智能调光调色照明平台

1.本实用新型属于电子类实验开发平台技术领域，尤其是涉及一种智能调光调色照明平台。


背景技术：

2.智能照明控制系统作为一种高新技术产品，已广泛应用到很多领域，它作为现在高端的一种灯具控制器，除了可以有效的节省电力还可以保护照明系统和延长灯具寿命，不仅受到了许多特殊领域用户的青睐，还更加获得了普通用户的认可。
3.目前用于本科教学智能照明实验开发套件依旧相对匮乏，现有的相关教学设备局限于传统工业控制体系思维，控制方法单一，通常只支持现场的编程和操作，教学内容匮乏，教学效率较低。软件代码停留于对底层控制设备的调用，无法满足将智能照明与新兴的信息技术交叉融合的运用需求；平台软硬件资源仅满足基本教学与实验需求，实验模式单一，可拓展性差。因此传统的照明控制教学实训设备，已不适用于当前的教育教学工作。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本实用新型旨在提出一种智能调光调色照明平台，以解决现有技术的不足。
5.为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：
6.一种智能调光调色照明平台，包括均集成在pcb板上的主控制器模块和传感器模块，所述主控制器模块包括mcu模块、dali通信模块、wifi通信模块、rs485通信模块、dmx512通信模块、plc通信模块、以太网通信模块、zigbee通信模块和led模块，所述dali通信模块、wifi通信模块、rs485通信模块、dmx512通信模块、plc通信模块、以太网通信模块、zigbee通信模块和led模块输入信号均线路连接至mcu模块，所述以太网通信模块还线路连接至外部pc电脑，所述dali通信模块、wifi通信模块、rs485通信模块、dmx512通信模块、plc通信模块、以太网通信模块、zigbee通信模块还均双向信号连接至传感器模块；
7.所述led模块包括均集成在led领域内的led调光模块、led调色模块。
8.进一步的，所述mcu模块包括mcu控制器、复位按键、isp接口和mcu串行接口，所述mcu控制器通过mcu串行接口与dali通信模块、wifi通信模块、rs485通信模块、dmx512通信模块、plc通信模块、以太网通信模块、zigbee通信模块、led模块数据通信。
9.进一步的，所述dali通信模块包括dali控制器、dali通信状态指示灯、dali电源开关、dali通信接口和dali串行接口，所述dali控制器通过dali通信接口线路连接至传感器模块的通信接口，所述dali控制器通过dali串行接口线路连接至mcu串行接口。
10.进一步的，所述wifi通信模块包括wifi控制器、wifi通信状态指示灯、wifi电源开关、wifi配置端口和wifi串行接口，所述wifi配置端口用于配置wifi控制器的参数，所述wifi控制器通过wifi串行接口线路连接至mcu串行接口。
11.进一步的，所述rs485通信模块包括rs485控制器、rs485通信状态指示灯、rs485电
源开关、rs485通信接口和rs485串行接口，所述rs485控制器通过rs485通信接口线路连接至传感器模块的通信接口，所述s485控制器通过rs485串行接口线路连接至mcu串行接口。
12.进一步的，所述dmx512通信模块包括dmx512控制器、dmx512通信状态指示灯、dmx512电源开关、dmx512通信接口和dmx512串行接口，所述dmx512控制器通过dmx512通信接口线路连接至传感器模块的通信接口，所述dmx512控制器通过dmx512串行接口线路连接至mcu串行接口。
13.进一步的，所述plc通信模块包括plc控制器、plc通信状态指示灯、plc电源开关和plc接口模块，所述plc控制器通过plc接口模块线路连接至mcu串行接口，所述plc控制器还线路连接至传感器模块。
14.进一步的，所述以太网通信模块包括以太网通信电路、以太网通信状态指示灯、以太网电源开关、以太网通信接口和以太网串行接口；所述以太网通信电路线路连接至pc电脑，所述以太网通信电路通过以太网串行接口线路连接至mcu串行接口，所述以太网通信电路还线路连接至传感器模块。
15.进一步的，所述zigbee通信模块包括zigbee控制器、zigbee通信状态指示灯、zigbeezigbee电源开关、zigbee配置端口和zigbee串行接口，所述zigbee配置端口用于配置zigbee控制器的参数，所述zigbee控制器通过zigbee串行接口线路连接至mcu串行接口，所述zigbee控制器还线路连接至传感器模块。
16.进一步的，所述传感器模块包括红外测距传感器、人体传感器、光敏传感器和声音传感器，所述红外测距传感器、人体传感器、光敏传感器和声音传感器均分别线路连接至dali控制器、wifi控制器、rs485控制器、dmx512控制器、plc控制器、以太网通信电路、zigbee控制器。
17.相对于现有技术，本实用新型所述的智能调光调色照明平台具有以下优势：
18.(1)本实用新型所述的智能调光调色照明平台，在新工科教育理念背景下，本实验平台充分考虑了多学科交叉、多层次应用需求，该实训套件可以满足自动化专业、计算机专业、软件专业、人工智能专业、物联网专业等相关课程的课内实验、课程设计以及创新性实验教学的需求。学生可以根据自己的专业背景和老师任务、课题任务或喜好进行任务设定，然后选取硬件资源进行硬件验证，在实训过程中掌握其架构和实现流程以及各个环节的关键技术。
附图说明
19.构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
20.图1为本实用新型实施例所述的整体结构控制原理框图；
21.图2为本实用新型实施例所述的mcu模块电路图；
22.图3为本实用新型实施例所述的dali通信模块电路图；
23.图4为本实用新型实施例所述的wifi通信模块电路图；
24.图5为本实用新型实施例所述的rs485通信模块电路图；
25.图6为本实用新型实施例所述的dmx512通信模块电路图；
26.图7为本实用新型实施例所述的plc通信模块电路图；
27.图8为本实用新型实施例所述的以太网通信模块电路图；
28.图9为本实用新型实施例所述的zigbee通信模块电路图；
29.图10为本实用新型实施例所述的人体传感器电路图；
30.图11为本实用新型实施例所述的光敏传感器电路图。
31.附图标记说明：
32.1、mcu模块；2、led模块；3、dali通信模块；4、wifi通信模块；5、rs485通信模块；6、dmx512通信模块；7、以太网通信模块；8、zigbee通信模块；9、plc通信模块。
具体实施方式
33.需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
34.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
35.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
36.下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。
37.如图1-图11所示，智能调光调色照明平台包括均集成在pcb板上的主控制器模块和传感器模块，所述主控制器模块包括mcu模块1、dali通信模块3、wifi通信模块4、rs485通信模块5、dmx512通信模块6、plc通信模块9、以太网通信模块7、zigbee通信模块8和led模块2，所述dali通信模块3、wifi通信模块4、rs485通信模块5、dmx512通信模块6、plc通信模块9、以太网通信模块7、zigbee通信模块8和led模块2输入信号均线路连接至mcu模块1，所述以太网通信模块7还线路连接至外部pc电脑，所述dali通信模块3、wifi通信模块4、rs485通信模块5、dmx512通信模块6、plc通信模块9、以太网通信模块7、zigbee通信模块8还均双向信号连接至传感器模块；所述led模块2包括均集成在led领域内的led调光模块、led调色模块。
38.本智能照明实验开发平台，在新工科教育理念背景下，本实验平台充分考虑了多学科交叉、多层次应用需求，该实训套件可以满足自动化专业、计算机专业、软件专业、人工智能专业、物联网专业等相关课程的课内实验、课程设计以及创新性实验教学的需求。学生可以根据自己的专业背景和老师任务、课题任务或喜好进行任务设定，然后选取硬件资源
进行硬件验证，在实训过程中掌握其架构和实现流程以及各个环节的关键技术。在本实施例里，本智能照明实验开发平台主要由主控制器和传感器两大类模块组成。
39.主控制器的角色为中央主控制器，可以单独对智能灯进行控制。主控制器主要包括：mcu模块1、dali通信模块3、wifi通信模块4、rs485通信模块5、dmx512通信模块6、plc通信模块9、以太网通信模块7、zigbee通信模块8、led调光模块、led调色模块。
40.其led调色模块包括1个大功率白色led灯、1个cat4109驱动ic和相关电阻电容，用于开设大功率led调光实验。作为被控对象，还可用于开设传感器控制实验。电路中设置3个开路点，模拟led灯在实际工作中的故障信息，包括驱动前开路、驱动后开路和红灯开路，用于开设led故障检测实验。
41.所述mcu模块1包括mcu控制器、复位按键、isp接口和mcu串行接口，所述mcu控制器通过mcu串行接口与dali通信模块3、wifi通信模块、rs485通信模块5、dmx512通信模块6、plc通信模块9、以太网通信模块7、zigbee通信模块8、led模块2数据通信。在本实施例里，mcu模块1包括1个38pin单片机r5f107de、1个复位按键、1个isp接口和3路独立的mcu串行接口，34pin管脚全部引出。38pin单片机r5f107de即mcu控制器，isp接口用于程序的在线调试与烧录(调试与烧录为现有技术)；电源开关控制mcu的上电状态；串行接口实现mcu控制器与各个通信模块和传感器模块的数据通信。实验例程中，jm7与主控制器某一个通信模块的串行接口连接。jm6备用。mcu模块1电路图如图2所示。
42.所述dali通信模块3包括dali控制器、dali通信状态指示灯、dali电源开关、dali通信接口和dali串行接口，所述dali控制器通过dali通信接口线路连接至传感器模块的通信接口，所述dali控制器通过dali串行接口线路连接至mcu串行接口。在本实施例里，dali通信模块3包括dali控制器、通信状态指示灯(用于指示通讯状态)、电源开关(用于控制电源开关或者关闭)、通信接口和串行接口。dali通信模块3电路图如图3所示，其dali控制器采用2p杜邦线通过j-d1接口连接至传感器模块。
43.所述wifi通信模块包括wifi控制器、wifi通信状态指示灯、wifi电源开关、wifi配置端口和wifi串行接口，所述wifi配置端口用于配置wifi控制器的参数，所述wifi控制器通过wifi串行接口线路连接至mcu串行接口。在本实施例里，wifi通信模块4包括wifi控制器、通信状态指示灯(用于指示通讯状态)、电源开关(用于控制电源开关或者关闭)、配置端口和串行接口。所述wifi通信模块电路图如图4所示，其wifi控制器采用2p杜邦线通过j-w接口连接至传感器模块。
44.所述rs485通信模块5包括rs485控制器、rs485通信状态指示灯、rs485电源开关、rs485通信接口和rs485串行接口，所述rs485控制器通过rs485通信接口线路连接至传感器模块的通信接口，所述s485控制器通过rs485串行接口线路连接至mcu串行接口。在本实施例里，rs485通信模块5包括rs485控制器、通信状态指示灯(用于指示通讯状态)、电源开关(用于控制电源开关或者关闭)、通信接口和串行接口。rs485通信模块5电路图如图5所示，其rs485控制器采用2p杜邦线通过j-r1接口1或者j-r2接口2连接至传感器模块。
45.所述dmx512通信模块6包括dmx512控制器、dmx512通信状态指示灯、dmx512电源开关、dmx512通信接口和dmx512串行接口，所述dmx512控制器通过dmx512通信接口线路连接至传感器模块的通信接口，所述dmx512控制器通过dmx512串行接口线路连接至mcu串行接口。实现dmx512通信模块6与mcu控制器之间的数据交互。在本实施例里，dmx512通信模块6
包括dmx512控制器、通信状态指示灯(用于指示通讯状态)、电源开关(用于控制电源开关或者关闭)、通信接口和串行接口。dmx512通信模块6电路图如图6所示，其dmx512控制器采用2p杜邦线通过dmx512接口1或者dmx512接口2连接至传感器模块。
46.所述plc通信模块9包括plc控制器、plc通信状态指示灯、plc电源开关和plc接口模块，所述plc控制器通过plc接口模块线路连接至mcu串行接口，所述plc控制器还线路连接至传感器模块。在本实施例里，plc通信模块9包括plc控制器(强电，置于实验箱体内)、通信状态指示灯(用于指示通讯状态)、电源开关(用于控制电源开关或者关闭)和串行接口。实验平台上电后，主控制器和plc控制器均挂接电力线上，即能实现数据通信。plc通信模块9电路图如图7所示，其plc控制器采用2p杜邦线通过j-p接口连接至传感器模块。
47.所述以太网通信模块7包括以太网通信电路、以太网通信状态指示灯、以太网电源开关、以太网通信接口和以太网串行接口；所述以太网通信电路线路连接至pc电脑，所述以太网通信电路通过以太网串行接口线路连接至mcu串行接口，所述以太网通信电路还线路连接至传感器模块。在本实施例里，以太网通信模块7包括以太网通信电路、通信状态指示灯(用于指示通讯状态)、电源开关(用于控制电源开关或者关闭)、通信接口和串行接口。pc通过网线与以太网模块相连，实现数据通信。以太网通信模块7电路图如图8所示，其以太网通信电路采用2p杜邦线通过j-i接口连接至传感器模块。
48.所述zigbee通信模块8包括zigbee控制器、zigbee通信状态指示灯、zigbeezigbee电源开关、zigbee配置端口和zigbee串行接口，所述zigbee配置端口用于配置zigbee控制器的参数，所述zigbee控制器通过zigbee串行接口线路连接至mcu串行接口，所述zigbee控制器还线路连接至传感器模块。在本实施例里，zigbee通信模块8包括zigbee控制器、通信状态指示灯(用于指示通讯状态)、电源开关(用于控制电源开关或者关闭)、配置端口和串行接口。zigbee通信模块8电路图如图9所示，其zigbee控制器采用2p杜邦线通过j-z接口连接至传感器模块。
49.所述传感器模块包括红外测距传感器、人体传感器、光敏传感器和声音传感器，所述红外测距传感器、人体传感器、光敏传感器和声音传感器均分别线路连接至dali控制器、wifi控制器、rs485控制器、dmx512控制器、plc控制器、以太网通信电路、zigbee控制器。红外测距传感器和声音传感器均为现有技术，在本实施例中，传感器模块采用标准的2*8pin接口，可以兼容实验平台配套的所有传感器，具有独立的电源开关和串行接口。传感器通过串行接口与各个控制器进行数据通信。人体传感器电路图如图10所示，其人体传感器采用2p杜邦线通过u37133-1端子可分别连接至j-d1接口、j-w接口、j-r1接口1、j-r2接口2、dmx512接口1、dmx512接口2、j-p接口、j-i接口、j-z接口。光敏传感器电路图如图11所示，其光敏传感器采用2p杜邦线通过u3662k端子可分别连接至j-d1接口、j-w接口、j-r1接口1、j-r2接口2、dmx512接口1、dmx512接口2、j-p接口、j-i接口、j-z接口。
50.传感器是实验平台的信息采集组件，主控制器根据传感器终端采集的数据对灯进行智能控制。每个传感器模块主要包括以下组件：主控芯片、传感器、复位键和标准接口。本实验平台可支持照度、声音、人体热释电和距离传感器。
51.本实验开发平台支持本地控制和远程控制两种操作方式。支持dali协议、dmx512协议、rs485协议、zigbee网络、wifi网络、蓝牙网络多种通信方式。
52.实施例1
53.实训时，学生根据实验指导书和硬件原理图，进行plc等模块线路连接，包括现场总线的连接，保证平台各个设备线路正确连接。采用万用表、示波器和逻辑分析仪对实验箱各类信号进行在线的测量，分析各个信号是否正确，现象是否和预设的相同。可通过cubesuite+程序编译软件编写程序并进行编译，通过ez-cube，一种具有flash存储器编程功能的片上调试仿真器可以将程序烧写到内置flash存储器微控制器中。支持片上调试、flash编程、usb连接。
54.实训时，准备好串口配置模块，usb线和实验箱的zigbee控制器。串口配置模块通过usb线连接电脑进行供电，通过3p杜邦线连接串口配置模块上的三针防反插接口与zigbee控制器上的三针配置口，并将zigbee控制器三针配置口上方的两个跳线帽拔下，把zigbee控制器的电源开关拨至on，按下串口配置板上蓝色电源开关，即可开始zigbee模块的配置工作。
55.实训时，准备好串口配置模块，usb线和实验箱的蓝牙控制器(现有技术)。串口配置模块通过usb线连接电脑进行供电，通过3p杜邦线连接串口配置模块上的三针防反插接口与蓝牙控制器上的三针配置口，并将蓝牙中控制器三针配置口上方的两个跳线帽拔下，把蓝牙控制器的电源开关拨至on，按下串口配置板上电源开关，即可开始蓝牙模块的配置工作。
56.实训时，准备好串口配置模块，usb线和实验箱的wifi控制器。串口配置模块通过usb线连接电脑进行供电，通过3p杜邦线连接串口配置模块上的三针防反插接口与wifi中控制器上的三针配置口，并将wifi控制器三针配置口上方的两个跳线帽拔下，把wifi中控制器的电源开关拨至on，按下串口配置板上电源开关，即可开始wifi模块的配置工作。
57.实训时，明确实验目的，掌握实验原理。启动cubesuite+开发环境，根据实验内容和要求编写程序，编译后下载到mcu中，根据实验内容连接相应杜邦线。观察实验现象，分析实验结果。
58.注：本实用新型不涉及各个通信协议间的转换。
59.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。