LED智能照明控制系统的技术研究及实现-20160106

1、项目可行性报告项目名称：LED智能照明控制系统的研究及实现申报单位：深圳桑达国际电源有限公司联 系 人：联系电话：传 真：申报日期：201X年X月X日目录一、项目实施的背景和意义3二、项目主要研究内容5三、项目预期目标83.1技术设计指标83.2社会效益分析93.3经济效益分析10四、项目实施方案114.1系统的网络架构114.2系统的网关设计134.2.1 需求定义134.2.2设计方案134.2.3模块硬件设计154.2.4系统的移植164.3 ZigBee技术的组网方式的实现164.4终端节点及PWM控制的设计及实现184.4.1 ZigBee 终端节点LED 灯具的组成方案184.4.

2、2 PWM调光技术184.4.3 LED灯具控制设计及实现184.5 LED照明灯具控制软件设计214.6基于Android的灯控系统的设计及实现244.7项目知识产权情况304.8特殊行业报批情况30五、项目计划进度30六、现有工作基础和条件311、 公司现有研发能力312、研究开发成果31七、研发团队32一、 项目实施的背景和意义LED照明产品比传统照明节能80%，经过近十年的迅速发展，LED照明占照明产品的份额已达到30%以上，照明产业的格局发生了巨变。传统照明无论从技术上还是用户体验上，都明显落后于LED照明，随着生活水平的提高，消费者对照明的要求越来越苛刻。以往人们对照明的要求很简单

3、，只要能实现基本的照明功能，而现在，除了要求其能点亮之外，还要求其能调光、调色、甚至能根据周围环境自动调节。LED是一种定向的固态光源，具有环保节能、寿命长、可调光调色等优点，结合目前广泛使用的WiFi和低成本Zigee技术，可实现利用手持Android终端设备对LED灯具进行远程控制。因此，基于WiFi和ZigBee的LED智能控制系统的技术研究及实现现具有广阔的前景1。该项目来源于市场需求，LED是一种非常节能的照明产品，它比传统的卤素灯要节能80%，且基于其发光原理，它可调节亮度和色温，基于这些特点，LED照明受到了广大消费者和厂商的热捧，LED照明行业进入了黄金发展时期，由于资本的逐利

4、性，LED照明产品也进入了价格混战的时代，产品同质化严重，尤其是现阶段网络的普及及智能家居越来越走进百姓寻常家，单一的基础照明已经不能满足人民日益增长的物质需求，普通的LED照明产品利润率也偏低，基于这种市场状况，开发一种适合网络时代且容易被消费者接受的LED照明产品智能照明显得极为迫切。随着LED照明市场的增长，应用的场合也越来越广泛，而调光的需求日益旺盛。传统DALI的调光标准，需要增加控制信号线，工程实施复杂，增加了工程改造的成本。本无线系统兼容了传统的灯具布线方式，无需增加额外控制信号电缆，通过无线信号，控制灯具，在改造或新建照明项目均可使用。同时该照明网络可以接入到互联网、局域网，通

5、过移动设备，实现远程、本地的控制。随者互联网、无线局域网、手持引动平台的快速发展，无线设备的成本急速下降，因此系统的成本愈来愈低，应用前景广阔。技术发展趋势及国内外发展现状国外的一些照明厂商的智能照明定位比较高端，价格偏贵，造成其不能广泛普及的局面。在信息革命时代，国内智能照明制造商飞速的发展起来，传统的有佛山照明、索恩照明、飞利浦、欧司朗等著名厂商，也有小米、华为、普联等通讯企业的跨界加入。网络技术的快速发展，让数字智能家居的出现成为可能，未来，人们无论身在何处，只要能联通网络，就可以控制家里的每一样设备。智能照明作为为智能家居的重要组成部分，受到很多智能家居厂商，如IBM，微软，海尔，三星

6、，松下，西门子等一大批跨国公司的热捧。仅在深圳地区，就有上千家大大小小的厂商涉及智能家居行业，智能家居已经涉及通信、网络、家居建材、安防等行业，深受大众的期待。目前市面上比较常见的无线照明控制有：红外线技术、WiFi技术、ZigBee技术、蓝牙技术等3。国内之前比较常见的是红外遥控技术，但随着LED灯具的普及，WiFi及ZigBee、蓝牙控制技术在灯具上的应用也日趋普及，目前国内外外的一些知名照明厂商则更倾向于WiFi加蓝牙/ZigBee技术可远程控制的照明控制系统，比如飞利浦照明的Hue智能照明控制系统、小米的智能家庭控制系统。目前，随着中国十二五规划中关于节能减排的规定及发改委半导体照明节

7、能产业的规划的发布， LED光源将成为照明产品的主导力量。表1-1为几家国内外公司的无线LED灯具照明系统的性能对比表。表1-1 几家国内外公司LED照明控制系统的性能对比表厂商性能调光调色无线控制方式远程控制飞利浦Hue智能照明控制系统可以可以WiFi加蓝牙可以欧司朗Lightify照明控制系统可以可以WiFi加蓝牙可以小米智能家庭控制系统可以可以WiFi加蓝牙可以桑达智能照明控制系统可以可以WiFi加ZigBee可以二、 项目主要研究内容本项目设计了一种基于WiFi和ZigBee技术的照明控制系统，该系统由ZigBee终端节点（FFD）、WiFi模块与ZigBee模块组成的网关、安卓手持终

8、端设备（手机）三大部分组成。FFD嵌入到LED灯具中，通过ZigBee信号与ZigBee协调器通信，安卓手持设备则通过WiFi信号与WiFi模块通信并接入互联网。基于ZigBee网络协议和JN5168无线微控制器，搭建网状拓扑结构的ZigBee网络，用于LED灯具上的终端节点与协调器的通信。基于以Linux为内核的OPENWRT系统和RT5350无线微控制器，编写适合RT5350的网卡驱动，并移植网络通信协议，搭建WiFi路由系统，WiFi路由系统通过USB与ZigBee模块连接通信。Android灯控系统基于eclise平台开发，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

9、的操作、Button和seekbar等控件的设置，灯控系统的核心部分是与路由通信的实现。整个系统由安卓手持终端设备发出WiFi信号，WiFi路由接收信号并与ZigBee协调器通信，再由ZigBee协调器发出ZigBee信号控制终端节点，终端节点通过PWM接口控制，实现调灯的功能。ZigBee兼容产品的2.4 GHz，2.4GHz免费且开放，可以全球通用，2.4GHz频率段里共有16个传输通道，每次通信前，都会重新计算路径，且能够自动识别最优通道来通信。可根据实际应用来选择网络的拓扑结构，星型网络最简单，但网络最不稳定，因为网络中的设备都只能通过中央协调器通讯，一旦中央协调器出现问题，整个网络就

10、会崩溃。网状网络结构最复杂，允许接受路由，路径可自组织，并且具备自愈功能，网络组建之后，它们之中的任何一个设备发生故障，信息可以自动选择其他路径进行通信。在ZigBee网络中运行一个应用程序，每个节点都有它对应的功能角色。大多数ZigBee网络包含三种类型的节点：协调器、路由器、终端节点。系统选择网状拓扑结构网络，每一个具有路由功能的终端节点分别嵌入到一盏灯内，终端节点加入网络后，协调器会分配一个单独的网络地址到每个节点，Android终端设备利用App通过无线WiFi发送指令给协调器，协调器将收到的命令通过ZigBee信号发送到各个节点。系统的网络构造如图2-1所示：遥控器LED灯具LED灯

11、具控制模块LED灯具通讯模块LED灯珠模块智能路由器路由器WiFi模块路由器ZigBee模块传感器互联网终端设备图2-1系统的网络构造采用JN5168无线微控制器，搭建网状拓扑结构的ZigBee网络4；该网络用于LED灯具上的终端节点与中央协调器之间的通信5。基于以Linux为内核的OPENWRT系统和RT5350无线微控制器，编写适合RT5350的网卡驱动，并移植网络通信协议，搭建了WiFi路由系统；WiFi模块通过USB与ZigBee模块通信，Android灯控系统基于eclise平台开发，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

12、控件的设置，灯控系统的核心部分是通过与路由通信的实现。基于PWM的调光调色技术，LED从上本质讲是一个发光二极管，它可以实现快速开关，它的微秒级切换速度是任何发光设备无法与之相比的。因此，只要保证输出为恒压源，通过改变脉冲的宽度，就可以改变亮度。这就是脉冲宽度调制(PWM)调光方法。图2-2显示了这样一个脉冲宽度调制的波形。脉冲宽度为ton，那么其工作比D（或称为占空比）就是ton/tpwm。只要改变脉冲占空比，就可以调节LED的亮度。PWM调光的实质是调节占空比，高电平可以认为LED状态为开，低电平可以理解为LED状态为关，这样LED实际是处于快速开关的状态，所以如果开关的频率过低，人眼就可

13、以感受到灯光闪烁。通过对一路单色温单颜色LED进行PWM控制，可以实现亮度的调节，通过对两路以上的不同色温的LED进行PWM控制，则可以实现色温的调节。图2-2系统简化图本项目根据ZigBee局域网控制及PWM调光调色技术的研究现状及相关应用的情况进行了分析总结，结合所要实现的功能，做了以下工作。（1）了解ZigBee局域网的组网方式及工作模式，组建基于ZigBee协议的网状拓扑结构网络；（2）了解WiFi模块的功能和实现原理，WiFi模块和ZigBee模块之间的通讯协议，完成两个模块组成的网关设计；（3）基于以Linux为内核的OPENWRT系统和RT5350无线微控制器，编写适合RT535

14、0的网卡驱动，并移植网络通信协议；（4）了解Android的开发过程，设计基于Android的灯控系统App；（5）对完成的系统进行了网络接入、节点PWM输出、分组调光几个方面的测试。本项目的主要创新点是：本系统基于ZigBee协议和广泛使用的无线WiFi局域网，利用手持安卓设备，通过网关与终端节点的设计，采用PWM调光技术，实现了LED照明远程控制的目的。该系统可以对每个灯进行单独控制，能够调节亮度、色温、颜色等线性参数，可以根据用户的习惯和实际需求，对灯具进行分组控制，设置不同的场景模式、分时段自动调节等。该系统中的网关预留了WAN和LAN接口，可以连接互联网和局域网，任何一台接入该局域网

15、或者互联网中的电脑只要设置了权限，就可以控制该系统，还可以通过其他移动终端实现远程控制。 三、 项目预期目标3.1技术设计指标表3-1技术设计指标序号项目技术指标说明1LED面板灯40W，恒流驱动，光源效率大于100lm/W2基于物联网的智能控制系统1、 单灯控制器终端节点（FFD）FFD嵌入到LED灯具中，通过ZigBee信号与ZigBee协调器通信2、WiFi模块与ZigBee模块组成的网关（ZigBee协调器数传终端）通过ZigBee模块无线实时监控每一盏面板灯的工作情况，并把ZigBee转成或以太网信号，向主站发送路灯的状态信息。3、PC/安卓手持设备（APP）端收集网关发送过来的带有

16、面板灯工作状态的数据信息，控制整个照明系统的面板灯。作为通用电器，必须遵守电源对它的考核要求，这样才能保证供电系统的正常运行并且能保持较高的供电效率。考核标准有见表3-2：表3-2参考标准GB50034-2004建筑照明设计标准GB 7000.12002灯具一般安全要求与试验GB 72481987电光源的安全要求GB/T 114701989电光源产品质量分等分级指标GB 141961993普通照明灯泡的安全要求GB 150391994发光强度、总光通量标准灯泡GB 19510.1-2009灯的控制装置 第1部分: 一般要求和安全要求GB 19510.14-2009灯的控制装置 第14部分：LE

17、D模块用直流或交流电子控制装置的特殊要求GB/T 97901988金属覆盖及其他有关覆盖层维氏和努氏显微硬度试验GB/T 113731989热喷涂金属件表面预处理通则QB/T 15511992灯具油漆涂层GB/T 6991999优质碳素结构钢GB/T 7001988碳素结构钢GB/T 15911994低合金高强度结构钢GB 7000.202-2008灯具 第2-2部分：特殊要求嵌入式灯具CIE127-1997LED测试方法SJ/T2355-2005半导体发光二极管测试方法限制对其他电器的电磁干扰（EMI），例如GB17743/CISPR15中的电源端子骚扰和辐射骚扰，同时还要能够满足抵抗各种可

18、能的电磁干扰（EMS），例如IEC61547、FCC等标准中的抵抗各种电磁干扰的条款。 满足最新制订的（报批稿）普通照明用LED模块性能要求、普通照明用自镇流LED灯性能要求和LED模块用直流或交流电子控制装置性能要求标准中的光效、颜色特征、光衰、寿命和能效等指标以及灯具的分布光度和效率指标。3.2社会效益分析3.2.1、技术风险：该项目是由本公司自主研发生产的项目，技术难点及关键点基本解决，项目在技术上不存在大的风险，但如果由于资金以及人员投入不足，开发及市场推广进度有可能拖延。公司将密切监控这一行业的动态发展，随时改进技术方案及生产工艺，以保持产品的先进性。3.2.2、人员风险：掌握关键技

19、术的均是公司员工，稳定性较好。但部份通用电路、控制软件等的加工是委托方式，存在一定的不可控性。3.2.3、市场风险：主要集中于潜在竞争者的加入，会导致市场份额的下降以及价格降低。五年内市场需求将持续大幅度增长。但不排除这类市场的大规模、快速投入开发的可能性。 公司业务遍及中国大陆及欧美等地区，为客户提供和创造快捷、优质的产品与服务，帮助全国乃至全球客户及合作伙伴取得成功，争创最佳价值与最大获利空间，实现多方共赢。本项目在深圳进行，成功开展，将在一定程度上，强化深圳“高科技产业化”特色的形象。长期以来，智能LED照明控制心痛相关产业核心知识产权长期被国外的大厂商控制，国内相关行业受其制约。本项目

20、的进行将一定程度上缓解国内企业智能LED照明控制应用产品单一的局面，同时也增强国内企业的竞争力，有利于推动国内LED智能产品产业的商业化，产业化。同时也为国内LED行业培训有经验的技术管理人才,在公司取得经济效益的同时,为国家贡献税收。项目实施过程中将积极和技术先进的企业进行多方面交流，并和众多知名院校达成产学研合作协议，保证技术上的领先性。同时，项目的产业化生产可带动相关材料及配套器件的生产和销售，从而带动我国相关诸多产业的发展，形成巨大产值的产业链。3.3经济效益分析传统的照明智能控制系统除了需要供电电缆之外，还需要额外增加控制网络线缆，这无疑增加了项目的时间周期和成本。而ZigBee智能

21、控制系统则不需要增加额外的控制线缆，只需要增加无线网关，然后把这些灯具加入网络中，进行分组管理，这既节省了控制线缆的物料成本和安装成本，同时整照明系统可以通过网络进行远程管理，不用额外增加人员现场管理，既节约了固件升级的成本，也减低了人力成本。项目生产成本和销售估算：A、生产成本和销售估算条件：国家及地区相关扶持政策和法规保持相对持续稳定，项目实施措施及投资资金按计划进行、到位。B、研发生产成本和销售收入预计见表3-3：表3-3研发生产成本和销售收入预计产品名称ZigBee智能面板灯年份2016年2017年2018年年产量（万套/年）0.826销售单价（元/套）1000800600销售收入（万

22、元）80016003600销售成本（万元）60012002700研发费用（万元）100180200管理费用（万元）8080200利润总额（万元）20140500所得税（万元）?净利润（万元）年缴税额?根据3年预测，每套灯具平均销售价格为800.00元，单位变动成本平均为600.00元，每年平均固定成本总额为280万元。盈亏平衡点的销量=280万200-50-27（税金） 2(万套)敏感性分析:此项目市场前景非常好，公司只要把单位成本价格因素控制好,基本无市场风险。四、 项目实施方案4.1系统的网络架构系统由终端节点（FFD），WiFi模块与ZigBee模块组成的网关，安卓手持设备（手机）三大部

23、分组成。FFD嵌入到LED灯具中，通过ZigBee信号与网关通信，安卓手持设备则通过WiFi信号与网关通信并接入互联网，图4-1为系统网络架构图。互联网终端设备遥控器LED灯具LED灯具控制模块LED灯具通讯模块LED灯珠模块智能路由器路由器WiFi模块路由器ZigBee模块图4-1系统简化图本控制系统基于无线个人网络（WPAN），其节点包含数个LED照明灯具，能被以下方式监控：在WPAN范围内，利用无设备控制照明灯具。通过网络IP连接，可以被LAN或WAN网络上的远程设备（如PC或手持Android设备等）控制。对照明实现分组设置，也可实现场景控制（如离家、休息、工作等模式）。LED照明灯具

24、：每个灯具作为WPAN内的节点，能被控制，同时还有路由功能，可以作为中继向其他节点转发数据信息。WPAN网关：它承担LAN和WPAN区域的交互接口，负责连接到LAN/WAN以太网，以便将WPAN区的设备和以太网端的设备如PC联通，并进行通信。图4-2系统简化图4.2系统的网关设计4.2.1 需求定义（1）基于无线网络的控制； （2）实现灯具独立、区域分组控制；（3）采用Zigbee ZLL通信协议，符合IEEE802.15.4标准；（4）采用NXP JN5168系列高性能低功耗IC；（5）内嵌32位的RISC MCU。4.2.2设计方案照明灯具及网关内置无线双向通信模块通过手机APP，将控制指

25、令下发到照明终端设备球泡灯，球泡灯接受指令（如色温、亮度、开关等控制命令），实现情景照明。WiFi模块采用用HLKRM04模块，写入Openwrt系统，实现路由及数据的转发，ZigBee模块则采用NXP公司开发的JN5168芯片搭建，实现与LED灯具上的终端节点通讯功能。图4-3为网关框架图。ZIGBEE MODULEWIFI MODULEWANDC-DCLANNn RS232TOUSBFLASHSPI图4-3 网关框架图ZigBee模块WiFi模块网关设备实物图如图4-4所示：图4-4 网关设备实物图端口介绍：（1）WAN用于链接互联网；（2）LAN口用于局域网PC或其他设备连接；（3）DC

26、-DC用于电源系统供电。元件介绍：（1）SDRAM用于程序运行内存；（2）FLASH用于存储系统的程序及代码；（3）RT5350 为无线路由交换机芯片，实现整个数据的转发工作；（4）Zigbee 模块使用JN5168实现与终端节点的通信。4.2.3模块硬件设计本产品利用一套基于无线调光面板灯，它符合IEEE802.15.4的IPV6协议栈的标准，由多个球泡灯搭配一个网关组成。通过电脑上软件或手机APP能够实现LED球泡灯的开关、调光调色、分组等控制。WiFi模块采用HLK-RM04模块，它是海凌科电子新推出的UART-ETH-WIFI(串口-以太网-无线网)模块，具有低成本、可嵌入式等特点。H

27、LK-RM04模块采用通用的USB接口，内置TCP/IP协议栈，利用该模块可以实现串口、以太网、无线网（WiFi）3个接口之间的通信。通过HLK-RM04 模块，传统的串口设备在不需要作任何更改的情况下，就可以通过互联网传输数据，HLKRM04无线模块的框架图如图5-5所示：DRAMRT5350芯片FLASH电源管理WAN口LAN口USB接口图4-5 HLKRM04无线模块的框架图无线路由器采用RT5350系统级芯片，RT5350芯片兼容1 t1r MAC / BBP / PA /射频，高性能360 MHz MIPS24KEc CPU核心。RT5350是一种需要很少有外部组件的2.4 GHz

28、802.11 n无线产品，RT5350采用Ralink的第二代802.11 n技术。它利用高性能的嵌入式CPU，能够轻松地管理各种应用。此外，RT5350提供了各种硬件接口(SPI / i2 / I2C / PCM / UART / USB)支持一系列可能存在的应用。ZigBee模块采用JN5168芯片，N5168单片机是恩智浦半导体(NXP)开发无线模块解决方案，它具有的紧凑，低成本等优势。内部架构如图4-6所示：图4-6 JN5168芯片架构图JN5168是超低功耗的高性能无线微控制器，支持JenNet-IP、ZigBee Smart Energy、ZigBee Light Link、RF

29、4CE和IEEE802.15.4网络协议栈，适合开发Smart Energy、Home Automation、Smart Lighting、遥控或无线传感器应用。它配备了一个32位的RISC处理器、32 kB RAM、4 kB EEPROM存储器和256 kB闪存，利用可变宽度指令可提供高效率的编码速度；它拥有一条多级指令流水线，可以通过改变可编程时钟速率来实现其低功耗运行。该控制器集成了2.4 GHz兼容型收发设备和各种模拟和数字外部设备。该控制器还拥有一流的0.6 µA休眠定时器模式和15 mA工作电流特性，具有出色的低功耗性能。4.2.4系统的移植操作系统使用OpenWrt，该

30、系统很大程度简化了Linux内核的定制过程，它允许开发人员利用各种软件包来定制嵌入式设备6，达到简化软件开发工作的目的。 4.3 ZigBee技术的组网方式的实现 ZigBee兼容产品的2.4 GHz，2.4GHz免费且开放，可以全球通用，2.4GHz频率段里共有16个传输通道，每次通信前，都会重新计算路径，且能够自动识别最优通道来通信。可根据实际应用来选择网络的拓扑结构，星型网络最简单，但网络最不稳定，因为网络中的设备都只能通过中央协调器通讯，一旦中央协调器出现问题，整个网络就会崩溃。网状网络结构最复杂，允许接受路由，路径可自组织，并且具备自愈功能，网络组建之后，它们之中的任何一个设备发生故

31、障，信息可以自动选择其他路径进行通信。在ZigBee网络中运行一个应用程序，每个节点都有它对应的功能角色。大多数ZigBee网络包含三种类型的节点：协调器、路由器、终端节点。系统选择网状拓扑结构网络，每一个具有路由功能的终端节点分别嵌入到一盏灯内，终端节点加入网络后，协调器会分配一个单独的网络地址到每个节点，Android终端设备利用App通过无线WiFi发送指令给协调器，协调器将收到的命令通过ZigBee信号发送到各个节点。系统的ZigBee网络构造如图4-7所示：图4-7 系统的ZigBee网络构造图4.4终端节点及PWM控制的设计及实现4.4.1 ZigBee 终端节点LED 灯具的组成

32、方案本终端节点灯具由非隔离式开关电源、PWM控制恒流驱动IC， JN5168控制模块三部分组成。如图4-1所示：图4-8 终端节点LED 灯具的组成方案图4.4.2 PWM调光技术 在手持通讯设备和他消费电子产品应用中，使用白光LED作为显示的背光越来越常见。近年来，许多产品开发者试图使白光LED的亮度可以在不同的应用场景中做出适当的改变，比较流行的调光技术有31-33：模拟调光、PWM数字调光。本设计选择的是PWM调光。PWM(脉宽调制)调光，也叫数字脉冲调光，它在不影响输出电压的情况下，通过在一定范围内缩小不同的数字脉冲信号，改变输出电流的占空比34-35，来达到调光的目的。PWM调光具有

33、如下优点36：在调光的同时保证光的质量，并且应用程序很简单，效率较高。4.4.3 LED灯具控制设计及实现接通电源后，当FFD收到来自网关发送过来的ZigBee信号后，JN5168会调整输出PWM信号的占空比，从而改变LED驱动IC的输出电流，达到对LED的调光效果。ZigBee模块采用JN5168芯片方案，它和网关上的由JN5168芯片构建的ZigBee模块是一对主机与终端节点关系，其中主机只有一个，终端节点可以有数个。RT8471驱动IC电源驱动采用RT8471驱动IC方案，RT8471是一款高效率，连续模式电感升降压转换器，用于驱动单串或多串LED，要求电压源高于LED的电压。它可以在7

34、V-36V输入电压内工作，并采用滞回控制，利用高压侧电流检测电阻器来设定恒定的输出电流。RT8471包括开关输出和一个高压侧输出电流检测电路，它采用一个外部电阻来设定标称平均输出电流，采用调节PWM信号占空比来实现LED亮度控制。RT8471驱动IC特性：（1）7 V-36 V的输入电压范围；（2）滞后控制高压侧电流传感；（3）1A的最大输出电流；（4）典型±3% LED电流精度；（5）采用模拟信号或PWM信号实现LED亮度控制；（6）300Hz斜波发生器；（7）输入欠压保护。内部框架图如图4-9所示：图4-9 RT8471驱动内部框架图RT8471驱动IC通过连接信号发生器模拟调光

35、，使用0-100%占空比变化的PWM信号源驱动ADJ引脚实现0-100%的调光范围，LX脚为开关输出终端，外部连接MOS管，GND脚接地，ADJ引脚接数字信号输入，Sense引脚为输出电流端接LED，VIN引脚接输入电压端接DC电源。典型应用电路如图4-10所示： 图4-10 典型应用电路LED从上本质讲是一个发光二极管，它可以实现快速开关，它的微秒级切换速度是任何发光设备无法与之相比的。因此，只要保证输出为恒压源，通过改变脉冲的宽度，就可以改变亮度。这就是脉冲宽度调制(PWM)调光方法。图4-11显示了这样一个脉冲宽度调制的波形。脉冲宽度为ton，那么其工作比D（或称为占空比）就是ton/t

36、pwm。只要改变脉冲占空比，就可以调节LED的亮度。 图4-11 脉宽调制的波形图具体实现PWM调光的方法，就是利用IC内置MOS管，串接LED的阳极作为一个恒压源供电。具体电路图如图4-12所示：图4- 12用PWM信号快速通断LED串把PWM信号加IC的ADJ引脚，然后内部电路快速的开关MOS管的栅极，从而改变LED的电流变化，就可实现调光功能。4.5 LED照明灯具控制软件设计 软件的设计是基于NXP推出的JN5168芯片，配套ZigBee协议栈和eclipse集成开发环境。该协议栈业内领先水平，然而仍然处于不断改善和提高的过程中，通过无线个域网测试机构TUV集团无线个域网的兼容性测试，

37、符合ZigBee 2006规范，已经被许多全球很多无线应用开发厂商所采用、并且可以支持多种硬件平台。 智能LED照明控制系统在工作过程中，协调器会定期检测是否有新的命令，来执行相应的命令。协调器在空闲时，会监听空中无线电信号，检查是否有新的设备加入，并分配网络地址。协议器还可以控制某一组灯具的开关，这由它发送指令的目标地址决定。终端节点一般处于休眠状态，间隔一定的时间醒来，确认自己是否还在网络中，在工作时，收到协调器的命令后会以信息回复并执行命令3。FFD路由节点流工作流程图入图4-13所示：初始化发送加入网络信号进入监控状态处理监控信号执行开关或者调光命令是否加入成功否 是图4-13 FFD

38、路由节点流程图RFD节点的功能更简单，加入网络后，只需监听是否收到信号，判断是否收到信号，然后做出执行命令。工作流程图如图4-14所示。控制电源开关或调光转给下一节点初始化加入网络判断收到的信号进入监控状态给节点分配地址 加入网络信号控制信号图4-14 RFD末端节点工作流程图协调器工作流程图如图4-15所示：初始化建立网络是否有节点加入进入无线监控控制电源开关转发到下一个节点显示网络地址扫描有无按键命令给该节点分配网络地址有无图4-15协调器工作流程图4.6基于Android的灯控系统的设计及实现整个Android软件的实现包括需求界面分析、模块结构与流程设计、数据库设计、系统结构设计、执行

39、概念设计及客户端界面设计。我们这里选取了客户端界面设计来介绍。需求界面如下：（1）登陆界面；（2）照明控制界面；（3）照明设备管理界面；（4）场景管理界面；（5）分组管理界面；（6）系统设置界面。需求实现功能如下：（1）实现客户端、服务器之间的对接；（2）实现登陆、注册功能；（3）实现登陆后可以访问服务器数据，并能偶数据；（4）能实现照明场景调用；（5）把场景、设备、分组等信息能够设置并上传服务器端。功能模块图如图4-16所示：图4-16 功能模块图（1）系统登录登陆模块界面如图4-17所示，登陆界面有一个登陆窗口，在其中添加一些控件，如文本输入框，文本显示框，单选按钮，复选按钮等，然后用布局

40、将其整齐的放在窗口中。图4-17 登陆模块界面当用户以非管理员登陆时，服务器的数据库不会跟其进行匹配，直接进入主界面，代码见附录中的代码1。当用户以管理员的身份登陆时用户输入的数据后，服务器端数据库中的数据会跟其进行匹配，相同则显示登陆成功信息，否则弹出登陆失败的警告。用户可以选择点击记住密码选项，把用户输入的用户名和密码都保存到SharedPreferences 中。代码见附录中的代码2。用户登陆成功之后，进入到主界面，主界面如图4-18所示，操作方便、简单。灯具设置：对本系统需要要控制的灯具进行设置分组（区域）设置：根据实际环境，设置区域，如添加、删除、重命名。（2）照明控制：根据区域操作

41、选中的灯具、如开关、调光、调色等。（3）遥控器设置：设置遥控器的相关参数的高级设置：搜索网络中的设备、系统参数的下载上传、体统软件更新检查、自动照明任务调度设置。图4-18 为主界面：图4-18 主界面（4）灯具设置：灯具设置如图4-19、图4-20所示：功能：将灯具加入到本地数据库，以便实现控制，更改灯具的相关属性，如所属组、代表的图片、名字。操作：增加：添加灯具到数据库，以便本机实现控制。删除：将选中的灯具从本数据库删除，同时将该灯具组中属于本机的组清除。所属组：选择灯具要加入或移去的组，如会议室、大厅等。移除组：从选择的组中移去。加入组：加入到该控制组中。移除全部租：灯具不属于任何组。开

42、关：测试灯具开光、亮度调节。名字：灯具名字，方便记忆。相机、图库：显示灯具的图片。图4-19 灯具设置界面图4-20 灯具设置界面灯具界面设置代码见附录中的代码3。（5）场景调用功能：某组的灯具场景调用用控制。设置：添加或更改场景。返回：回到上级菜单。调光，开关：控制本组所有灯具的开、关、亮度。场景：按照预先设定的值进行控制。照明的主要功能是要实现情景的快速调用到预先设定的亮度值。界面如图4-21所示。在该界面中能够实现场景的调用，并能更改实现用户的定制。图4-21 场景调用界面场景的实现代码见附录中的代码4。（6）分组设置功能：对某组控制的灯具进行管理、如添加、删除；对组重新命名；测试该组的

43、灯具开关及亮度调整功能。界面如图4-22所示。操作：1、ON OFF：本组选中的灯具开关、亮度调整，以便定位该灯具。2、删除：从本组删除选中的灯具。3、选中灯具：点击选中或取消选中。4、全选、全不选：灯具的选择操作。5、添加灯具：弹出窗口灯具列表界面，选中灯具后返回到本级菜单，并将选中的灯具加入到本组，以便本组实现照明控制，不在本组的灯具不能被控制。进入本页面，根据组ID 号遍历灯具，查询灯具属于该组？刷新列表，灯具连接状态。6、删除组：删除本组。7、确认：应用改名设置后退出本页面。8、组名：输入需要操作的组名，方便记忆，组ID：系统自动生成。图4-22 分组界面图分组界面实现代码见附录中的代

44、码5。4.7项目知识产权情况本项目是由我公司完全独立、自主开发的产品，不涉及与别人合作开发。所有的核心技术由我们自己掌握，具有完全自主的知识产权。4.8 特殊行业报批情况 该项目LED产品既不是国家专卖、专控产品，也不是医药产品、交通安全产品、电信产品等，不需向国家有关部门批报。五、 项目计划进度 在项目执行期内，每一阶段应达到的具体目标，包括时间进度指标、技术指标、资金实用计划、生产建设情况、销售计划等。每一阶段目标应是比较详细的、可进行考核的定性定量描述，将供项目监察、验收之用。第一阶段：主要是LED灯具的设计，主要研究测试验证亿光、GREE等光源器件的电光学特性，选用符合要求的LED发光

45、芯片；LED恒流驱动及控制电路的设计，产品质量检验标准和安规等评估；市场调研以及灯具外壳造型设计及模具设计等。总投入资金80万，已于2016年5月完成；第二阶段：无线智能控制系统各部分的功能研发，测试。总投入资金150万元。计划于2016年8月完成；第四阶段：产品定型、收集整理所测实际数据，完善产品说明、规格书等，总结并完成项目报告，适当批量生产，产品展销及市场推广。总投入资金70万元。计划于2016年10月完成。六、 现有工作基础和条件1、 公司现有研发能力公司建有LED显示及照明研发中心，专业技术人员13人，具有合理的人才梯队，技术创新能力较强，同时与日本索尼、东芝，台湾聚积在驱动IC展开应用合作，与日本日亚化学、美国Cree深圳代表处展开发光芯片应用合作，与日本松下展开产品合作，始终紧跟LED国际潮流发展方向。几年来，申请专利21项，开发了近十项LED新产品，产品应用于国家大型体育中心（如奥运会鸟巢体育场、水立方游泳中心等）、城市数字交通显示、市政工程道路等系统，产品出口到近30个国家和地区。为保障产品开发以及产品品质，公司建有测试实验室一个，投入资金近300万元，拥有积分球、分布光度计和示波器等专业设备，每年的研发经费随着销售额的增长而逐年增加。2011年投入研