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基于无线局域网的住宅小区智能照明系统及其硬件实现的研究 ——商业计划书参赛院校：华东交通大学 信息工程学院参赛队伍：天马行空2017参赛队员：张宁、郑翔文、王元东、王玮、 王培东指导老师：罗晖 教授2364 目 录系统总体简介1 无线通信协议智能照明控制器智能遥控器创新点5产业化风控与财务计划第-1-页1 系统总体简介图1 智能照明系统示意图由图1可知，该系统由光源路灯、节电智慧控制器、手持无线遥控等组成，用户可以通过无线遥控器在有效通信范围内控制系统。通信模块的底层硬件平台选用通用无线收发器芯片nRF24L01，它是一款新型单片射频收发器件。用nRF24L01实现收发原理：至少需要两个nRF24L01模块，一个作为发射端,另一个为接收端。首先在收发前要对各个模块进行设置，主要包括地址设置、通道设置、发射频率设置等。地址设置：发射端和接收端都需要设置相应的接收地址和发送地址。通道设置：在接收数据时需要选择相应的接收通道，选择好通道后再设置相应通道的接收地址。2 无线通信协议Modbus协议定义了一个与基础通信层无关的简单协议数据单元（PDU），特定总线或网络上的Modbus协议映射能够在应用数据单元（ADU）上引入一些附加域，通用Modbus帧如图2所示。图2 通用Modbus帧启动Modbus事务处理的客户机创建Modbus PDU，其中的功能码向服务器指示将执行哪种操作，功能码后面是含有请求和响应参数的数据域，差错校验一般使用CRC校验码。CRC校验算法编写用C语言：CRC校验码由发送端计算，放置于发送信息的尾部，接收端的设备再重新计算接收到信息的CRC校验码，比较计算得到的CRC校验码是否与接收到的相符，如果二者不相符，则表明出错。图3 路灯节点类型及信息传递路径本课题借鉴Modbus协议的指令格式及通信原理，研究一个更为简洁实用并适用于住宅小区智能照明系统的无线通信协议。（1）根据被控对象路灯的特点研究一种短距离无线通信和接力转发机制。（2）协议的故障处理机制是这样的：正常情况时，每个节点只和相邻节点通信；如果有节点出现故障时，连续3次重发，仍无响应的，即确定为故障节点，可以跳开这个故障节点，和下一个节点通信，并把故障信息存起来，等到遥控器查询时，上报故障信息。（3）在协议的指令格式设计上，借鉴了著名的标准工业控制协议Modbus的一些思想，并结合路灯控制的特点，设计出了协议的指令格式，具体格式如下：转发时接收节点地址，转发时发送节点地址、最终接收节点地址、最初发送节点地址、指令码、指令数据、累计转发计数器、最大转发次数限制值、CRC校验码。3 智能照明控制器热释电红外传感器即PIR传感器，它是通过检测人体辐射出的特定波长的红外线来检测行人。PIR传感器输出的信号及其微弱，一般只有几mV，现在常常使用透明塑料做成的菲涅尔透镜来增强入射红外信号，并通过增益达数千倍的放大电路去放大输出信号，这样使得PIR传感器的检测范围可以达到10米左右。PIR传感器输出的信号要经过一个信号处理电路的处理之后，才能使用。PIR信号处理电路包括：放大、低通滤波、鉴幅、波形保留等环节。现在PIR信号处理电路常用的是模拟信号处理电路，如以PIR专用芯片Bliss0001为核心构成的模拟PIR信号处理电路，还有以四运放芯片LM324为核心构成的模拟PIR信号处理电路。图4. 应用智能照明控制器的太阳能LED路灯效果图对于路面汽车的检测，利用超声波的多普勒效应实现对车速的测量。多普勒效应是指物体辐射的波长因为光源和观测者的相对运动而产生变化，在运动的波源前面，波被压缩，波长变得较短，频率变得较高，在运动的波源后面，产生相反的效应，波长变得较长，频率变得较低，波源的速度越高，所产生的效应越大，根据光波红/蓝移的程度，可以计算出波源循着观测方向运动的速度，恒星光谱线的位移显示恒星循着观测方向运动的速度，这种现象称为多普勒效应。求出汽车的运动速度后，进而由单片机处理来控制路灯的明暗。. 应用智能照明控制器的太阳能LED路灯效果图式中：V0为声速，Vr为观察者相对介质的速度，Vs为波源相对介质的速度，f0为信号源的频率，f为声源运动时测得的频率。基于超声波多普勒效应推导出运动的车速，具体公式如下：①当波源静止，观察者运动时 （式-1）②当波源运动，观察者静止时 （式-2）③当两者同时运动时 （式-3）由于超声波的发生器和接收器是集中在一起的，所以当运动物体反射超声波时，应该把运动物体当做波源，而把超声波接收器作为观察者。这样，就可以结合上述公式求出运动物体的速度与多普勒频移之间的关系，如下：④当波源静止，观察者运动时 （式-4）⑤当波源运动，观察者静止时 （式-5）⑥当两者相对运动时（式-6）?其中式-5的情况在实际中一般不会出现，但是