1、第18章室内自动照明系统引子物联网离我们有多远？听说过智能家居吧！智能家居无线红外放闯入探测器无线空气质量传感器无线烟感探测器无线燃气泄露传感器无线智能调光器无限红外转发器太阳能无线晋级声光报警器无线温湿度传感器室内自动照明系统 可感知当前环境亮度 可控制灯光开关 可远程控制18.1 项目目标本系统要求通过物联网模块（ZigBee模块）实现对照明的控制。选用光敏电阻作为感光元件，感应当前光强，从而确定需要是否需开启灯。通过本项目的设计、实施，要求学生：（1）了解物联网的概念，熟悉物联网节点和USB无线网关的使用；（2）了解LabVIEW如何与物联网模块进行通信？（3）了解将物联网模块作为数据采
2、集设备时，使用NI-DAQmx如何实现数据采集与生成。18.2 项目分析 本项目的数据采集不再使用数据采集卡而是通过物联网节点接收和发送模块来实现数据采集，采用ZigBee2007/PRO通信协议。选用两块ZigBee模块，一块作为接收模块采集光照和温度值，通过USB无线网关将当前的光照强度以及温度信息传给PC机（LabVIEW）；另一块作为发送模块，将LabVIEW的控制信息通过USB无线网关经发送模块输出控制室内灯（发光二极管。18.3 项目实现18.3.118.3.1相关相关知识知识1物联网节点接收模块2USB无线网关3物联网节点发送模块4物联网模块二次开发函数18.3.218.3.2室
3、内智能照明系统硬件室内智能照明系统硬件设计设计18.3.318.3.3前面板前面板设计设计18.3.4 18.3.4 程序框图程序框图设计设计1光照度信号采集2灯光控制信号生成3程序框图18.3 项目实现 18.3.1相关知识1物联网节点接收模块 物联网节点模块包含：ZigBee无线模块，电源开关及电源指示灯，复位和功能按键，状态和数据传输显示LED，数字模拟采集切换开关，扩展调试接口，如图18-2所示。复位按键是用于复位整个系统，而功能按键是为了配合软件完成各种特定功能的需求。模块背面有电源接口、模拟和数字测量选择跳线。电源接口连接到物联网电源板。模拟和数字测量选择的跳线端口，根据使用需求，
4、将跳线连接与J8或者J9的位置。需要使用模拟通道，则将跳线帽置于模拟测量J9端口。物联网节点模块背面如图18-3。在本项目中需对光照信号进行采集，光照信号为模拟信号，需要用的是物联网节点接收模块，进而选择J9。2USB无线网关 仅仅使用物联网节点接收模块是不够的，还需要利用USB无线网关，使得采集卡的信息与PC机相连，PC可作为数据采集接收端，可做节点的无线网络配置，可做网络节点管理，可做多网络数据转发。图18-4所示为USB无线网关，采用板级天线，单层网络最大支持 20 个节点，支持多个网络融合。使用前需安装RFLinK USB CDC设备驱动软件。3物联网节点发送模块 将采集的信息传到PC
5、机上，经过LabVIEW平台的软件，产生新的信息，物联网节点发送模块发送相应的数字信号，进而控制室内照明。物联网节点发送模块与物联网节点接收模块没有什么差别，唯一不一样的是物联网节点发送模块的跳线J9上的引脚是短路相连。而物联网节点发送模块因输出是数字信号（控制发光二极管），因此图18-3所示的跳线J8上的引脚是短接的。4物联网模块二次开发函数 本次项目设计中涉及到模拟信号的采集、数字信号的生成。使用其中一块物联网模块作为模拟信号模块。另一块物联网模块作为数字信号模块。能否和DAQmx数据采集线程一样来编写用物联网模块实现数据采集和生成呢？可使用物联网模块提供的封装好的驱动来编写程序，迅速搭建
6、系统。18.3.218.3.2室内智能照明系统硬件设计室内智能照明系统硬件设计 发光二极管的电路参见第11章图11-1所示，6个发光二极管电路中的DIO分别与数字nextIOT模块中的P0.0P0.5相连。光敏电阻硬件原理图如图18-6所示。将光敏电阻和一可调电阻串联，形成一分压电路，运放OP07为电压跟随器，其输出端OUT即为光敏电阻两端的电压。与电源相接的电源其主要作用是滤除干扰。使用nextIoT_01节点模块扩展接口中的AI0和AGND分别与图18-6的OUT和GND相连，测量光敏电阻RG两端的电压变化。18.3.3前面板设计 本次项目设计中，前面板的设计并没有涉及到新的知识点，主要使
7、用选项卡控件，完成界面内容的切换。右侧放置了网关的VISA端口及历史数据列表，如图18-7所示。唯一需要提及的，是仿真界面中灯光亮灭图片切换，使用的是布尔控件来完成。分别选用两张不同场景的图片，作为布尔控件TF两个状态的图片修饰。18.3.4 程序框图设计 在本项目设计中，一是做模拟信号采集，二是做数字信号调节。故需要将两路数采程序分别配置完成，读取光照强度，并输出控制发光二极管，并在不同的状态中完成操作。在完成整个程序框图前，首先需了解对物联网模块如何实现信号的采集和生成。本项目中推荐使用状态机结构。1光照度信号采集2灯光控制信号生成3程序框图 本次项目的设计，可将整个流转过程分为7个状态，初始化、空闲、创建任务、读取光强数值、分析光强数值并设定数字通道的高/低状态、释放硬件资源，如图18-10所示。自行分析每个状态的流转条件和流转方向。在整个系统架构中，将需要传递的数据置于一个簇中，使用移位寄存器做数据传递。美化程序框图连线，方便阅读和分析程序架构。思考题18-1 本项目仅完成了室内照明的自动控制，或想同时完成温度的采集和相关的温度调节设备的控制，软硬件如何修改？18-2 查找相关资料了解并熟悉物联网模块上的ZigBee模块及ZigBee2007 Pro 协议。18-3 使用物联网模块及传感器模块，搭建其他的智能系统，如智能停车车库。18-4 物联网和无线传感器网络有何区别？
