基于树莓派的智能照明控制系统
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摘要：充分利用树莓派为控制中端，用户通过运用网络技术实现移动端、家庭中控和 PC 端对系统进行实时的状况。树莓派连接传感器，通过定时的数据采集和数据分析实现对于家庭关键数据的实时监测，基于移动设备的位置信息与室内光线传感器的信息来智能控制室内照明的开关。通过客户端和服务器之间进行Socket 通信，从而进行设备控制，保证通信的可靠性和即时性。
关键词：树莓派;智能控制;控制系统
中图分类号：TU855;TP273 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2020）04-0000-00
1设计背景
科学的进步尤其是计算机的快速发展，人们对科学化、智能化的需求也越来越大。此时，设备的智能与科学也就成为了一种新的趋势。与传统的家居设备不同，智能设备是将微型机或控制系统嵌入到家居设备中，无需使用者进行过多的人工操作，智能控制中端可以根据使用者当前的状态或行为，与预先设定好的程序进行匹配，进行设备的状态转换和控制，既保证了设备的正常工作和运行，满足使用者的功能需求，又减少了使用者的负担，方便、科学、准确。
2设计设计
2.1树莓派
树莓派[1]是一款新型微型电脑主板，它基于ARM框架结构却有与微型电脑不同，它以传统的存储设备如SD卡为内存硬盘，在其主板周围分布着若干个USB接口和以太网接口（有的型号没有以太网口），可以利用这些接口连接外部设备或进行网络连接，传输图像、音频等信息。除此之外树莓派还拥有视频模拟信号的输出接口和HDMI输出接口，可以用来进行视频的输出和查看，最重要的是整个设施不像计算机那样占有巨大的体积，它所有部件都集中在一张主板上，简单方便。尽管体积较小，却具备所有PC机的基本功能，在树莓派中只需接通视频输出设备和输入控制设备，就能执行如电子数据、处理图像文字、玩游戏、播放视频等诸多功能。
使用树莓派[2]常用于：
（1）和电脑结合，远程控制家里电脑进行操作：利用树莓派可以实现在手机端进行控制PC端，进行下载，登录，查看信息等操作，实现远程操控，方便而又安全。
（2）和摄像头结合，加入动态识别或随时指令回传照片：常用来安全保护，通过实时监控并及时传送信息图像，增强了安全性。
（3）和家用NAS设备结合，远程唤醒：可以利用树莓派进行智能设备的控制，根据用户不同的需求，可提前或实时自动进行设备反应，满足用户功能要求。
2.2硬件
除了树莓派之外，还需要其他硬件设备进行辅助设计：
移动端设备外网可直接访问的服务器：如阿里云服务器，作为全球领先的云计算及人工智能，阿里云具有强大的数据处理、云计算、大数据等信息处理分析和控制能力，并且具有良好的准确性、安全性、稳定性。在阿里云，用户可以建自己搭建网站，可以为APP、小程序提供后台服务，可以操作搭建ssr，也可以在上網时当做个人远程硬盘。
基于树莓派的传感器[3]：如光敏电阻的光线传感器在本系统中，主要用来进行照明设备的智能控制，因此，就需要传感器对外界光线进行实时感应并进行传输控制，因此采用光敏电阻。光敏电阻对环境光敏感，用来检测在周围环境的亮度和光强，当无光或光强达不到阈值时，D0输出高电平，反之，若光线强度较大，D0输出低电平
2.3软件
此外，为了保证控制系统的功能实现，除了硬件作为基础设施，还需要软件进行应用层面的支持。在此，主要使用Python编程语言 。
Python：一种新的计算机程序结构设计语言，并逐渐成为一种新的趋势，相比于C++，C或者Java，Python没有较多复杂的语法、结构和框架，更加的强调代码的可读性和语法的简洁性、可行性，Python力求更贴近自然化语言，让开发者能够用更少的代码表达想法，简洁明了、通俗易懂。
web应用开发：作为一种计算机程序设计语言来说，程序开发是必要的功能，目前在国内，有很多web应用程序都是Python语言开发设计的，如：豆瓣、知乎、You Tube 、Instagram等都是用Python语言开发设计的。
网络爬虫：Python常被用来进行网络爬虫以及爬取后的数据分析与计算，如谷歌早期数据爬取，模拟HTTP请求的Requests库等都是Python进行爬取。
机器学习：现在的深度学习，大多提供了Python接口作为工具框架。由于Python语言语法简洁清晰，计算工具丰富，深受此领域开发者喜爱。
数据分析：对于大数据的处理和分析，Python在这方面有较多的数据分析库，如Seaborn这样的可视化库，Pandas和Numpy、Scipy这样对大量数据进行筛选、回归等计算的库。
3设计实现
在本系统中，可以大致可分为三部分：服务端、控制中端和移动客户端。
服务端（Server）：用于连接、监控其他客服端，传输命令信息。是系统的信息中枢，控制中枢和处理中枢。当树莓派感应到状态发生改变时，会向服务器端发送请求，服务器端收到请求后，把请求进行处理和分析，然后发给移动设备;同样服务器还负责将用户端的数据信息和控制指令回复给控制终端，中端根据得到的信息进行相应的操作。
树莓派（RPi）：用于接受服务端信息、控制传感器等设备。由树莓派的光敏电阻感应外界环境光线的变化，当感应到外界发生变化，需要进行对应的操作时，将得到的数据信息以及应该进行的操作发送给服务器，由服务器进行判断是否应该进行状态转换，在得到响应后，进行对应的操作，实现具体所需的功能，是系统的硬件实施设备和控制设备，与设备紧密相连，是不可或缺的。 客戶端：用于发送当前地理位置息，实时监控主人的地理位置，并推送到移动设备中。控制中端需要进行操作时，由服务器发送信息到客户端，当客户端收到后，通过GPS实时将用户当前的经纬度信息发送给服务器，服务器将当前位置信息推送给树莓派控制器，树莓派接收当前位置信息的推送并基于室内光线明亮程度，智能控制照明设备。
4总结
本设计通过移动设备端、控制中端及服务器三者进行结合和统一，相辅相成。控制中端对实时状态进行感应，操控并把信息和数据传输给服务器端，服务器把收到的信息处理后反馈给移动客户端，由客户在移动设备上进行查看，并根据自己的需要进行不同的操作。三大子部分的完整结合保证系统功能的实现，并能够稳定，正确的运行。
参考文献
[1]Brendan Horan.树莓派实作应用[M].北京：人民邮电出版社，2014.
[2]张永安.基于树莓派的智能家居系统[J].电子世界，2016（15）：53-53.
[3]朱晟，董钰杰，侯皓匀，等.基于物联网的智能停车场设计与实现[J].科技展望，2017（13）：15-16.
收稿日期：2020-03-23
作者简介：曹光辉（1998—），男，河南驻马店人，本科，研究方向：软件设计、计算机结构。
Intelligent Lighting Control System Based on Raspberry Pi
CAO Guang-hui
（Northwest University for Nationalities，Lanzhou Gansu 730124）
Abstract： Make full use of the Raspberry Pi as the mid-range control， and users can use the network technology to realize the real-time status of the system from the mobile terminal， home control and PC. The Raspberry Pi is connected to sensors， and real-time monitoring of key household data is achieved through timed data collection and data analysis. Based on the position information of the mobile device and the information of the indoor light sensor， it intelligently controls the switch of indoor lighting. Socket communication is performed between the client and server to control the equipment and ensure the reliability and immediacy of the communication.
Keywords： Raspberry Pi; intelligent control; control system
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