【正文】 ：隨著信息技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域向著人類(lèi)生活逐漸滲透，智能家居有著非常好的發(fā)展前景。智能燈光控制系統(tǒng)作為智能家居系統(tǒng)的一部分，也是依托家庭網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)智能系統(tǒng)。對(duì)于燈光控制系統(tǒng)的研究，將有助于推動(dòng)整個(gè)智能家居系統(tǒng)的發(fā)展。本文利用MATLAB GUI設(shè)計(jì)了可視化的用戶(hù)控制界面。采用典型的客戶(hù)/服務(wù)器模型實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)通信。客戶(hù)端利用MATLAB工具箱中的UDP工具創(chuàng)建了客戶(hù)端，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送。在DSP的軟件仿真環(huán)境CCS下實(shí)現(xiàn)了服務(wù)器端的socket編程，利用其上的四個(gè)用戶(hù)指示燈顯示從服務(wù)器端接收到得數(shù)據(jù)，達(dá)到了模擬家庭中燈具的運(yùn)行模式的效果。 關(guān)鍵詞：智能家居燈光控制；圖形用戶(hù)界面；用戶(hù)數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議；DSP的軟件仿真環(huán)境；網(wǎng)絡(luò)通信Smart Home Lighting Control System Design and ImplementationAbstract: With the application of information technology gradually penetrate towards human life, Smart Home has a very good development lighting control systems as part of the smart home, is relying on an intelligent home network lighting control system, will help promote the development of the smart home system. In this paper,MATLAB GUI design a visual user control interface. A typical client/server model to achieve a network munication. The clientside is using MATLAB toolbox tool to create a UDP client to receive and transmit the software simulation environment CCS is used to achieve a serverside socket it is plied,the .out file is available. Download the .out file to the ICETEKDM642AVM evaluation board,the four user’s light will show the received data to simulation the operating mode of the family lighting effects.Keywords: Smart Home Lighting Control System。 GUI。 UDP。CCS。 network munication46引言一、選題的目的和現(xiàn)實(shí)意義近年來(lái)，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)水平的提高，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)、控制技術(shù)的迅速發(fā)展，促使了社會(huì)信息化的加速，使人們的工作生活和通訊的關(guān)系日益緊密。信息化的社會(huì)在改變?nèi)藗児ぷ髁?xí)慣與生活方式的同時(shí)，對(duì)傳統(tǒng)住宅的自動(dòng)化，信息化，環(huán)境舒適化、安全化提出了挑戰(zhàn)。信息化影響了人們生活的各個(gè)方面，改變了人們的生活習(xí)慣，提高了人們的生活質(zhì)量，家居智能化也正是在這種形勢(shì)下應(yīng)運(yùn)而生。智能家居系統(tǒng)是利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)、嵌入式系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，將家庭中的各種設(shè)備（如照明系統(tǒng)、安防系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)家電）通過(guò)家庭網(wǎng)絡(luò)連接到一起。一方面，智能家居讓用戶(hù)有更方便的手段來(lái)管理家庭設(shè)備；另一方面，智能家居內(nèi)的各種設(shè)備相互間可以通訊，不需要用戶(hù)控制也能根據(jù)不同的狀態(tài)互動(dòng)運(yùn)行，它對(duì)改善現(xiàn)代人類(lèi)的生活質(zhì)量，創(chuàng)造舒適、安全、便利的生活空間有著非常重要的意義。智能家居的開(kāi)發(fā)與建設(shè)是21世紀(jì)科技發(fā)展的必然趨勢(shì)。在照明領(lǐng)域，人們已經(jīng)不滿(mǎn)足于單純地提供亮度這一功能，而是面向系統(tǒng)控制方式的靈活和視覺(jué)上的藝術(shù)美感發(fā)展，智能照明系統(tǒng)就是在這樣的背景下產(chǎn)生的。傳統(tǒng)的控制方式能量流和信息流合一，控制簡(jiǎn)單、有效、直觀，但其一旦布線完成后系統(tǒng)就不能再改動(dòng)。相比之下，智能家居系統(tǒng)擁有安全、方便、高效、快捷、智能化和個(gè)性化的獨(dú)特魅力，因此具有非常廣闊的市場(chǎng)前景，相信具有在不久的將來(lái)就會(huì)在普通家庭中普及。照明燈光是生活中不可缺少的部分。那么智能照明控制系統(tǒng)也就是智能家居系統(tǒng)中不可缺少的一部分，對(duì)其的研究有很大的社會(huì)價(jià)值。以下是智能照明系統(tǒng)的特點(diǎn)：(1) 創(chuàng)造有效率的照明環(huán)境、實(shí)現(xiàn)節(jié)約能源的功能。借助各種不同的預(yù)設(shè)置控制方式，對(duì)不同時(shí)間不同環(huán)境進(jìn)行精確設(shè)置和合理管理，充分利用自然光，自動(dòng)調(diào)節(jié)照度，只有在必要時(shí)才把燈點(diǎn)亮或者點(diǎn)到要求的照度，利用最少的能源保證所要求的照度水平，節(jié)能效果十分明顯。(2) 延長(zhǎng)光源壽命。系統(tǒng)具有軟啟動(dòng)和軟關(guān)斷技術(shù)，避免了開(kāi)啟燈具時(shí)電流對(duì)燈絲的熱沖擊，使得燈具壽命延長(zhǎng)。(3) 提高照明質(zhì)量。系統(tǒng)會(huì)按照預(yù)先設(shè)置的標(biāo)準(zhǔn)亮度使照明區(qū)域保持恒定的照度，而不受燈具效率降低和墻面反射衰減的影響。(4) 以人為本的科學(xué)化照明。以人的行為、視覺(jué)功效、視覺(jué)生理心理研究為基礎(chǔ)，開(kāi)發(fā)更具有科學(xué)含量的、以人為本的高效、舒適、健康的智能化照明。進(jìn)一步地滿(mǎn)足不同個(gè)體、不同層次群體的照明要求，是使照明從滿(mǎn)足一般人的需求到滿(mǎn)足個(gè)體、個(gè)性需求的必不可少的技術(shù)手段。二、選題的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀智能照明系統(tǒng)一般由傳感器（如光線感應(yīng)器、面板開(kāi)關(guān)等）、執(zhí)行器（如調(diào)光電子鎮(zhèn)流器）、網(wǎng)絡(luò)通訊單元（路由器、中繼站等）以及輔助單元（如電源，導(dǎo)軌）等組成，遵循統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，借助各種不同的“預(yù)設(shè)置”控制方式和控制元件，對(duì)不同時(shí)間不同環(huán)境的光亮度進(jìn)行精確設(shè)置和合理管理。此外智能照明系統(tǒng)中還可對(duì)熒光燈進(jìn)行調(diào)光控制，由于熒光燈采用了有源濾波技術(shù)的可調(diào)光電子鎮(zhèn)流器，降低了諧波的含量，提高了功率因數(shù)，降低了低壓無(wú)功損耗?，F(xiàn)代意義上的智能照明網(wǎng)絡(luò)是從舞臺(tái)燈光控制系統(tǒng)發(fā)展起來(lái)的：1986年美國(guó)影視劇場(chǎng)技術(shù)協(xié)會(huì)（USITT）的工程委員會(huì)開(kāi)始制定控制燈光設(shè)備和附件的數(shù)字式傳輸協(xié)議—DMX512協(xié)議，1990年發(fā)布正式文本。現(xiàn)在調(diào)光網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域中影響較大的CAN協(xié)議和ARTnet協(xié)議都是在此基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的。隨著樓宇自動(dòng)化和辦公自動(dòng)化的興起，智能照明控制系統(tǒng)的應(yīng)用從劇場(chǎng)的舞臺(tái)燈光逐漸轉(zhuǎn)向各種建筑物的照明。照明控制技術(shù)方式已由集中控制方式轉(zhuǎn)變到集散控制和分布式控制。特別是分布式控制的出現(xiàn)，使照明控制方式達(dá)到了比較完善的應(yīng)用。與此同時(shí)，面向建筑物照明的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議也紛紛涌現(xiàn)，并各有特色。根據(jù)協(xié)議的開(kāi)發(fā)背景和功能特點(diǎn)大致這些協(xié)議可分為以下幾類(lèi)：一類(lèi)是著名的燈光設(shè)備制造廠商單獨(dú)開(kāi)發(fā)的，如澳大利亞Clipsal的CBus協(xié)議和Dynalite公司的Dynet協(xié)議，美國(guó)路創(chuàng)的LUTRON燈光控制技術(shù)等；另一類(lèi)是某一領(lǐng)域的廠商聯(lián)合起來(lái)，針對(duì)專(zhuān)門(mén)調(diào)光系統(tǒng)制定的協(xié)議，如DALI協(xié)議；還有一類(lèi)是智能家居協(xié)議中的燈光控制部分，如EIB和X10系統(tǒng)的燈光控制子系統(tǒng)等。三、選題的研究方法本文將要論述的燈光遠(yuǎn)程控制是指在網(wǎng)絡(luò)上由一部終端（主控端Remote/客戶(hù)端）遠(yuǎn)距離去控制另一臺(tái)DSP為核心的服務(wù)器（被控端Host/服務(wù)器端）的技術(shù)，這樣便于利用DSP的高速運(yùn)算能力實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和處理，從而實(shí)現(xiàn)智能家居系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)。遠(yuǎn)程控制必須通過(guò)網(wǎng)絡(luò)才能進(jìn)行。目前TCP/IP協(xié)議應(yīng)用范圍最廣，所以在本設(shè)計(jì)將TCP/IP協(xié)議移植到DSP上，以其作為服務(wù)器端。這樣可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)訪問(wèn)DSP,充分利用DSP強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力和極高的運(yùn)行速度來(lái)實(shí)時(shí)處理數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)智能家居系統(tǒng)的控制。UDP（用戶(hù)數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議）是一種面向無(wú)連接的不可靠的協(xié)議，UDP報(bào)頭中包含校驗(yàn)和，能夠用來(lái)檢測(cè)和丟棄包含無(wú)碼的包。它適合進(jìn)行實(shí)時(shí)通信，因此本文采用UDP來(lái)傳輸數(shù)據(jù)。設(shè)計(jì)采用經(jīng)典的客戶(hù)/服務(wù)器(C/S)模式來(lái)達(dá)到數(shù)據(jù)交互的目的。在具體實(shí)現(xiàn)時(shí)客戶(hù)端利用MATLAB做出GUI作為控制界面并創(chuàng)建UDP對(duì)象，而在服務(wù)器端（以DSP為核心）采用TI NDK下的Socket編程來(lái)實(shí)現(xiàn)。最終的實(shí)驗(yàn)可以通過(guò)MATLAB開(kāi)發(fā)出的GUI在局域網(wǎng)內(nèi)以遠(yuǎn)程訪問(wèn)的方式來(lái)控制DSP，模擬控制家居中燈具的運(yùn)行模式，設(shè)計(jì)達(dá)到了預(yù)期的效果。四、論文結(jié)構(gòu)引言對(duì)選題的目的、現(xiàn)實(shí)意義、國(guó)內(nèi)外研究狀況、研究方法和論文結(jié)構(gòu)進(jìn)行了闡述。第一章簡(jiǎn)要介紹開(kāi)發(fā)系統(tǒng)所使用的軟硬件環(huán)境。第二章介紹了燈光控制系統(tǒng)客戶(hù)端的設(shè)計(jì)及調(diào)試。介紹了客戶(hù)端的GUI程序設(shè)計(jì)以及將其轉(zhuǎn)換為可執(zhí)行文件的步驟。第三章介紹了系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信。分別介紹了遠(yuǎn)程通信控制系統(tǒng)的客戶(hù)端和服務(wù)器端的設(shè)計(jì)。第四章總結(jié)本文的研究工作，并提出了下一步的研究方向。第1章 開(kāi)發(fā)系統(tǒng)簡(jiǎn)介 MATLAB環(huán)境簡(jiǎn)介在科學(xué)研究和工程應(yīng)用中，往往要進(jìn)行大量的數(shù)學(xué)計(jì)算，其中包括矩陣運(yùn)算。這些運(yùn)算一般來(lái)說(shuō)難以用手工精確和快捷地進(jìn)行，而要借助計(jì)算機(jī)編制相應(yīng)的程序做近似計(jì)算。目前流行用Basic、Fortran和C語(yǔ)言編制計(jì)算程序, 既需要對(duì)有關(guān)算法有深刻的了解，還需要熟練地掌握所用語(yǔ)言的語(yǔ)法及編程技巧。對(duì)多數(shù)科學(xué)工作者而言，同時(shí)具備這兩方面技能有一定困難。通常，編制程序也是繁雜的，不僅消耗人力與物力,而且影響工作進(jìn)程和效率。為克服上述困難，美國(guó)Mathwork公司于1967年推出了“Matrix Laboratory”（縮寫(xiě)為Matlab）軟件包，并不斷更新和擴(kuò)充。目前的版本（windows環(huán)境）是一種功能強(qiáng)、效率高便于進(jìn)行科學(xué)和工程計(jì)算的交互式軟件包。其中包括：一般數(shù)值分析、矩陣運(yùn)算、數(shù)字信號(hào)處理、建模、系統(tǒng)控制和優(yōu)化等應(yīng)用程序，并集應(yīng)用程序和圖形在一個(gè)便于使用的集成環(huán)境中。在此環(huán)境下所解決問(wèn)題的Matlab語(yǔ)言表述形式和其數(shù)學(xué)表達(dá)形式相同，不需要按傳統(tǒng)的方法編程。Matlab大大降低了對(duì)使用者的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和計(jì)算機(jī)語(yǔ)言知識(shí)的要求，而且編程效率和計(jì)算效率極高，還可在計(jì)算機(jī)上直接輸出結(jié)果和精美的圖形拷貝。綜上所述，Matlab語(yǔ)言有如下特點(diǎn)：(1) 編程效率高它是一種面向科學(xué)與工程計(jì)算的高級(jí)語(yǔ)言，允許用數(shù)學(xué)形式的語(yǔ)言編寫(xiě)程序且比Basic、Fortran和C等語(yǔ)言更加接近我們書(shū)寫(xiě)計(jì)算公式的思維方式，用Matlab編寫(xiě)程序猶如在演算紙上排列出公式與求解問(wèn)題。因此，Matlab語(yǔ)言也可通俗地稱(chēng)為演算紙式科學(xué)算法語(yǔ)言。由于它編寫(xiě)簡(jiǎn)單，所以編程效率高，易學(xué)且易懂。(2) 用戶(hù)使用方便Matlab語(yǔ)言是一種解釋執(zhí)行的語(yǔ)言（在沒(méi)被專(zhuān)門(mén)的工具編譯之前），它靈活、方便，其調(diào)試程序的手段豐富，調(diào)試速度快，需要學(xué)習(xí)的時(shí)間短。人們用任何一種語(yǔ)言編寫(xiě)程序和調(diào)試程序一般都要經(jīng)過(guò)四個(gè)步驟：編輯、編譯、連接以及執(zhí)行和調(diào)試。各個(gè)步驟之間是順序關(guān)系，編程的過(guò)程就是在它們之間作瀑布型的循環(huán)。Matlab語(yǔ)言與其它語(yǔ)言相比，較好地解決了上述問(wèn)題，把編輯、編譯、鏈接和執(zhí)行融為一體。它能在同一畫(huà)面上進(jìn)行靈活操作，快速排除輸入程序中的書(shū)寫(xiě)錯(cuò)誤、語(yǔ)法錯(cuò)誤甚至語(yǔ)意錯(cuò)誤，從而加快了用戶(hù)編寫(xiě)、修改和調(diào)試程序的速度。具體地說(shuō)，Matlab運(yùn)行時(shí)，如直接在命令行輸入Matlab語(yǔ)句（命令），包括調(diào)用M文件的語(yǔ)句，每輸入一條語(yǔ)句，就立即對(duì)其進(jìn)行處理，完成編譯、鏈接和運(yùn)行的全過(guò)程。(3) 擴(kuò)充能力強(qiáng) 高版本的Matlab語(yǔ)言有豐富的庫(kù)函數(shù)，在進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算時(shí)可以直接調(diào)用，而且Matlab的庫(kù)函數(shù)同用戶(hù)文件在形成上一樣，所以用戶(hù)文件也可作為Matlab的庫(kù)函數(shù)來(lái)調(diào)用。因而，用戶(hù)可以根據(jù)自己的需要方便地建立和擴(kuò)充新的庫(kù)函數(shù)，以便提高M(jìn)atlab使用效率和擴(kuò)充它的功能。(4) 語(yǔ)句簡(jiǎn)單，內(nèi)涵豐富Mat1ab語(yǔ)言中最基本最重要的成分是函數(shù)，其一般形式為[a，b，c…] = fun(d，e，f，…)，即一個(gè)函數(shù)由函數(shù)名，輸入變量d，e，f,…和輸出變量a，b，c…組成。同一函數(shù)名F，不同數(shù)目的輸入變量（包括無(wú)輸入變量）及不同數(shù)目的輸出變量，代表著不同的含義。這不僅使Matlab的庫(kù)函數(shù)功能更豐富，而且大大減少了需要的磁盤(pán)空間，使得Matlab編寫(xiě)的M文件簡(jiǎn)單、短小而高效。(5) 高效方便的矩陣和數(shù)組運(yùn)算Matlab語(yǔ)言象Basic、Fortran和C語(yǔ)言一樣規(guī)定了矩陣的算術(shù)運(yùn)算符、關(guān)系運(yùn)算符、邏輯運(yùn)算符、條件運(yùn)算符及賦值運(yùn)算符，而且這些運(yùn)算符大部分可以毫無(wú)改變地照搬到數(shù)組間的運(yùn)算，有些如算術(shù)運(yùn)算符只要增加“”就可用于數(shù)組間的運(yùn)算。另外，它不需定義數(shù)組的維數(shù)，還給出矩陣函數(shù)、特殊矩陣專(zhuān)門(mén)的庫(kù)函數(shù)，使之在求解諸如信號(hào)處理、建模、系統(tǒng)識(shí)別、控制、優(yōu)化等領(lǐng)域的問(wèn)題時(shí)，顯得大為簡(jiǎn)捷、高效、方便。在此基礎(chǔ)上，高版本的Matlab已逐步擴(kuò)展到科學(xué)及工程計(jì)算的其它領(lǐng)域。因此，不久的將來(lái)它一定能名符其實(shí)地成為“萬(wàn)能演算紙式的”科學(xué)算法語(yǔ)言。(6) 方便的繪圖功能Matlab的繪圖是十分方便的，它有一系列繪圖函數(shù)（命令），例如線性坐標(biāo)、對(duì)數(shù)坐標(biāo)，半對(duì)數(shù)坐標(biāo)及極坐標(biāo)，均只需調(diào)用不同的繪圖函數(shù)（命令）。在圖上標(biāo)出圖題、XY軸標(biāo)注，格（柵）繪制也只需調(diào)用相應(yīng)的命令，簡(jiǎn)單易行。另外,在調(diào)用繪圖函數(shù)時(shí)調(diào)整自變量可繪出不變顏色的點(diǎn)、線、復(fù)線或多重線。 TMS320C6000軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境Code Composer Studio (CCS)是德州儀器(TI)eXpressDSP?軟件與開(kāi)發(fā)工具的核心。它提供了配置、建立、調(diào)試、跟蹤和分析程序的工具。CCS有兩種工作模式，即軟件仿真器模式：可以脫離DSP芯片，在PC機(jī)上模擬DSP的指令集和工作機(jī)制，主要用于前期算法實(shí)現(xiàn)和調(diào)試。硬件在線編程模式：可以實(shí)時(shí)運(yùn)行在DSP芯片上,與硬件開(kāi)發(fā)板相結(jié)合在線編程和調(diào)試應(yīng)用程序。CCS的開(kāi)發(fā)系統(tǒng)主要由以下組件構(gòu)成： (1) TMS320C64x集成代碼產(chǎn)生工具； (2) CCS集成開(kāi)發(fā)環(huán)境； (3) DSP/BIOS實(shí)時(shí)內(nèi)核插件及其應(yīng)用程序接口API； (4) 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換的RTDX插件以及相應(yīng)的程序接口API； (5) 由TI公司以外的第三方提供的各種應(yīng)用模塊插件。 CCS的功能十分強(qiáng)大，它集成了代碼的編輯、編譯、鏈接和調(diào)試等諸多功能，