基于WIFI模块的多路灯光控制系统开发

ELECTRONICSWORLD󰀀技术交流苏州工业园区服务外包职业学院纳米技术系摘要】本文主要介绍【块，王燕了基于WIFI模块的多路电器灯光控制系统的软硬件设计方法，。通过智能手机将命令发送~WIFI模WIFI模块根据从IFI模智能手机收到的命令控制相应的LED灯；LED从而达到无线控制LED灯的开关，亮度，以及颜色的目的。W关键词】【块控制；智能手机；物联网感觉到灯光闪烁1。项目背景随着计算机计算网络技术32．LED灯具控制系统的硬件实现方案为了能产生PWM信号采用了嵌入式WIFI模块、、，所谓嵌、智能控制等技术的发，入式WIFI模块即在WIFI模块中包括微控制器芯片芯片、WIFI展，不仅人与人间的信息交流方式越来越丰富人机交程序存储器芯片、滤波器。、第一晶振、第二晶振流，设备之间的交流方式也更加丰富，。现在出现了专门。和电源开关管等相关硬件的HF本项目中采用的是汉枫公司。解决人机交流设备之间交流技术的物联网，本文阐述将控制系LPBl00芯片。芯片内部结构图如图2所示了在物联网平台上被广泛普及的智能终端，，统与智能手机相结合便，从传统的电脑平台，转化到更方。更易操作，更普遍的智能移动操作平台上，本文主要介绍灯光控制系统的软硬件通过在安卓，手机上编写的相应控制软件的灯光能家居，，利用无线信号、控制周围，从而实现设备的智能化节约能源的目的。无线化控制达到智，2系统的总体设计多路灯光控制系统结构图如图1由手机发送出来，。图2HFLPBl00芯片内部结构图—的控制命令，经过路由器将命令发给灯具控制系统灯4LED灯具控制系统的软件实现方案具控制系统中WIFI模块接受到命令后控制相关LED灯的开关，以及颜色和亮度的调节。软件部分包括智能机的应用软件部分~HWIFI芯片的功能实现部分驱动图1WIFI模块的多路灯光控制系统结构图，。WIFI芯片功能部分包括，WlFI模块的底层LED灯具的控制接口的实现，，IP协议栈小型化TCP／。和实时操作系统的功能适配以及错误处理系统构成，智能机侧的应用软件部分包括智能机应用软件界面3TCPflIP灯具控制系统的硬件设计LED灯亮度调节方法LED灯亮度调节方法有转换电阻、协议适配，针对LED灯特殊功能定制(包括颜色／亮度的设。定)等功能模块构成31．软件构成结构如图3所示。41．WlFI芯片软件功能模块WIFI线性调节、PWM(脉。芯片功能部分，建立起WIFI通讯连接之后接收，冲宽度调制)调节等方法谓脉冲宽度调制，。本文中采用PWM调节方法所改智能机或者AP路由器传来无线信号透过WIFI模块底层框架器，，IP解析经过TCP／，就是在脉冲的频率不变的情况下，将收到的信令传递给MCU微处理，变占空比达到对输出能量的平均值进行控制的方法制LED工作的频率不能太低180一。控MCU将对应的电平脉冲信号传导到相应的管脚．以驱，般要大于IOOHZ，否则会动LED~极管发光。󰀀󰀀ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ　ＷＯＲＬＤ・技术交流　ＷｅｌｃｏｍｅＡｃｔｉｖｉｔｙ类：　ＳｍａｒｔＬｉｇｈｔ智能灯源应用的入口类，用户在安卓手机上　双击打开ＳｍａｒｔＬｉｇｈｔ应用程序的时候，最先处理的执行类。　如果这个类是第一次执行，它将在系统内部构建和初始化　应用程序的初始页面，同时在手机界面上显示欢迎信息。　当用户点击应用界面时，内部激活ｓｐｌａｓｈＡｃｔｉｖｉｔｙ类，进入　开始动画显示过程。如果不是第一次执行，将直接挑转到　图３灯具控制系统的软件构成图　ＳｐｌａｓｈＡｃｔｉｖｉｔｙ类，显示开始动画，避免多次重载初始页面。　ＤｅｖｉｃｅＭａｎａｇｅｒＡｃｔｉｖｉｔｙ　乏：　由于使用的ＷＩＦＩ模块是采用透传式的工作方式，在　智能机软件和灯具的控制芯片之间事先达成通信／控制　协议的前提下，大幅简化了ＷＩＦＩ模块内部的工作逻辑，　无须对于每个功能动作做特殊的解析和定制，只要基于　ＴＣＰ／ＩＰ处理好通信流程，完成好通讯渠道的任务即可。　ＷＩＦＩ模块接收到这些信令之后，在透传模式下，传　递给ＭＣＵ微处理器，ＭＣＵ微处理器将根据这些指令，按照　事先协议的逻辑，控制各个ＰＷＭ管脚端口。端口根据传递　的信令内容，调节输出ＰＷＭ信号的占空比。占空比的变化　直接反映为ＬＥＤ灯具输出电流的强弱，从而实现对于ＬＥＤ　灯具的颜色与亮度控制。　４．２智能手机功能模块　智能手机功能部分，提供友善易懂的控制界面，　接收客户的需求。建立设备之间的连接关系，并保持终　端与设备之间持续连接的状态。对于用户的操作进行解　析，接收用户命令，将客户的操作逻辑转化为模块控制　的ＡＴ命令（或者固有命令）。通过ＴＣＰ／ＩＰ网络协议将这　些指令发送给模块，模块和芯片在对于指令进行反映，　同时将取得的设备状态，通过ＴＣＰ／ＩＰ通路回传智能手机　终端。智能机的应用软件的网络功能部分，将监听这些　回信，如有更新将通知应用程序侧，以便及时更新界面　的显示内容，将最新状态通知用户。　４．２．１智能灯源控制手机软件简介　本文描述的软件是针对安卓手机平台的，其功能为　搜索周围可以适配的智能灯源设备，为用户建立与指定　智能灯源设备的固定无线连接，接收用户指令控制灯源　变化，同时实时反映智能灯源的最新状态给用户。　软件实装是由以下几个功能模块构成：基本逻辑功　能模块，图形界面设计模块，网络应用模块，底层网络　连接模块，以及通用处理功能模块。各个模块之间相互　联系，协同完成软件的整体功能。　４．２．２基本逻辑功能模块　本模块实现了ＳｍａｒｔＬｉｇｈｔ智能灯源的主要控制功　能。下面将叙述本模块下属各个主要功ｆｉ￣Ｃｌａｓｓ的作用与　实现方式。　ＳｐｌａｓｈＡｃｔｉｖｉｔｙ类显示完启动动画之后，启动软件的功能　部分，调用ＤｅｖｉｃｅｉａｎａｇｅｒＡｃｔｉｖｉｔｙ￣。ＤｅｖｉｃｅＭａｎａｇｅｒＡｃｔｉｖｉｔｙ　类是用于确认手机周边设备的应用类。　当连接设备列表中没有可用设备时，用户可以通过　点击界面更新图标开启新一轮的设备匹配过程。当搜索　到可用设备时，将设备信息追加到设备列表中，同时更　新用户页面。　如果搜索到已经登录过的设备，将在界面中显示该设备　的信息，用户点单击该设备时，将会调用ＤｅｖｉｃｅＭａｉｎＡｃｔｉｖｉｔｙ　类，进入该设备的详细设置页面。用户长按这个设备将会跳　出设备的重命名和删除菜单。　另外在ＤｅｖｉｃｅＭａｎａｇｅｒＡｃｔｉｖｉｔｙ类的菜单选项中添加　了设定（Ｓｅｔｔｉｎｇ）和情报（Ａｂｏｕｔ）菜单。用户选择设　定（Ｓｅｔｔｉｎｇ）菜单时，将会调用ｓｅｔｔｉｎｇｓＡｃｔｉｖｉｔｙ类，　进入ＷＩＦＩ参数设置页面。用户选择（Ａｂｏｕｔ）菜单时，将　会调用ＡｂｏｕｔＡｃｔｉｖｉｔｙ类，进入系统说明页面。　ＳｅｔｔｉｎｇｓＡｃｔｉｖｉｔｙ类：　从ＤｅｖｉｃｅＭａｎａｇｅｒＡｃｔｉｖｉｔｙ类的菜单选项进入，设置　和保存用户设定的ＷＩＦＩ网络参数，以便于和ＷＩＦＩ设备建　立连接。包含的信息有ＳＳＩＤ名，ＵＤＰ　Ｐｏｒｔ端口，ＷＡＮ的ＩＰ　地址和ＴＣＰ　Ｐｏｒｔ端口，最后还有ＰＷＭ的工作频率。所有项　目均可编辑，需要和被控制设备协同设置。以确保智能　手机和智能灯源设备能够正常连接，并能正常工作。　ＤｅｖｉｃｅＭａｉｎＡｃｔｉｖｉｔｙ类：　ＳｍａｒｔＬｉｇｈｔ智能灯源应用的主要功能类。它提供了　用户对于智能灯源进行控制的亲和界面，调用相关联的　功能类，实现对于智能灯源的控制。同时监听通信类的　信息，及时反映最新的智能灯源的状态给用户。　４．２．３图形界面设计模块　图形页面的所有图形资源，以及界面设计的ＸＭＬ文　档。建立图形标识与应用程序ｅｖｅｎｔ的对应关系。　４．２．４网络应用模块　本模块是ＳｍａｒｔＬｉｇｈｔ智能灯源的底层控制功能模　块。由基本逻辑功能模块调用本模块的功能类，接收逻　电子世鼻・】８】・　ＥＬＥｃＴＲ０ＮｌＣＳ　ＷＯＲＬＤ・技术交流　辑功能模块的指令，提供通用的控制接口函数，根据逻　辑功能模块调用函数以及使用参数的不同能够，实现具　体的智能灯源（包括单色光源）的控制。这个模块可以　看作智能灯源控制的指令集合。　ＨｅｘＬａｍｐＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ类：　智能灯源控制的基类，实装了多种灯源控制函数，同时也　包含了各种灯源状态问询和检查函数。接收№ｘＩａ加ｐＣ０ｎｔｒＯｌｌｅｒ　类处理逻辑模块的请求，调用底层网络连接模块的接　口，建立并确认网络连接状态。将接收的命令按照事先　协议的逻辑查询通用处理功能模块中对应的灯源模块的　控制命令指令和参数，并将这些指令结合在电文的报文　中，再调用底层网络连接模块的接口，将这些解析过电　文传递给网络。　ＨｅｘＬｏｃａｌＬａｍｐＣｏｎｔｒｏｌ　ｌｅｒ类：　ＨｅｘＬａｍｐＣ０ｎｔｒｏ１ｌｅｒ类的子类，继承父类功能的基础　上，引入了底层网络连接模块的ＵｄｐＵｎｉｃａｓｔ类。在实装　网络连接的过程中，以ＵｄｐＵｎｉｃａｓｔ类为基础，建立ＵＤＰ连　接通讯类型，适合于在本地的网络使用环境。本地网络　使用中，环境构建简单，主要实装了网络建立、连接、　切断和取得回复的功能。　ＨｅｘＲｅｍｏｔｅＬａｍｐＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ类：　ＨｅｘＬａⅢｐＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ类的子类，继承父类功能的基　础上，引入了底层网络连接模块的ＴＣＰＣＩｉｅｎｔ类。在实装　网络连接的过程中，己ＴＣＰＣ１ｉｅｎｔ类为基础，建立ＴＣＰ／ＩＰ　连接的通讯类型，适合于远程控制的网络使用环境。远　程网络控制较为复杂，与本地网络相比，增加了网络监　听，头文件确认，数据格式变更等功能。　４．２．５底层网络连接模块　本模块是建立通信网络的底层通用模块，由网络应　用模块调用的基本网络功能类。提供网络环境建立的接　口类型，同时保持与网络侧的数据通道的畅通，接受上　层模块的调用，将模块指令通过网络传递给智能灯源，　来实现对于智能灯源的控制。就其功能性质我们划分为　ＵＤＰ类型和ＴＣＰ类型。　ＵｄｐＵｎｉｃａｓｔ类：　ＵＤＰ类型的底层网络类型，提供本地网络的构建机　能。主要是针对简单网络的组网环境。如灯源与智能手机　处于同一内网中，通过ＵＤＰ广播传递所需要的信息和指令。　初始阶段实体化ｓｏｃｋｅｔ通信类，打开指定的端口，建立通　信通道。当接收到网络应用模块传递过来的命令的时候，　激活通讯通道，传输命令，同时监听网络侧的回复。　ＴＣＰＣ１ｉｅｎｔ／ＴＣＰＳｅｒｖｅｒ类：　ＴＣＰ／ＩＰ类型的底层网络类型，提供远程网络的构　・１　８２・　建机能。要是针对复杂网络的组网环境，包括使用互　联网的组网环境。通过ＴＣＰ／ＩＰ协议传递所需要的信息和　指令。初始阶段实体化ｓｏｃｋｅｔ通信类，根据指定的ＩＰ地　址和端口，搜索对象，建立通讯通道。当接收到网络应　用模块传递过来的命令的时候，激活通讯通道，传输命　令，同时监听网络侧的回复。　４．２．６通用功能模块　提供调试日志（ＬＯＧ）的输出，通用处理，常量的定　义等功能。　５结束语　本文通过基于ＷＩＦＩ模块的多路灯光控制系统的软硬　件描述，提供了一种通过智能手机上控制灯光的实现方　法，实现人与物交流的目的，为生活提供便利。　参考文献　【１】朱敏玲，李宁．智能家居发展现状及未来浅析Ｕ】．电　视技术，２０１５，３９（４）：８２—８４．　【２】董思乔，赵荣建，孙通．基于ｗｉＦｉ构建的智能家居控　制系统的设计Ⅱ】．电视技术，２０１５，３９（￣：８９—９１．　【３】董钢辉．一种基于物联网嵌入式ｗｉ＿Ｆｉ模块的快速　联网方法：中国，ＣＮ１０３７６３７５７Ａ『Ｐ１．２０１４－０１－２３．　ｆ４］邱海一．一种基于物联网嵌入式ｗ卜Ｆｉ模块的断网　重新接入方法：中国，ＣＮ１０３４４２４１０Ａ［Ｉ）】．２０１３－０８－２７．　【５】刘静，杨正校，沈健．基于ＷＩＦＩ的安卓智能家居控制　与监测系统的设计Ⅱ】．软件，２０１４，３５（６）：１９—２２．　【６】申斌，张桂青，汪明，李成栋．基于物联网的智能家居　设计与实现卟软件，２０１４（６）：７—１０．　【７］崔文婷，陈恒，高远，游斌相，黄仁兵．基于Ａｎｄｒｏｉｄ的　ＬＥＤ控制设计Ⅱ］．电子测量技术，２０１４，３７（１２）：１０２—１０４．　作者简介：　王燕（１９７７一），女，江苏泰兴人，讲师，苏州工　业园区服务外包职业学院纳米技术系专任教师，主要研　究方向：智能电子产品开发，ＦＰＧＡ产品开发等。