基于手机的照明控制系统资料.docx

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基于手机的照明控制系统资料

河南科技大学

全日制硕士专业学位研究生专业实践总结报告

报告题目：

基于手机的照明控制系统

学院：

信息工程学院

姓名：

学号：

专业领域（或类别）：

工程硕士

实践单位：

校内导师：

校外导师：

撰写日期：

河南科技大学研究生处制

说明：

一、专业实践总结报告是检验研究生专业实践效果的依据之一，也是学校对专业学位硕士研究生毕业及授予学位进行审查的基本教学资料。

二、硕士研究生应按个人专业实践计划进行实习，并在实践的基础上，撰写总结报告，报告内容一般包括专业实践的目的和意义、实践内容、实践计划执行情况及主要成果等，实践指导教师和实践单位给出评价意见。

三、研究生所在学院应组织由校内外专家、校外实践单位负责人构成的专业实践教学考核组，由组长主持专业实践专题报告会，由学生本人汇报专业实践工作，考核组应根据研究生的专业实践总结报告、专业实践工作量、综合表现及实践单位和实践指导教师的反馈意见等，按“优秀、良好、及格和不及格”四个等级评定成绩，不及格者不计学分。

四、实践总结报告一般为5000字以上，一律用A4纸正反面打印，一式1份；总结报告一般在申请答辩前由学院汇总后上交研究生处培养科。

一、专业实践目的及意义

实践目的：

专业实践是一次很好的自我锻炼机会，通过这次实践希望达到目的。

1.巩固以前所学习的知识，加深对某些知识点的理解。

2.提高分析、设计电路的能力。

3.提高软件设计能力，完善知识构架。

4.融合软硬件设计，能够独立地完成一个控制系统的设计。

实践意义：

当今社会的不断进步给研究生提出了更高的要求，要适应社会对人才的需求，研究生除了具备较深厚的理论知识外，更需要有较强的实际工作能力，仅仅停留在书本上是远远不够的，要求具有较强的应用能力，专业实践是锻炼这种实践能力的有效手段。

专业实践不仅锻炼了学生的实践能力，更重要的是提供学生了解社会、认识社会的机会，这给即将走出校园的毕业生适应社会发展打下了坚固的基础。

通过这次实践，熟悉了开发一款产品所需要的流程，让我深刻认识到在产品开发过程中，设计原理考虑一定要全面，思路要严谨，做事要认真，遇到问题能够沉着冷静。

实践中形成的这些品质为我以后能够有更好的发展做了充足的准备。

二、专业实践主要内容

本次专业实践主要针对的是基于手机的照明控制系统研究，该控制系统主要实现通过手机控制灯的开关以及亮度调节。

本控制系统最多能够控制四组灯，这四组灯可以分成调光组和非调光组，调光组的负载必须是LED灯，需要设计专门的驱动电源，对LED灯的电流有限制，最大值不超过2A，通过手机能够控制调光组LED灯的开关和调光；对非调光组的负载没有要求，只要能够在市电条件下工作的灯都可以接入到非调光组，手机只能够控制非调光组灯的开关，但是不能够控制灯的亮度。

本控制系统的设计方法是，通过手机的WIFI或者3G网络将控制指令发送到控制系统中的无线路由器，利用以太网转串口模块将控制指令转换成串口数据，利用单片机接收串口数据，根据发送的指令控制继电器或者调整PWM的占空比；与此同时单片机需要将当前灯的调光度信息反馈到手机端。

系统的硬件组成包括电源驱动、单片机最小系统板、继电器控制板、信号转接板；系统的软件包括android手机客户端软件和单片机端应用软件。

首先安排我们进入生产车间了解、认识LED灯的生产过程。

LED灯的生产过程大致可以分为五个步骤，首先根据要求选购LED灯珠和外壳套件，其次根据LED灯的串并联关系绘制LED灯板，接着根据LED灯所需的工作电流设计驱动电源，最后进行联调。

接下来的一段时间里，着重进行了LED驱动电源的设计学习，了解了开关电源的原理，弄明白了如何根据负载确定电源驱动的参数，这一段时间查阅了大量的关于电源设计的芯片资料，重点学习了top系列的芯片资料。

紧接着公司给了我分配设计任务，设计一个5W的驱动电源，为了节约成本我选择了阻容降压的设计驱动，电容降压的工作原理是利用电容在一定的交流信号频率下，产生的容抗来限制最大工作电流。

例如，在50Hz的工频条件下，一个1uF的电容所产生的容抗约为3185欧姆。

当220V的交流电压加在电容器的两端,则流过电容的最大电流约为70mA。

虽然流过电容的电流有70mA,但在电容器上并不产生功耗,因为流过电容的电流为虚部电流,它所作的功为无功功率。

根据这个特点,如果在一个1uF的电容器上再串联一个阻性元件,则阻性元件两端所得到的电压和它所产生的功耗完全取决于这个阻性元件的特性。

电容降压实际上是利用容抗限流。

 这一次的设计经历让我收获很多东西，我总结了一些在设计过程需要注意的一些问题。

（1）根据负载的电流大小和交流电的工作频率选取适当的电容，而不是依据负载的电压和功率。

（2）限流电容必须采用无极性电容，绝对不能采用电解电容。

而且电源电压为110V时电容的耐压须在275V以上，电源电压为220V时电容的耐压须在600V以上。

（3）限流电容须接于火线，电容降压不适合动态负载条件。

在电容器两端并联1M的泄放电阻。

若需要加电源开关，为防止浪涌电流对负载RL并联。

在2013年得9月份到10月份中旬，这段时间我进一步学习了PCB板绘制，提高了使用altiumdesigner软件的能力。

特别是对元件封装的制作、原理图的绘制、布线规则有了更深的理解，但是对抗干扰这一部分还是理解不够，主要是没有涉及高频PCB板的制作，总的来说这段时间提高了我对ltiumdesigner软件的熟练度，绘制PCB板得速度也有了提高，对电路图的设计也有了新的理解。

这段时间里我给公司绘制了很多不同种类的LED灯板，刚开始存在很多问题，比如忘记给元件标参数、封装的尺寸画的不合适，导致贴片灯珠无法焊接，经过一段时间锻炼，我绘制的PCB板的水平有力很大的提高，基本上能够快速地、独立地完成绘制PCB板任务。

10月下半旬到11月初，我主要学习了开关电源的设计维修方法，锻炼排除电路故障的能力，这段时间我积累了很多维修电源的经验，首先用万用表检测各个功率部件是否击穿或者短路，如电源整流桥、开关管；检查抑制浪涌电流的大功率电阻是否烧断；检测输出电口的滤波电容是否有异常，上述所述的部件如果出现损坏直接更换即可。

一般情况下开关电源出现的问题集中在这几种情况：

（1）开关电源不起振，一般查看开关频率是否正确，变压器发热或发出“嗞嗞”的声音，一般是开关频率有问题。

（2）反馈回路是否正常，一般查看采样电阻是否烧毁、基准电压源是否正常。

（3）开关管是否烧毁，一般查看开关管是否发热严重，如果打开电源开关管就很热，说明开关管已经损坏需要更换。

（4）输出电压指示灯出现一闪一闪的情况，一般是副边有可能短路。

这一段时间的维修经历使我的对电源硬件电路的认识有了很大提高，为后面自己独立设计开关电源打下了基础。

通过前几个月的实践积累，我的个人实践能力有了质的飞跃，这为后面独立设计基于手机的照明控制系统打下了基础。

设计基于手机的照明控制系统是我在频瑞电子有限公司完成的最出色的项目，这个项目耗时了近两个月，这也是我专业实践内容最为主要的部分，下面就将对这个控制系统的设计过程作出详细的说明。

基于手机的照明控制系统的安装接线说明如图1所示，本控制系统最多能够控制四组灯，这四组灯可以分成调光组和非调光组，调光组的负载必须是LED灯，需要设计专门的驱动电源，对LED灯的电流有限制，最大值不超过2A，通过手机能够控制调光组LED灯的开关和调光；对非调光组的负载没有要求，只要能够在市电条件下工作的灯都可以接入到非调光组，手机只能够控制非调光组灯的开关，但是不能够控制灯的亮度。

系统设计分成两大部分：

硬件设计和软件设计。

下面就从这两个方面讲述本设计的相关内容。

1.硬件设计

首先需要对控制系统有一个整体认识，如图1所示为控制系统的接线说明。

从这个接线图就可以大概知道这个系统的设计构架。

图1

从图1可以看出控制系统的核心是照明控制盒，下面就将具体的讲解控制盒内部设计。

控制盒内部有五部分组成，

（1）220V输入、48V输出的开关电源，至于电源的功率可以依据负载进行相应的调整。

（2）220V输入、5V输出的电源模块，输出的电流至少要大于500mA。

（3）无线路由器。

（4）5V继电器驱动板。

（5）单片机控制板。

（6）48V输入，输出电流可调节的驱动电源。

下面就对各个组成部分选型和功能作用作出一些说明：

（1）选择48V输出电压的电源是为了能够适应更多种类的LED负载，因为公司生产的LED的串并方式有很多种，但是串联个数不超过12个，因此LED灯负载电压不会超过40V。

因为LED驱动电源设计的是降压电源，综合考虑以上因素为了能够将公司生产的LED灯尽可能地嵌入系统，选择了48V输出的开关电源。

（2）选择5V输出电源模块的目的是为了给单片机系统和继电器驱动板供电，考虑到单片机系统工作电流最好不要超过80mA，4个继电器工作时所需要的电流至少需要120mA，考虑到其它功耗元件的损耗，综合考虑选择了输出500mA的5V电源。

（3）无线路由器的是连接手机和控制盒的纽带，通过它实现单片机和手机的通信。

考虑到单片机只能够接收串口数据，所以为了简化硬件电路的设计，选择了内部集成网络数据转串口功能的无线路由器模块。

（4）5V继电器驱动主要是为了实现开关灯的功能，为了能够和单片机系统很好地融合在一起，因此选择了，5V继电器。

（5）单片机控制板是控制盒内部的核心，它主要用来接收手机发出的控制指令，根据控制指令作出相应的动作，如开关或者调光。

（6）48V输入，输出电流可调节的驱动电源，这是硬件电路设计的最难的部分，因为设计的驱动电源所带的负载是可变的，因此需要设计一个输出电流可以调节的驱动，这样才能满足设计要求。

之所以在设计时将系统划分成这些模块而不是将所有的功能集成在一个PCB板子上，是因为考虑到在使用过程，设备会出现一些问题，当查处问题所在，直接将问题的模块整体更换，这样做不进可靠，而且很高效，这在一定程度上节约了生产成本，事实也证明了这种分模块的设计方式是成功的。

了解了系统的各个组成部分的功能，下面讲解系统的设计框图，如图2所示。

图2

控制盒的使用流程也很是非常简单的，路由器组建无线WIFI网，用手机连接到该无线路由器，通过手机发送指令，无线路由接收到控制指令之后，通过内部固化的以太网转串口协议，将发送的控制指令转换成串口数据，单片机接收数据，根据制定好的通信协议，单片机发出相应的控制信号，开关灯或者调解LED灯的亮度。

2.软件设计

软件设计是本控制系统最为重要的内容，软件设计具体分为：

Android手机客户端软件设计和单片机端软件设计。

手机客户端软件实现发送指令和接收反馈信息的功能；单片机端软件主要实现产生PWM信号和继电器控制功能。

下面就从这两个方面讲解软件设计过程。

（1）手机客户端软件

本系统客户端软件的功能是实现连网和数据通信。

在讲解软件的设计过程，需要先了解有关android编程的一些内容。

简单的理解，android是基于java并运行在linux内核上的操作系统，这个操作系统是轻量级的，但是功能很全面。

编写android手机应用软件，首先就必须要解决的问题是开发平台，一般开发都是在windows环境下进行的，也就是说我们想要在windows环境下开发android程序需要使用什么软件。

因为android软件是基于java语言，所以必须使用eclipse开发软件，但是我们需要向这个软件安装SDK插件才能够进行android开发。

androidSDK提供了在windows开发android应用程序所需要的开发组件，也就是说，不论读者使用什么样的平台都可以开发android应用软件。

它不仅包含了android模拟器和用于eclipse的android开发工具插件（ADT），而且包含了各种用来调试、打包和在模拟器上安装应用的工具。

应用软件生成的流