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基于WiFi的LED照明控制系统的研究与实现

作　者: 梁霄霄
导　师: 秦会斌
学　校: 杭州电子科技大学
专　业: 电路与系统
关键词: WiFi LED照明控制系统 无线网卡驱动 轻量级网络通信协议 Android
分类号: TM923.34
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
下　载: 3次
引　用: 0次
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内容摘要


随着国家节能减排政策的实施与照明技术的发展，LED照明将在十年内取代白炽灯占据市场主导地位。基于各类通信技术和LED驱动控制技术的结合，LED照明控制技术呈现出多样化特征，目前LED驱动控制器的高成本限制了LED照明的发展。本文对基于WiFi的LED照明控制系统进行了研究与设计，重点设计了低成本的WiFi灯控节点，节点采用中端微处理器，在无操作系统的情况下实现了网络通信协议与无线网卡驱动，有效地降低了LED灯控系统的成本。该系统主要由WiFi灯控节点、WiFi接入点、以及Android灯控系统三部分组成，灯控节点嵌入到LED灯具中，并与Android灯控系统一同接入WiFi接入点实现WiFi组网，通过Android灯控系统的人机交互界面控制节点调灯，以无线方式进行LED远程调光。WiFi灯控节点是具备WiFi通信功能和局域脉宽调制LED功能的单灯控制节点，硬件设计包括STM32与无线网卡的接口电路、电源电路、天线电路几部分。软件部分包括Android控制部分、网络通信部分、数据处理部分、调光输出部分。在裁剪linux内核的88w8686网卡驱动的基础上编写了适合STM32的网卡驱动，包括下载网卡驱动固件、编写SDIO接口驱动、编写硬件接口层驱动，使能Marvell88W8686网卡芯片，使节点具备802.11无线通信功能；移植轻量级网络通信协议，使MCU具备处理802.3以太网通信功能；完成应用编程，通过套接字接收Android灯控系统指令，实现LED灯控功能。WiFi接入点采用USR-WIFI232-B WiFi模块和PIC16F1938MCU构建硬件平台，对PIC进行编程使能节点与Android接入，同时完成数据包的接收与转发。Android灯控系统基于eclipse平台上开发，包括登陆系统与灯控系统的设计，登陆系统涉及到数据库SQLite的操作、Button和seekbar等控件的设置，灯控系统的核心部分是与AP/节点网络通信的实现。最后，对整个照明控制系统进行测试，对系统的功能和性能进行了一系列验证。多组测试表明系统功能实现正常，工作稳定，能满足实际的应用需求。总的来说，本文完成了基于WiFi的LED照明控制系统设计的基本目标。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第一章 绪论  10-16
  1.1 课题研究的背景及意义  10-11
  1.2 国内外 WiFi 照明控制系统的发展现状及趋势  11-14
    1.2.1 照明控制的现状与发展趋势  11-12
    1.2.2 WiFi 的发展历程及趋势  12-14
  1.3 课题研究的内容及面临的难点和创新点  14
    1.3.1 课题研究的内容和工作  14
    1.3.2 面临的难点和创新点  14
  1.4 论文结构安排  14-16
第二章 系统的总体设计方案  16-20
  2.1 WiFi 组网方式的设计  16-18
    2.1.1 WiFi 功能实现介绍  16-17
    2.1.2 WiFi 组网方式介绍  17-18
  2.2 WiFi 调灯控制系统设计方案  18
  2.3 本章小结  18-20
第三章 WiFi 灯控节点设计  20-77
  3.1 需求定义  20-21
  3.2 设计方案  21-22
  3.3 灯控节点硬件设计  22-30
    3.3.1 关键器件介绍  22-26
    3.3.2 接口电路设计  26
    3.3.3 外围电路设计  26-30
  3.4 灯控节点设备的网卡驱动的编写  30-56
    3.4.1 SDIO 底层 host 驱动编写  31-39
    3.4.2 SDIO 协议层的实现  39-47
    3.4.3 Marvell 网卡驱动编写  47-56
  3.5 灯控节点控制器的网络通信协议移植  56-69
    3.5.1 LWIP 综述  56-57
    3.5.2 LWIP 功能实现机制  57-67
    3.5.3 LWIP 移植过程  67-69
  3.6 灯控节点应用程序设计  69-72
    3.6.1 PWM 输出  69-70
    3.6.2 与 Android 套接字的实现  70-72
  3.7 基于 Android 的灯控系统的实现  72-75
    3.7.1 Android 概述  72-73
    3.7.2 Android 登陆模块设计  73-74
    3.7.3 Android 网络编程设计  74-75
  3.8 本章小结  75-77
第四章 WiFi 接入点设计  77-85
  4.1 WiFi 接入点的组成  77
  4.2 WiFi 接入点的功能实现机制  77-80
    4.2.1 WiFi 接入点的管理模块功能  77-79
    4.2.2 接入点帧格式转化模块功能  79
    4.2.3 桥接模块功能  79-80
  4.3 WiFi 接入点设计及实现  80-84
    4.3.1 关键器件介绍  80-82
    4.3.2 硬件电路设计  82-83
    4.3.3 接入点软件部分设计与实现  83-84
  4.4 本章小结  84-85
第五章 系统测试及结果分析  85-93
  5.1 接入点接入测试  85-87
  5.2 灯控节点接入测试  87-88
  5.3 PWM 波输出  88-90
  5.4 组网测试  90-92
  5.5 本章小结  92-93
第六章 总结与展望  93-95
致谢  95-96
参考文献  96-99
附录  99

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电气化、电能应用 > 电气照明 > 灯泡、灯管 > 半导体发光灯
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