)對(duì)智能家居系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)架構(gòu)，選取符合設(shè)計(jì)需求的無(wú)線通信技術(shù)，基于嵌入式和Wi-Fi等智能技術(shù)對(duì)此系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)?；谖锫?lián)網(wǎng)可以將智能家居系統(tǒng)架構(gòu)為：控制層、網(wǎng)絡(luò)通信層以及應(yīng)用服務(wù)層。第一層，控制層。該層主要包括智能家居系統(tǒng)的單元，即終端節(jié)點(diǎn)設(shè)備。其由子節(jié)點(diǎn)和控制器模塊兩部分構(gòu)成，其中控制器模塊的作用是執(zhí)行相應(yīng)的由用戶發(fā)來(lái)的具體控制指令。第二層，網(wǎng)絡(luò)通信層。其具體的構(gòu)成包括：嵌入式網(wǎng)關(guān)、Wi-Fi模塊以及外圍設(shè)備。嵌入式網(wǎng)關(guān)是智能家居系統(tǒng)最重要的組成部分之一，其責(zé)任是對(duì)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建，另外局域路由器也可以借由無(wú)線

Wi-Fi

模塊和進(jìn)行通訊，最終做到與互聯(lián)網(wǎng)的連接。整個(gè)系統(tǒng)可以通過(guò)控制層的終端節(jié)點(diǎn)設(shè)備以無(wú)線傳感器為媒介將各種采集到的數(shù)據(jù)樣式傳遞至嵌入式網(wǎng)關(guān)，基于多線程

TCP

服務(wù)器對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行解析處理并且發(fā)送，具體來(lái)說(shuō)，以手機(jī)客戶端借由網(wǎng)絡(luò)建立與家居網(wǎng)關(guān)的

TCP服務(wù)器的連接，便可以將二者進(jìn)行通訊交流，以此做到通過(guò)手機(jī)客戶端實(shí)現(xiàn)對(duì)智能家居系統(tǒng)的具體控制功能。第三層，應(yīng)用服務(wù)層。其主要描繪此系統(tǒng)的管理平臺(tái)，用戶可以通過(guò)手機(jī)客戶端的應(yīng)用“天貓精靈”進(jìn)行操作，用戶以網(wǎng)絡(luò)與基于嵌入式網(wǎng)關(guān)上構(gòu)造的

TCP

服務(wù)器進(jìn)行通訊，從而使得二者進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，嵌入式網(wǎng)關(guān)則處理詳細(xì)的數(shù)據(jù)信號(hào)，而具體的指令則由終端節(jié)點(diǎn)設(shè)備進(jìn)行處理，由此可以實(shí)現(xiàn)基于手機(jī)應(yīng)用管理和控制智能家居系統(tǒng)的管理平臺(tái)。第4章基于物聯(lián)網(wǎng)的智能照明系統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn)第4章基于物聯(lián)網(wǎng)的智能照明系統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn)4.1核心智能模塊介紹4.1.1NodeMCUNodeMCU是一個(gè)開(kāi)辟事物互聯(lián)網(wǎng)起源的平臺(tái)。該平臺(tái)購(gòu)買(mǎi)了很多很多的開(kāi)放源代碼.NodeMCU上面有許多固件，這些固件可以在esp8266Wi-FiSoC芯片上運(yùn)行，通過(guò)高精密度的集成工藝將它們?nèi)诤弦惑w。固件使用Lua腳本語(yǔ)言。固件基于eLua項(xiàng)目，在ESP8266的基礎(chǔ)上構(gòu)建。很多開(kāi)源項(xiàng)目都可以在這個(gè)平臺(tái)上被使用。由于資源限制，用戶需要選擇與其項(xiàng)目相關(guān)的模塊，并構(gòu)建適合其需求的固件。還實(shí)現(xiàn)了對(duì)32位ESP32的支持。通常使用的原型硬件是用作雙列直插式封裝（DIP）的電路板，該電路板將USB控制器與包含MCU和天線的較小的表面安裝板集成在一起。DIP格式的選擇允許在面包板上輕松進(jìn)行原型制作。該設(shè)計(jì)最初基于ESP8266的ESP-12模塊，該模塊是與TensilicaXtensaLX106內(nèi)核集成在一起的Wi-FiSoC，廣泛用于IoT應(yīng)用。圖4.1NodeMCU實(shí)物圖圖4.2NodeMCU引腳圖4.1.2Esp8266模塊Esp8266使用的是超低空模的UART-WaiFi型號(hào)的全模塊，具有其他單片機(jī)無(wú)法比擬的包裝尺寸和超低能耗技術(shù)，僅為了便于萬(wàn)物互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用設(shè)計(jì)，用WIFI連接已有的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，并傳輸用戶想要發(fā)送的指令。Esp8266可以進(jìn)行花式封裝：比如最普遍的2.54標(biāo)準(zhǔn)直插工藝，接地氣的貼片封裝，獨(dú)樹(shù)一幟的底貼工藝，獨(dú)占鰲頭的半孔貼片工藝，大受好評(píng)的超小體積封裝，只有10*10毫米，可輕松地在各種事物的網(wǎng)絡(luò)硬件終端上使用。在智能家庭以及產(chǎn)業(yè)控制等領(lǐng)域都可以找到它的身影。Esp8266擁有的可實(shí)現(xiàn)的功能包括：1. 串口透?jìng)鳎涸趽碛袃?yōu)秀的可靠性的基礎(chǔ)上大大提高了傳輸速率；2. PWM調(diào)控：可以調(diào)節(jié)速度的電機(jī)，多色LED的調(diào)節(jié)等；3. GPIO控制：電路中電子的移動(dòng)可被控，繼電器等。由于Esp8266體積小、能耗低、傳輸穩(wěn)定、可調(diào)控?zé)艄?、可做開(kāi)關(guān)，非常適用于智能家居照明控制系統(tǒng)，所以本文將Esp8266作為控制的核心元件。圖4.3Esp8266實(shí)物圖圖4.4Esp8266PCB圖以及引腳說(shuō)明表4.1Esp8266能耗表4.2外圍硬件WS2812B結(jié)合了智能外控技術(shù)和集成電路技術(shù)，是一個(gè)領(lǐng)先時(shí)代的LED光源。它的每個(gè)元件都是一個(gè)獨(dú)立的像素點(diǎn)。里面包含了多種部分，有放大驅(qū)動(dòng)電路、內(nèi)部振蕩器、以及可編程部分，所有像素點(diǎn)都具有一致性。單線歸零碼是它的獨(dú)特的通訊方式，像素點(diǎn)在接受傳輸過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)后，第一個(gè)點(diǎn)先提取送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)，把數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)鎖存器，其他數(shù)據(jù)進(jìn)行整形和放大，然后將數(shù)據(jù)傳遞給下一個(gè)像素點(diǎn)，但是信號(hào)會(huì)越來(lái)越少。像素點(diǎn)選用了特殊的轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)，解除了級(jí)聯(lián)個(gè)數(shù)對(duì)信號(hào)的限制，唯一的限制是傳輸?shù)乃俣?。LED環(huán)保節(jié)能，電壓低，亮度大，散射好，功耗小，壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。LED經(jīng)過(guò)集成之后將，電路也簡(jiǎn)潔化了許多，體積小，安裝更加簡(jiǎn)便。WS2812燈帶有以下特點(diǎn)：●每個(gè)LED都是一個(gè)獨(dú)立的像素點(diǎn)?！窦啥群芨?，都在一個(gè)5050的封裝內(nèi)?！衩總€(gè)像素點(diǎn)都可以變換16777216種顏色，。●數(shù)據(jù)發(fā)送速度可達(dá)800Kbps?！窆獾念伾叨纫恢?，性?xún)r(jià)比高。相對(duì)于市面上其他的同價(jià)位可購(gòu)買(mǎi)產(chǎn)品，WS2812燈帶有以下優(yōu)勢(shì)：1. 使用壽命長(zhǎng)；2. 像素點(diǎn)更密集，可以得到更高清的效果；3. 顏色可變，基本涵蓋了市面上能找到的所有顏色，可以進(jìn)行微調(diào)，總有一種顏色適合我們的用戶；4. 成本很低，因?yàn)閃S2812燈帶把驅(qū)動(dòng)直接與燈珠相連，可以直接控制顏色變化，相比其他產(chǎn)品少了連接的元件，所以成本就是這樣降了下來(lái)。同樣的由于接線柱變少，那么故障率也會(huì)跟著減少，穩(wěn)定性會(huì)變高；圖4.5WS2812燈帶電路圖圖4.6WS2812燈帶實(shí)物圖4.3電路連接將NodeMCU與WS2812燈帶進(jìn)行連接，將NodeMCU的Vin管腳與WS2812燈帶的電源端連接，再將NodeMCU與WS2812共地，之后將NodeMCU的15管腳與WS2812燈帶的數(shù)據(jù)端相連，這樣就完成了電路的連接。圖4.7NodeMCU與WS2812燈帶連接圖第5章實(shí)物驗(yàn)證--PAGE2---PAGE9-第5章實(shí)物驗(yàn)證5.1代碼展示配置網(wǎng)絡(luò)本文采用的是Arduino中的WifiManager庫(kù)，它的原理是用ESP8266開(kāi)啟熱點(diǎn)，電腦或手機(jī)連接熱點(diǎn)后訪問(wèn)，就可以訪問(wèn)一個(gè)網(wǎng)頁(yè)，把需要連接的路由器Wifi熱點(diǎn)名和密碼輸入，ESP8266會(huì)把賬號(hào)密碼保存到Flash，下次起機(jī)的時(shí)候，ESP8266發(fā)現(xiàn)有保存了可用的Wifi熱點(diǎn)，就會(huì)通過(guò)熱點(diǎn)接入互聯(lián)網(wǎng)。完成上述的配網(wǎng)操作所需要寫(xiě)的代碼僅有兩行：1. voidsetup(){2. //設(shè)置Wifi3. WiFiManagerwifiManager;4. wifiManager.autoConnect();5. } ESP8266能連接互聯(lián)網(wǎng)還不夠，需要和貝殼互聯(lián)云平臺(tái)連接，才能推送命令。訪問(wèn)貝殼互聯(lián)網(wǎng)站注冊(cè)賬號(hào)，再注冊(cè)設(shè)備即可，關(guān)鍵的是得到id和apikey，這是給設(shè)備做命令推送的憑據(jù)，下一步就是讓設(shè)備連接功能強(qiáng)大的貝殼互聯(lián)的為智能家居量身打造的服務(wù)器，關(guān)鍵代碼如下：1. voidloop(){2. //檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)是否通暢3. while(WiFi.status()!=WL_CONNECTED){4. delay(1000);5. Serial.print(".");6. }7. //檢測(cè)是否連接到服務(wù)器8. if(!client.connected()){9. if(!client.connect(host,httpPort)){10. Serial.println("connectionfailed");11. delay(5000);12. return;13. }14. }15. //檢測(cè)是否需要發(fā)送心跳包16. if(millis()-lastCheckInTime>postingInterval||lastCheckInTime==0){17. Serial.println("SendHeartBeat!!");18. sendHeartBeat();19. }20. //檢測(cè)是否收到服務(wù)器推送21. if(client.available()){22. StringinputString=client.readStringUntil('\n');23. onMessageReceive(inputString);24. }25. //判斷是否需要將LED閃爍26. if(ledOn){27. doLedStep();28. }29. }在loop里面，關(guān)鍵要做的有兩件事，1.每隔40秒左右向服務(wù)端發(fā)送心跳包，告訴服務(wù)器這個(gè)設(shè)備還在線2.輪詢(xún)服務(wù)端接口是否有下發(fā)命令，有的話需要立即響應(yīng)，至于收到了一個(gè)消息，我們要做什么樣的處理，這都是我們自由發(fā)揮了。為了擴(kuò)展性，發(fā)送和接收的消息都是要編碼成json格式，所以為了方便，我們還是要使用個(gè)json解析庫(kù)才行，官方例程里用的是aJson，但是在IDE里搜索不到這個(gè)，還要單獨(dú)安裝。所以便沒(méi)有用aJson，找了一個(gè)比較流行的ArduinoJson，大同小異，也可以用。圖5.1Ardino函數(shù)庫(kù)有了JSON解析庫(kù)，我們就可以解析消息了，先用串口打印消息看看。圖5.2貝殼物聯(lián)操作界面現(xiàn)在還沒(méi)有接天貓精靈，先用貝殼物聯(lián)后臺(tái)的面板試試Play和Stop按鈕的消息是啥：

Play和Stop的消息打印出來(lái)，其實(shí)開(kāi)燈和關(guān)燈用的就是這兩個(gè)：1.{"M":"say","ID":"U11085","NAME":"hzy3774(web)","C":"play","T":"1577714088"}2.{"M":"say","ID":"U11085","NAME":"hzy3774(web)","C":"stop","T":"1577714088"}從消息內(nèi)容可以看出，我們主要解析消息中的C這個(gè)字段，即可判斷是什么動(dòng)作，代碼如下：1. voidonMessageReceive(Stringmsg){2. msg.trim();3. Serial.println(msg);4. if(msg.startsWith("{")&&msg.endsWith("}")){5. DynamicJsonDocumentdoc(1024);6. deserializeJson(doc,msg);7. JsonObjectobj=doc.as<JsonObject>();8. StringM=obj["M"];9. if(M=="say"){10. StringC=obj["C"];11. if(C=="play"){12. ledOn=1;13. }elseif(C=="stop"){14. ledOn=0;15. turnLedColor(0);16. }elseif(C.startsWith("{")&&C.endsWith("}")){17. deserializeJson(doc,C);18. obj=doc.as<JsonObject>();19. onExtraCommand(obj);20. }21. }22. }23. }下一步來(lái)接入天貓精靈。操作很簡(jiǎn)單，主要有三步，在天貓精靈App中添加設(shè)備，搜索貝殼，授權(quán)綁定后再登陸貝殼賬號(hào)，即可看到設(shè)備信息。圖5.3天貓精靈綁定頁(yè)面綁定完成后就可以對(duì)天貓精靈說(shuō)“開(kāi)燈”，在串口打印中看到命令是Play，這說(shuō)明天貓精靈也對(duì)接成功了。{"M":"say","ID":"U11085","C":"play","SIGN":"Aligenie","T":"1577716165"}這個(gè)時(shí)候如果還想實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的燈光控制功能，比如“亮度50”，“燈光變綠色”，命令的內(nèi)容就稍微復(fù)雜了：1. {"M":"say","ID":"U11085","C":"{"n":"SetColor","a":"color","v":"Green"}","SIGN":"Aligenie","T":"1577715366"}2. {"M":"say","ID":"U11085","C":"{"n":"SetBrightness","a":"brightness","v":"10"}","SIGN":"Aligenie","T":"1577715412"}這時(shí)候C變得復(fù)雜，不過(guò)也沒(méi)關(guān)系，對(duì)C再做一次JSON解析即可：1. voidonExtraCommand(JsonObjectobj){2. Stringaa=obj["a"];3. if(aa=="brightness"){4. intvv=obj["v"];5. FastLED.setBrightness(vv*255/100);6. }elseif(aa=="color"){7. Stringcolor=obj["v"];8. ledOn=0;9. if(color=="Red"){10. turnLedColor(CRGB::Red);11. }elseif(color=="Green"){12. turnLedColor(CRGB::Green);13. }elseif(color=="Blue"){14. turnLedColor(CRGB::Blue);15. }elseif(color=="White"){16. turnLedColor(CRGB::White);17. }18. }19. }5.2實(shí)驗(yàn)過(guò)程及結(jié)果首先進(jìn)行電路的連接，具體電路如圖12所示：圖5.4實(shí)物電路圖開(kāi)啟手機(jī)熱點(diǎn)、電腦連接ESP8266熱點(diǎn)，通過(guò)ESP8266的熱點(diǎn)記憶功能使二者都連接到手機(jī)熱點(diǎn)：在貝殼物聯(lián)中輸入指令p