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編輯推薦： 在能源和环境问题日益严重的今日，LED作为新的照明光源，因其突出的低能耗、使用寿命长等特点受到越来越多的关注。本书帮助读者学习和实践智能照明控制和单片机开发，同时可以掌握物联网组网、不同协议转化的网关概念及其软硬件设计与实现方法。本书从教研开发和培训教学入手，以实验过程和实验现象为主导，循序渐进、由浅入深地介绍智能照明技术开发平台的软件和硬件，使用C语言为单片机编程的方法，以及各种功能的实现，同时掌握物联网的概念，掌握多种有线和无线通信协议，了解不同协议的组网方式，不同协议的软硬件设计方法与实现方法。本书中的所有程序均以智能照明技术开发平台的实现的功能和实验现象为根据，分析软硬件设计原理与实现方法，用C语言编写实验程序实现相应功能，帮助读者从实际操作和应用中理解和掌握该开发平台的软硬件资源，掌握智能照明的实现方法、理解物联网的概念和实现方法。本书中的大部分内容均来自作者科研及教学工作实践，内容涵盖作者多年来对该平台经验总结的精华。本书使用程序编译软件是瑞萨官方提供的CubeSuite ，并利用Renesas-E1仿真器进行在线调试和程序下载。本书提供每个实验的相关程序供读者参考学习，程 內容簡介： 本书依托智能照明技术开发平台对智能照明的系统开发、硬件开发、软件开发、调光调色实现方法、故障远程监测方法进行了详尽的分析与说明。本书从教研开发和培训教学入手，以实验过程和实验现象为主导，循序渐进、由浅入深地介绍智能照明平台的硬件模块的设计原理和实现方法、软件设计流程和实现方法，采用C语言作为控制器编程语言，讲解了各功能的设计方法，并给出了源代码。 本书共分4章，分别为智能照明技术开发平台概述、基础性实验、设计性实验和综合性实验，有具体的实验步骤讲解和实现功能的程序流程图和语句，可以直接用于相关产品的科研开发和培训教学。本书详细介绍了每一个实验的实验目的、实验内容、实验原理和实验步骤，每个实验后有思考题供读者练习，加深读者对实验内容的理解。 通过对本实验平台指导书的学习，读者可以掌握单片机在智能照明中的开发应用方法，理解并掌握智能照明的编程方法和思路，并对物联网的概念、组网方式有一定的理解，掌握基于物联网的智能照明实现的软硬件设计及实现的方法。 本书适用于光源与照明、物联网、电子类等专业本科生作为智能照明、单片机开发、物联网等课程的实验教材使用，同时可以作为本科生和研究生参加相关专业设计大赛的参考资料。 目錄： 目录 第1章智能照明技术开发平台概述 1.1开发平台的硬件资源 1.1.1开发平台的总体架构 1.1.2RL78I1A单片机 1.2开发平台的软件资源 1.2.1CubeSuite 的安装 1.2.2CubeSuite 的操作说明 1.3开发平台的操作说明 第2章基础性实验 2.1RL78I1A入门实验 2.1.1LED流水灯实验 2.1.2数码管显示实验 2.1.3LED点阵显示实验 2.1.4单片机中断实验 2.1.5AD转换实验 2.1.6串口通信实验 2.2大功率LED控制实验 2.2.1大功率LED单色调光实验 2.2.2大功率LED调色实验 2.2.3基于传感器的照明控制实验 2.2.4基于电压检测的LED故障报警实验 2.3基于网络的LED单灯控制实验 2.3.1基于DALI协议的LED单灯控制实验 2.3.2基于DMX512协议的LED单灯控制实验 2.3.3基于电力线载波的LED单灯控制实验 2.3.4基于RS485协议的LED单灯控制实验 2.3.5基于Zigbee网络的LED单灯控制实验 2.3.6基于WiFi网络的LED单灯控制实验 第3章设计性实验 3.1基于DALI协议的LED群组控制实验 3.2基于DMX512协议的LED群组控制实验 3.3基于电力线载波的LED群组控制实验 3.4基于RS485协议的LED群组控制实验 3.5基于Zigbee协议的LED群组控制实验 第4章综合性实验 4.1多网络融合实验 4.2网关设计实验 附录A主控制器使用说明 A.1概述 A.2硬件资源 A.3注意事项 附录B中控制器使用说明 B.1概述 B.2硬件资源 B.3实验操作说明 参考文献 內容試閱： 前言 在能源和环境问题日益严重的今天，LED作为新的照明光源，因其突出的低能耗、使用寿命长等特点受到越来越多的关注。本书以智能照明技术开发平台为研究对象，供读者学习和研究关于智能照明的控制和单片机开发的问题，同时可以掌握物联网组网、不同协议转化的网关概念及其软硬件设计与实现方法。本书从教研开发和培训教学入手，以实验过程和实验现象为主导，循序渐进、由浅入深地介绍智能照明技术开发平台的软件和硬件、使用C语言为单片机编程的方法和各种功能的实现，同时掌握物联网的概念、多种有线和无线通信协议，了解不同协议的组网方式、不同协议的软硬件设计方法与实现方法。本书中的所有程序均以智能照明技术开发平台实现的功能和实验现象为根据，分析软硬件设计原理与实现方法，用C语言编写实验程序实现相应功能，帮助读者从实际操作和应用中理解和掌握该开发平台的软硬件资源，掌握智能照明的实现方法、理解物联网的概念和实现方法。本书中的大部分内容均来自作者科研及教学工作实践，内容涵盖作者多年来对该平台经验总结的精华。本书内容组织本书内容共分4章，分别为智能照明技术开发平台、基础性实验、设计性实验和综合性实验。第1章是智能照明技术开发平台概述。首先介绍的是硬件，从开发平台的总体架构开始介绍，让读者对智能照明技术开发平台有一个总体的认识，又分别介绍了开发平台的各个模块，包括主控制器、中控制器和传感器，并配有开发平台实物图供读者参考学习； 其中，中控制器完全符合智能终端硬件的概念，同时可以实现智能硬件的功能。智能照明技术开发平台选用的是瑞萨单片机，瑞萨电子新的16位单片机RL78I1A专为照明设计，拥有单芯片实现ACDC转换、PFC、LED控制和通信的功能，最大程度实现系统集成性，降低整体成本并增加LED系统的附加价值等特点，本章对单片机RL78I1A也做了简要介绍。本章还介绍了开发平台的软件资源，瑞萨官方提供的程序编译软件是CubeSuite ，并利用RenesasE1仿真器进行在线调试和程序下载，书中对CubeSuite 和RenesasE1仿真器的操作和应用做了详细介绍。第2章是基础性实验，本章共分为3节，包括RL78I1A入门实验、大功率LED控制实验和基于网络的LED单灯控制实验。目的是让读者通过这些实验熟悉和掌握开发平台的资源，对瑞萨单片机及外围接口的基本知识及基本原理有一个全面的了解和掌握，熟悉和掌握CubeSuite 开发环境，熟悉和掌握相关传感器和智能照明常用协议，并对智能照明的开发流程有个初步的了解。第3章是设计性实验。设计性实验是在读者对这门课程有了基础了解、做完基础性实验的前提下，为了对知识点有更深、更系统的掌握而开设的。本章共分为5节，主要内容是实现基于5种不同网络协议的LED群组控制。目的是让读者更加深入地了解和掌握照明控制网络的构建与数据传输过程，掌握多种通信协议的软硬件实现方法，理解物联网的概念。第4章是综合性实验。在学习智能照明课程之后，利用所学的理论、技术和方法进行综合的设计，对多个理论、技术或方法进行验证。学生自行设计实验数据表格，自行对实验数据进行分析，通过对实验数据的分析验证课程所涉及的理论的正确性，理解网联网的架构。本书提供每个实验的相关程序供读者参考学习，程序可在清华大学出版社网站www.tup.com.cn搜索下载。本书适用于光源与照明、物联网、电子类等专业本科生作为智能照明、单片机开发、物联网等课程的实验教材使用，同时可以作为本科生和研究生参加相关专业设计大赛的参考资料，例如各类电子设计大赛、光源与照明类设计大赛、智能家居类大赛、物联网大赛等。本书由王敏担任主编，并负责全书的设计和编撰。本书在设计过程中得到了光源与照明专家牛萍娟的指点和帮助，在编写过程中，朱亚林工程师和徐珊珊同学提出了很多宝贵的意见和帮助，对此表示衷心的感谢。由于水平有限，书中难免存在不妥或失误之处，欢迎广大专家和读者批评指正。编者2017年3月 第3章CHAPTER 3 设计性实验 设计性实验一般是在对一门课程有了基础了解、做完基础性实验的前提下，为了对知识点有更深、更系统地掌握而开设的。一般设计性实验给定实验目的、要求和实验条件，由学生自行设计实验方案并加以实现，设计表格记录实验数据并对数据进行分析，得出实验可以验证的结论，并找到自行设计方案的不足和改进方法。本章主要内容是实现基于5种不同网络协议的LED群组控制。目的是让学生更加深入地了解和掌握照明控制网络的构建与数据传输过程。LED群组控制实验的结构框图如图31所示。 图31LED群组控制实验结构框图 3.1基于DALI协议的LED群组控制实验1. 实验目的1 深入了解DALI协议的数据格式。2 掌握基于DALI协议的群组控制过程与方法。3 学会使用组织DALI网络，设置DALI主设备地址与从设备地址，了解主设备与从设备在网络中的角色。2. 实验内容搭建基于DALI协议的通信网络，将主控制器设置为主设备，DALI控制器设置为从设备，为多个DALI控制器分配不同的从地址。主控制器发出控制指令，各个DALI控制器接收并执行指令，通过RGB LED显示被控效果，进而实现基于DALI协议的LED群组控制的目的。3. 实验原理1 DALI协议DALI指令信息包含地址信息和调光信息。DALI地址信息如表31所示。 表31DALI地址信息 地址形式字 节 形 式使 用 说 明短地址YAAAAAASAAAAAA=0~63，S=01单独控制某个从控单元的个体地址组地址Y00AAAASAAAA=0~15，S=01成组控制的组地址指令广播地址Y111111SS=01对所控制的所有从控单元的统一指令专用命令Y01CCCCSCCCC=命令码，S=01专用指令，可进行特殊的命令 2 网络构建DALI群组实验网络通信图如图32所示。 图32DALI群组实验网络通信图 3 程序实现1 DALI主控制器程序： void mainvoid { unsigned char DALI_TX_data［10］; unsigned char PWM_value; unsigned int i; PWM_value=0x00; i=1; DALI_TX_data［0］=0x82;组地址 1; R_DALI4_Start; while1 { DALI_TX_data［1］=PWM_value; ifP2.0==0 { Delay_ms10; ifP2.0==0 { R_DALI4_SendDALI_TX_data,2;通过串口发送两组数据 Delay_ms200; PWM_value=PWM_value 20;Change dimming data; ifPWM_value100 { PWM_value=0; i;改变组地址的值 ifi%2 DALI_TX_data［0］=0x82;组地址1 else DALI_TX_data［0］=0x84;组地址2 } } } } } 2 DALI中控制器接收数据处理函数，参见基于DALI协议的LED单灯控制实验中的DALI中控制器接收数据处理函数。4. 实验步骤1 启动CubeSuite 开发环境，打开智能照明技术开发平台配套资源＼experiment examples＼design experiment＼DALI＼DALI_zhu进行编译，具体过程参见CubeSuite 编译环境中的使用说明。注意： DALI文件夹中包括DALI和DALI_zhu两个子文件夹，将DALI分别下载至两块中控制器中，DALI_zhu下载至主控制器中。2 程序通过编译后，参见CubeSuite 编译环境中的程序下载，将程序下载到MCU中，然后运行。3 将智能照明技术开发平台配套资源＼相关资料＼触摸屏＼实验文件＼ DALIs.ers下载至触摸屏中，具体方法参见触摸屏操作说明。4 电路连接参照触摸屏接线图。2P防反插杜邦线连接： MCU JM7DALI JD3； DALI JD1DALI控制器1通信接口任意一个； DALI控制器1通信接口另外一个DALI控制器2通信接口任意一个。1P杜邦线连接： MCUP20JK K1。DALI群组实验接线图如图33所示。 图33DALI群组实验接线图 5 实验步骤。本实验需要对主控制器和DALI控制器进行初始化设置，需要做一系列的准备工作，其初始化方法和准备工作，参见《中控制器使用说明书》和《主控制器使用说明书》。① 将DALI控制器1和DALI控制器2设置为网络通信模式，具体操作过程如图34所示。 图34DALI控制器1和2设置为网络通信模式 ② 将DALI控制器1和DALI控制器2设置为接收模式，具体操作过程如图35所示。 图35DALI控制器1和2设置为接收模式 ③ 设置DALI控制器1和DALI控制器2的地址。本实验采取DALI协议群组控制，所以DALI控制器1的组地址设置为01，短地址设置为01； DALI控制器2的组地址设置为01，短地址设置为02。具体操作过程如图36和图37所示。 图36设置DALI控制器1地址 图37设置DALI控制器2地址 ④ 主控制器的K1为控制键，也是通信的发起键，同时也是灯亮度的调节键每按一次，其数值增加20，每按下一次K1，发起一次通信。DALI控制器的LED灯亮度也随之变化，同时DALI控制器的液晶屏上显示接收到的数据值。实际接收数据如图38所示。 图38DALI群组实验接收图 5. 思考题1 DALI协议是OSI七层协议中哪一层的协议？2 如何实现DALI控制器作为中控制器，再通过主控制器控制其他DALI中控制器的群组实验？3 DALI多设备实验与第3章中的单灯控制实验有什么不同？4 利用传感器采集的信息作为触发条件即给传感器采集的信息设置一个门限值，达到这个值时，触发通信，试编写相关程序。3.2基于DMX512协议的LED群组控制实验1. 实验目的1 深入了解DMX512协议的数据格式。2 掌握基于DMX512协议的群组控制过程与方法。3 学会使用组织DMX512网络，设置DMX512主设备地址与从设备地址，了解主设备与从设备在网络中的角色。2. 实验内容搭建基于DMX512协议的通信网络，将主控制器设置为主设备，DMX512控制器设置为从设备，为多个DMX512控制器分配不同的从地址。主控制器发出控制指令，各个DMX512控制器接收并执行指令，通过RGB LED显示被控效果，进而实现基于DMX512协议的LED群组控制的目的。3. 实验原理1 DMX512协议DMX512协议中，没有地址码； 通过对DMX512数据包的接收、解析，从设备响应与本设备通道数相同的调光值。假如此从设备的通道数是1，则此从设备只响应DMX512数据包第一通道的调光值。DMX512协议数据包格式如图39所示。 图39DMX512协议数据包格式 2） 网络构建DMX512群组实验网络通信图如图310所示。 图310DMX512群组实验网络通信图 3） 程序实现1 DMX512主控制器发送数据： void mainvoid { unsigned char DMX512_TX_data［10］; unsigned char PWM_value; P12.0=1; P20.5=1; PWM_value=0x00; DMX512_TX_data［0］=0x00;DMX512 data; DMX512_TX_data［1］=0x00; DMX512_TX_data［2］=0x00; DMX512_TX_data［3］=0x00; DMX512_TX_data［4］=0x00; DMX512_TX_data［5］=0x00; R_TAU0_Channel1_Start;Start timer channel 1; R_UART4_Start;Start UART4; while1 { ifP2.0==0 { Delay_ms10; ifP2.0==0 { P20.5=0;数据包的开始，Break信号持续至少88s Delay_88us; P20.5=1;持续8s的MAB信号 Delay_8us; P20.5=0;持续44s的SC 起始码 Delay_44us; P20.5=1; R_UART4_SendDMX512_TX_data,6;发送6个通道的DMX512调光数据 Delay_ms200; PWM_value=PWM_value 20;改变调光值 ifPWM_value100 PWM_value=0; DMX512_TX_data［0］=PWM_value;改变通道1的调光值 DMX512_TX_data［1］=PWM_value;改变通道2的调光值 DMX512_TX_data［2］=PWM_value;改变通道3的调光值 DMX512_TX_data［3］=PWM_value;改变通道4的调光值 DMX512_TX_data［4］=PWM_value;改变通道5的调光值 DMX512_TX_data［5］=PWM_value;改变通道6的调光值} } } } 2 DALI中控制器接收数据处理函数，参见基于DMX512协议的LED单灯控制实验中的DMX512.c文件中的接收数据的处理。通过按键设置不同中板上不同通道值DMX512_Channel_value，就可以接收发送的不同通道的调光值进行显示。4. 实验现象1 启动CubeSuite 开发环境，打开智能照明技术开发平台配套资源＼experiment examples＼design experiment＼DMX512＼DMX512_zhu进行编译，具体过程参见CubeSuite 编译环境中的使用说明。注： DMX512文件夹中包括DMX512和DMX512_zhu两个子文件夹，将DMX512分别下载至两块中控制器中，DMX512_zhu下载至主控制器中。2 程序通过编译后，参见CubeSuite 编译环境中的程序下载，将程序下载到MCU中，然后运行。3 将智能照明技术开发平台配套资源＼相关资料＼触摸屏＼实验文件＼DMX512s.ers下载至触摸屏中，具体方法参见触摸屏操作说明。4 电路连接参照触摸屏接线图。2P防反插杜邦线连接： MCU JM5 JT1； MCU JM7DMX512 JM3。3P防反插杜邦线连接： DMX512 JM1DMX512控制器1通信接口任意一个； DMX512控制器1通信接口另外一个DMX512控制器2通信接口任意一个。1P杜邦线连接： MCUP20JK K1； MCU P120DMX512 P120。DMX512群组实验接线图如图311所示。 图311DMX512群组实验接线图 5 实验步骤。本实验需要对主控制器和DMX512控制器进行初始化设置，需要做一系列的准备工作，其初始化方法和准备工作，参见《中控制器使用说明书》和《主控制器使用说明书》。① 将DMX512控制器1和DMX512控制器2设置为网络通信模式，具体操作过程如图312所示。 图312DMX512控制器1和2设置为网络通信模式 ② 将DMX512控制器1和DMX512控制器2设置为接收模式，具体操作过程如图313所示。 图313DMX512控制器1和2设置为接收模式 ③ 设置DMX512控制器1和DMX512控制器2的通道值。本实验采取DMX512协议群组控制，所以DMX512控制器1通信通道值设定为01，DMX512控制器2通信通道值设定为02，具体操作过程如图314和图315所示。 图314设置DMX512控制器1通道值 图315设置DMX512控制器2通道值 ④ 主控制器的K1为控制键，也是通信的发起键，同时也是灯亮度的调节键每按一次，其数值增加20，每按下一次K1，发起一次通信。DMX512控制器的LED灯亮度也随之变化，同时DMX512控制器的液晶屏上显示接收到的数据值。实际接收数据如图316所示。 图316DMX512群组实验接收图 5. 思考题1 DMX512协议是OSI七层协议中的哪一层协议？2 如何实现中控制器作为客户端，控制其他中控制器的群组实验？3 DMX512多设备实验与第2章中的单灯控制实验有什么不同？4 利用传感器采集的信息作为触发条件，试编写相关程序。3.3基于电力线载波的LED群组控制实验1. 实验目的（1） 深入了解PLC协议的数据格式。

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