蓝牙物联网室内智能照明系统设计方案

发布时间：2024-11-24 19:50

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在当今蓝牙设备成本低功耗优用户渗透率高的前提下蓝牙 BLE 技术成为了研究热点。依托于蓝牙智能穿戴技术的高度普及，本文采用蓝牙设备的媒体访问控制地址(Media AccessControl Address，MAC)作为设备特征标识，以接收信号强度指示(Received Signal Strength Indication，RSSI)作为设备距离指标，实现了高速度的室内测距，从而带来优异的室内智能照明体验：当用户走进设备感应区时，灯具会被自动点亮;离开后则会自动熄灭，免去了手动开关灯具的繁琐操作。

1.系统

蓝牙物联网

1.1 硬件架构

本系统实验平台硬件架构，由灯具及用户端蓝牙信标两部分组成。其中，灯具由主控平台，蓝牙通讯模组及照明模块(图中已略去)组成。本文中实验平台主控芯片采用Arduino UNO 开发板提供基础数据运算功能；蓝牙通讯模组采用某公司 HC-05 型号蓝牙串口模块，使用串口通讯为主控平台提供蓝牙通讯能力；用户端蓝牙信标采用 Android 智能手机。实验设计中，蓝牙信标以每 100ms 一次的速度向环境广播蓝牙信号，以告知灯具自身位置。

1.2 软件架构

本系统定时 t0 扫描周围环境蓝牙信号，将周围信号MAC地址与预存的用户信标 MAC 地址逐比对。一旦发现预存的用户信标进人环境且信号强度达到，立即进入灵敏状态并缩短主控芯片扫描间隙至t。每次扫描比对目标信标 RSSI值是否达到点亮条件 r，一旦达到则点亮灯具。灯具点亮后保持对信标以周期为 t的额率扫描，当信号低于熄灭条件时则熄灭灯具其中，r、s、t0、t 及u由信标的广播周期 (Advertising interval)、蓝牙模块响应速度，驱动灯具的照明范围决定及环境因素共同决定。

1.3 多灯网

在本系统设计中,灯具支持多灯组网策略。在灯具熄灭状态下，主控芯片会降低扫描频率以节省能耗。但节能即意味着响应时间边长、用户体验下降。为了解决这个问题，本设计提出了多灯组网策略：为了完善一个房屋的照明体验，通常需要两只或多只灯具共同工作接替运行。因此，当同一室内某一只灯具检测到 RSSI 值达到亮起条件后，会通过蓝牙广播Zigbee 或WLAN 等通讯方式向环境中其它灯具广播一组增敏命令。接收到命令的其它灯其立即将扫描间隙由 t0 缩短至，以更高的响应速度感知用户移动，增强用户行进路上的使用体验。

2.影响分析

室内智能照明系统

2.1 环境对蓝牙信号的影响

蓝牙工作额率与人体主要成分及大气组成成分一水的共振频率(2.4Ghz)非常接近因此蓝牙 RSSI值在室内工作时受人体等障碍物影响比较大。在一次由携带信标的用户距信标由远及近地靠近灯具的过程中，对样本数据分析发现在信标距离灯具 1-10 米距离范围内RSSI 值大致与距离成反比其中虽有部分数据存在波动，但其相关性仍然符合对距离测定的要求。

2.2 设备性能对响应速度的影响

本实验采用的 HC-05 蓝牙通讯模块通过口与主控平台通信。受限于设备性能与传输方式物理带宽上限，当信标与灯具距离300cm 时蓝牙模块的响应速度主要在100-500ms 范围内波动。在此条件下，对 RSSI 值进行 1000 次测试其响应时间频数。根据实验结果，灯具必须在正在移动的用户进入照明范围前500ms 内提前点亮从而避免设备性能对移动中用户使用体验的影响。

出处福建电脑

原标题基于蓝牙测距的室内智能照明系统的研究与设计

作者夏卓昭

参考资料

https://www.hooketech.com/intelligent-light-system.html

网址：蓝牙物联网室内智能照明系统设计方案 https://www.yuejiaxmz.com/news/view/241718

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