【摘 要】
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照明是人类社会发展不可或缺的组成部分,随着社会的高速发展,人们对照明的品质有了更高的追求和要求,由智能化逐渐走向智慧化的家居照明系统,已经成为了一种发展趋势。目前国内外已开发和研制出许多智能家居照明系统,极大满足了人们对照明品质的需求。但是由于技术的局限性,早期选用的控制芯片信息处理能力有限,和现在大力发展的智能家居系统无法全面兼容,并且开发出的远程控制APP控制模式单一,用户操作不够便捷,无法充
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照明是人类社会发展不可或缺的组成部分,随着社会的高速发展,人们对照明的品质有了更高的追求和要求,由智能化逐渐走向智慧化的家居照明系统,已经成为了一种发展趋势。目前国内外已开发和研制出许多智能家居照明系统,极大满足了人们对照明品质的需求。但是由于技术的局限性,早期选用的控制芯片信息处理能力有限,和现在大力发展的智能家居系统无法全面兼容,并且开发出的远程控制APP控制模式单一,用户操作不够便捷,无法充分满足人们对智慧照明的需求。为解决上述问题,我们提出了一种基于LT3964和FPGA(Field Programmable Gate Array)芯片的新型家居智能照明系统。系统选用具有并行处理能力的FPGA芯片作为控制芯片,将智能照明系统的开发融入到智能家居系统之中;系统选用功能强大的LT3964芯片作为驱动芯片,LT3964芯片不仅具有双路输出,且调光调色分辨率高达8192个等级,非常的适用于家居照明系统的调光调色;系统开发的远程终端小程序不仅支持用户手动远程控制灯具的状态,而且还可以使用依靠各类传感器采集信息的智能控制模式进行自动控制。小程序可以实时显示室内环境的温湿度、光照度、室内是否有人存在、LED灯的状态等信息,实现用户任何时间任何地点对灯具进行智能控制。本文的主要工作如下:(1)总体方案设计。在开发过程中,首先对照明系统需求进行了分析,明确了照明系统需要实现的功能。其次设计了系统的总体框架,将系统划分为控制模块、驱动模块、感应模块和通信模块四个模块,明确了各个模块的主要功能、包含器件以及实现方法。最后简单介绍了设计过程中所使用的UART、I2C通信协议,Wi-Fi、传感器技术,以及Verilog HDL编程语言等技术。(2)硬件设计及制作。完成系统框架设计之后,首先对系统的硬件部分进行了设计,包括芯片的选型、驱动电路的设计与仿真、散热板与RGBW-LED灯阵的设计等。本文采用性能优异的LT3964作为电路的驱动芯片,采用功能强大并且具有并行处理能力的FPGA芯片作为系统信息处理及核心控制芯片。电路设计完成之后在仿真软件上进行了PWM调光以及输出功率等仿真,仿真结果显示设计达到了预期需求。然后,绘制PCB并焊接元器件制作了驱动板,将灯阵固定在散热板上,搭建好电路之后烧录代码对硬件进行了调光调色实验,检测结果显示设计符合需求。(3)软件设计。系统的软件设计主要涉及Verilog和Java Script等语言的编程,主要完成了两个方面的工作,一是远程控制小程序的界面开发,以及其与Wi-Fi模块的通信;二是FPGA芯片与各个模块之间通信,实现FPGA芯片信息处理和控制指令收发的功能。(4)系统性能测试。在完成整个系统的设计与制作工作之后,对系统进行了测试,并对结果进行了分析。结果显示,系统的驱动电路具有高的电路转化效率,能够实现高分辨率的调光调色功能,系统开发的远程终端中手动控制模式与智能控制模式均能按照预期正常工作,系统总体性能达到了设计需求。
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