第18章室內(nèi)自動照明系統(tǒng)引子物聯(lián)網(wǎng)離我們有多遠(yuǎn)？聽說過智能家居吧！智能家居無線紅外放闖入探測器無線空氣質(zhì)量傳感器無線煙感探測器無線燃?xì)庑孤秱鞲衅鳠o線智能調(diào)光器無限紅外轉(zhuǎn)發(fā)器太陽能無線晉級聲光報警器無線溫濕度傳感器室內(nèi)自動照明系統(tǒng)可感知當(dāng)前環(huán)境亮度可控制燈光開關(guān)可遠(yuǎn)程控制18.1項目目標(biāo)本系統(tǒng)要求通過物聯(lián)網(wǎng)模塊（ZigBee模塊）實現(xiàn)對照明的控制。選用光敏電阻作為感光元件，感應(yīng)當(dāng)前光強，從而確定需要是否需開啟燈。通過本項目的設(shè)計、實施，要求學(xué)生：（1）了解物聯(lián)網(wǎng)的概念，熟悉物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點和USB無線網(wǎng)關(guān)的使用；（2）了解LabVIEW如何與物聯(lián)網(wǎng)模塊進(jìn)行通信？（3）了解將物聯(lián)網(wǎng)模塊作為數(shù)據(jù)采集設(shè)備時，使用NI-DAQmx如何實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與生成。18.2項目分析本項目的數(shù)據(jù)采集不再使用數(shù)據(jù)采集卡而是通過物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點接收和發(fā)送模塊來實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，采用ZigBee2007/PRO通信協(xié)議。選用兩塊ZigBee模塊，一塊作為接收模塊采集光照和溫度值，通過USB無線網(wǎng)關(guān)將當(dāng)前的光照強度以及溫度信息傳給PC機（LabVIEW）；另一塊作為發(fā)送模塊，將LabVIEW的控制信息通過USB無線網(wǎng)關(guān)經(jīng)發(fā)送模塊輸出控制室內(nèi)燈（發(fā)光二極管。18.3項目實現(xiàn)18.3.1相關(guān)知識1．物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點接收模塊2．USB無線網(wǎng)關(guān)3．物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點發(fā)送模塊4．物聯(lián)網(wǎng)模塊二次開發(fā)函數(shù)18.3.2室內(nèi)智能照明系統(tǒng)硬件設(shè)計18.3.3前面板設(shè)計18.3.4程序框圖設(shè)計1．光照度信號采集2．燈光控制信號生成3．程序框圖18.3項目實現(xiàn)

18.3.1相關(guān)知識1．物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點接收模塊

物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點模塊包含：ZigBee無線模塊，電源開關(guān)及電源指示燈，復(fù)位和功能按鍵，狀態(tài)和數(shù)據(jù)傳輸顯示LED，數(shù)字模擬采集切換開關(guān)，擴展調(diào)試接口，如圖18-2所示。復(fù)位按鍵是用于復(fù)位整個系統(tǒng)，而功能按鍵是為了配合軟件完成各種特定功能的需求。模塊背面有電源接口、模擬和數(shù)字測量選擇跳線。電源接口連接到物聯(lián)網(wǎng)電源板。模擬和數(shù)字測量選擇的跳線端口，根據(jù)使用需求，將跳線連接與J8或者J9的位置。需要使用模擬通道，則將跳線帽置于模擬測量J9端口。物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點模塊背面如圖18-3。在本項目中需對光照信號進(jìn)行采集，光照信號為模擬信號，需要用的是物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點接收模塊，進(jìn)而選擇J9。2．USB無線網(wǎng)關(guān)僅僅使用物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點接收模塊是不夠的，還需要利用USB無線網(wǎng)關(guān)，使得采集卡的信息與PC機相連，PC可作為數(shù)據(jù)采集接收端，可做節(jié)點的無線網(wǎng)絡(luò)配置，可做網(wǎng)絡(luò)節(jié)點管理，可做多網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。圖18-4所示為USB無線網(wǎng)關(guān)，采用板級天線，單層網(wǎng)絡(luò)最大支持20個節(jié)點，支持多個網(wǎng)絡(luò)融合。使用前需安裝RFLinKUSBCDC設(shè)備驅(qū)動軟件。3．物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點發(fā)送模塊

將采集的信息傳到PC機上，經(jīng)過LabVIEW平臺的軟件，產(chǎn)生新的信息，物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點發(fā)送模塊發(fā)送相應(yīng)的數(shù)字信號，進(jìn)而控制室內(nèi)照明。物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點發(fā)送模塊與物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點接收模塊沒有什么差別，唯一不一樣的是物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點發(fā)送模塊的跳線J9上的引腳是短路相連。而物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點發(fā)送模塊因輸出是數(shù)字信號（控制發(fā)光二極管），因此圖18-3所示的跳線J8上的引腳是短接的。4．物聯(lián)網(wǎng)模塊二次開發(fā)函數(shù)本次項目設(shè)計中涉及到模擬信號的采集、數(shù)字信號的生成。使用其中一塊物聯(lián)網(wǎng)模塊作為模擬信號模塊。另一塊物聯(lián)網(wǎng)模塊作為數(shù)字信號模塊。能否和DAQmx數(shù)據(jù)采集線程一樣來編寫用物聯(lián)網(wǎng)模塊實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和生成呢？可使用物聯(lián)網(wǎng)模塊提供的封裝好的驅(qū)動來編寫程序，迅速搭建系統(tǒng)。18.3.2室內(nèi)智能照明系統(tǒng)硬件設(shè)計發(fā)光二極管的電路參見第11章圖11-1所示，6個發(fā)光二極管電路中的DIO分別與數(shù)字nextIOT模塊中的P0.0~P0.5相連。光敏電阻硬件原理圖如圖18-6所示。將光敏電阻和一可調(diào)電阻串聯(lián)，形成一分壓電路，運放OP07為電壓跟隨器，其輸出端OUT即為光敏電阻兩端的電壓。與電源相接的電源其主要作用是濾除干擾。使用nextIoT_01節(jié)點模塊擴展接口中的AI0和AGND分別與圖18-6的OUT和GND相連，測量光敏電阻RG兩端的電壓變化。

18.3.3前面板設(shè)計本次項目設(shè)計中，前面板的設(shè)計并沒有涉及到新的知識點，主要使用選項卡控件，完成界面內(nèi)容的切換。右側(cè)放置了網(wǎng)關(guān)的VISA端口及歷史數(shù)據(jù)列表，如圖18-7所示。唯一需要提及的，是仿真界面中燈光亮滅圖片切換，使用的是布爾控件來完成。分別選用兩張不同場景的圖片，作為布爾控件T\F兩個狀態(tài)的圖片修飾。18.3.4程序框圖設(shè)計在本項目設(shè)計中，一是做模擬信號采集，二是做數(shù)字信號調(diào)節(jié)。故需要將兩路數(shù)采程序分別配置完成，讀取光照強度，并輸出控制發(fā)光二極管，并在不同的狀態(tài)中完成操作。在完成整個程序框圖前，首先需了解對物聯(lián)網(wǎng)模塊如何實現(xiàn)信號的采集和生成。本項目中推薦使用狀態(tài)機結(jié)構(gòu)。1．光照度信號采集2．燈光控制信號生成3．程序框圖

本次項目的設(shè)計，可將整個流轉(zhuǎn)過程分為7個狀態(tài)，初始化、空閑、創(chuàng)建任務(wù)、讀取光強數(shù)值、分析光強數(shù)值并設(shè)定數(shù)字通道的高/低狀態(tài)、釋放硬件資源，如圖18-10所示。自行分析每個狀態(tài)的流轉(zhuǎn)條件和流轉(zhuǎn)方向。在整個系統(tǒng)架構(gòu)中，將需要傳遞的數(shù)據(jù)置于一個簇中，使用移位寄存器做數(shù)據(jù)傳遞。美化程序框圖連線，方便閱讀和分析程序架構(gòu)。思考題18-1本項目僅完成了室內(nèi)照明的自動控制，或想同時完成溫度的采集和相關(guān)的溫度調(diào)節(jié)設(shè)備的控制，軟硬