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基于NRF905的无线照明控制及效果展示的设计与实现

作　者: 唐嘉麒
导　师: 张力
学　校: 昆明理工大学
专　业: 计算机软件与理论
关键词: NRF905 无线照明控制 XNA 效果展示
分类号: TP273.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


在现代城市的建筑构成中,照明系统是一个不可或缺的元素。为了满足人们的视觉享受和美学追求,照明系统的复杂程度和规模在不断发展,这对照明系统的控制提出了更高的要求。传统的照明控制依靠分散的机械开关进行控制,需要铺设冗长的线缆,不仅消耗过多的资源,而且由于集成化管理程度低,在一些规模比较大的场所,比如社区,公园,街道等,工作人员控制不方便且无法即时了解控制结果；而一些粗放型的声光控方式又容易导致能源浪费且无法人工干预。十二五期间,国家将进一步大力实施绿色照明工程,太阳能等绿色照明方式将得到进一步的推广,传统的控制方式将很难满足需求。所以,在实施节能降耗和绿色照明工程的过程中,有必要使用一种行之有效的控制方式来取代传统的模式,以实现城市建筑物或场所照明设备的集中控制和现场效果展示,从而为大型场所及社区的照明系统的集中控制提供一个良好的解决方案,同时为将来新型光源的控制提供一种较为高效的更加人性化的控制方式。本文就无线照明控制及效果展示的设计与实现进行了研究。在一些中小规模的社区,街道,公园等场所,对照明设备的控制,使用无线控制方式取代传统的有线控制不仅能方便实施和管理,而且能有效的节约资源和降低能耗,响应了国家节能降耗工程的号召。在照明设备的管理过程中,处理照明反馈的方式有许多种,比如LED标记等方式,但往往缺乏人性化,使得管理人员对现场照明设备的监控不够直观,而使用三维图形的形式将现场的照明情况作为反馈展示给管理人员,极大的提高了照明控制的人性化操作。首先,本文分析了NRF905射频无线通讯芯片的工作原理,将STC89C52单片机与NRF905射频无线通讯芯片结合起来构建无线照明控制的发射端与接收端,并介绍了FDMA技术的工作原理及在本文中的应用；分析了串口通信的原理,利用.Net串口通信技术,构建了上位PC机与下位无线发射端的串口通信连接,以实现串口传输控制命令。并根据继电器的电气特性,建立了照明控制回路。其次,本文介绍了在.Net环境下使用XNA框架来构建三维场景的技术,以及使用Shader渲染技术来模拟灯光效果的原理,并以一个室内体育场馆和街道为例构建了三维场景,以聚光灯光源作为光源选型对现场的照明进行效果展示。另外,本文根据NRF905的硬件特性设计了无线模块的硬件电路,并搭建三维场景。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-8
第一章 绪论  8-12
  1.1 课题背景  8-9
  1.2 课题研究领域现状分析  9
  1.3 课题研究的意义  9-10
  1.4 本文的工作以及内容安排  10-12
第二章 无线照明控制相关技术  12-22
  2.1 NRF905+STC89C52无线收发系统  12-17
    2.1.1 NRF905简介  12-13
    2.1.2 NRF905+STC89C52无线收发终端  13-17
  2.2 FDMA技术在本文中的应用  17-19
    2.2.1 无线频率分割原理  17-18
    2.2.2 点对多点无线通信  18-19
  2.3 使用继电器作为控制元件  19-22
第三章 效果展示相关技术  22-36
  3.1 XNA及其3D图形原理  22-27
    3.1.1 XNA简介  22-23
    3.1.2 XNA的3D图形原理  23-27
  3.2 可编程流水线  27-30
    3.2.1 可编程流水线简介  27-29
    3.2.2 HLSL高级着色语言  29-30
  3.3 XNA基本框架  30-32
  3.4 两种光照算法在本文中的应用  32-36
第四章 终端PCB的设计和三维模型的建立  36-40
  4.1 利用Altium Designer设计无线终端节点的PCB电路  36-38
  4.2 三维模型的建立  38-40
第五章 无线照明控制与效果展示的设计与实现  40-64
  5.1 系统功能分析与结构设计  40-42
    5.1.1 系统功能分析  40-41
    5.1.2 系统体系结构设计  41-42
  5.2 无线照明控制功能实现  42-47
    5.2.1 上位PC与无线中心节点的串口通信  42-44
    5.2.2 无线中心节点与无线终端节点的通信  44-45
    5.2.3 FDMA技术的实现  45-47
    5.2.4 继电器控制照明设备  47
  5.3 效果展示功能实现  47-59
    5.3.1 在XNA中构建三维场景  48-53
    5.3.2 使用HLSL为模型添加材质  53-56
    5.3.3 使用HLSL实现点光源和聚光灯  56-59
  5.4 软件界面设计  59-60
  5.5 系统功能测试  60-64
    5.5.1 界面按钮功能测试  60-61
    5.5.2 无线照明控制功能测试  61-62
    5.5.3 光照效果展示功能测试  62-64
第六章 总结与展望  64-66
致谢  66-68
参考文献  68-70
附录A 攻读学位期间发表论文  70

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 自动控制、自动控制系统 > 计算机控制、计算机控制系统
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