嵌入式多传感器灯控系统的设计与实现

郑洪霞

摘 要：随着社会经济水平的发展，物联网技术在现实生活中的智能家居电子产品中得到广泛应用。为了适应信息化时代和方便人民生活，本文使用Qt作为编程工具，以S3C6410作为硬件平台，采集温度和湿度传感器数据，通过TCP的socket通信机制，实现了嵌入式多传感器灯控系统。达到了能够通过嵌入式设备观测温湿度和调节灯光亮度的基本功能。

关键词：嵌入式；灯控；传感器；移动设备

随着科技的发展，目前物联网行业正在兴起，特别是北京、上海、广州等大城市的物联网行业发展速度更快。一些知名家电产品也快速融入了物联网技术。例如海尔智能云电视、云空调、云洗衣机等，实现了用户对家庭家电产品的实时操控。当前，我国已发展了较为完备的敏感元件与传感器产业，产业规模正稳步增长。在物联网网络通信服务业领域，我国物联网行业正保持快速发展势头，应用领域也深入到社会公共安全、能源环保、城市管理等多个领域，未来几年仍将保持快速发展。目前在灯控领域，我国灯控系统功能还比较单一，一般仅具备开关功能，缺少日常维护功能。控制方式也比较落后，还停留在手动、光控、时控等方式上，容易受人为、季节和天气等因素影响，无法及时修改开关灯时间，容易造成能源浪费。而多传感器灯控系统的应用迎合了社会的发展，将为建设資源节约型社会发挥极大的作用。

1 系统需求分析

嵌入式多传感器灯控系统和正常的照明等区别在于，嵌入式多传感器灯控参与到了网络的环境。不仅能够满足正常的照明需要，还能在硬件端集成一些传感器，利用软件通过网络实现对灯光的亮度正常控制，还能将当前环境温湿度、一氧化碳浓度等信息显示给用户。

系统所需数据需要传感器采集数据，采用modbus数据协议，传输给采集的上位机。上位机通过crc对数据进行校验，错误数据信息，将自动丢弃，而正确的数据通过采用tcp网络传输协议发送给中转服务器。显示客户端与中转服务器建立连接，接受服务器发来的数据，解析并显示。同时客户端用户可以在正常的网络连接下随时随地对灯光进行控制。

2 系统设计与实现

2.1 总体设计

在整个系统的设计中，其基本网络拓扑图如图1所示。

如图1所示，整个系统分为三大块，传感器数据采集与控制端、服务数据中转端、显示端。其中数据中转服务器接入以太网络，用于数据的采集数据与数据显示的中转。采集端分布在外部环境，通过路由器介入以太网，其所属网络为家庭网络或企业网络。显示端通过路由器接入以太网，与数据中转服务器建立数据连接。在显示终端中，可以为手持移动设备或pc客户端。

系统显示端主要实现了温度、湿度、一氧化碳、灯控、继电器控制等5个主要功能。

在用户界面设计上充分运用QT提供的绘图方法，将数据抽象为图形，给用户更直观的印象。

在温度、湿度、一氧化碳功能模块中，主要是通过从网络中读取数据输出，在显示端不做任何输入操作。而在灯控和继电器模块中，不但要做数据的输出，而且还要做数据的输入，达到控制的目的。

如图2所示灯控功能模块中主要分为两个部分，接收端和发送端。在数据的发送之前需要将数据组装成8字节modbus协议格式的数据，然后发送给服务器，服务器最后中转到下位机控制端。在接收模块中，显示端将接收数据，并对modbus数据根据数据协议格式进行解析，显示当前灯光亮度值。

2.2 部分关键实现代码

如在系统串口操作中，初始化串口以后，接下来的就是对串口进行读写操作，串口的数据发送和读取同文件操作一样，通过系统的write（ ）和read（ ）函数进行数据的发送和接收。串口的数据操作程序关键代码如下。

如上函数中定义了一个data[][]的二维数组，并对其进行了初始化，初始化的数据中包含了4条预发送给采集端命令。其中data[0][1]中的0x03是功能码，其含义为write。data[0][2]中0x02代表了每一个采集传感器的编号。

3 系统及运行效果展示

图3是系统采集端的硬件部分展示图，外接了温湿度传感器，pwm灯，红外传感器。图4是用户登录界面，用户可通过手或笔在电阻屏幕撒屏幕上按下T9数字面板，完成输入功能。并按下login按钮执行登录。

图5是输入错误的IP和端口之后的错误提醒。图6是程序运行后采集到的传感器数据显示，以仪表盘和温度计的形式形象地显示出当前数据，在右下角同时还有数字显示仪表数据。

图7是对灯光亮度的控制的滑动条，其值为0～100，根据滑动条滑动的大小来改变灯光的亮度。如图8所示，滑动滑动条，灯光的明暗度发生改变。

4 结束语

目前，物联网技术在现实生活中得到广泛应用。计算机网络技术与电子产品的融合，给人们的生活带来了全新的感受。本文以Qt作为编程工具，以S3C6410作为硬件平台，采集温度和湿度传感器数据，通过TCP的socket通信机制，实现了嵌入式多传感器灯控系统，达到了能够通过嵌入式设备观测温湿度和调节灯光亮度的基本功能。未来多传感器控制系统将在智能生活中充当越来越重要的角色，全面融入大众的生活中，为人们生活提供便捷。

参考文献：

[1]韩超，魏治宇，廖文江，等.嵌入式linux上的C语言编程实践[M].北京：电子工业出版社，2011：39-41.

[2]史子旺，叶超群，蔡建宇.嵌入式linux内存使用与性能优化[M].北京：机械工业出版社，2012.

[3]蔡志明.精通Qt编程[M].北京：电子工业出版社，2010.

[4]罗克露.嵌入式软件调试技术[M].北京：电子工业出版社，2011.

[5]郑灵翔.嵌入式linux系统设计[M].北京：北京航空航天大学出版社，2010.