智能灯光系统
本文主要介绍设计一套Smart Light Hub智能灯光系统的过程。
1、概述
近年来由于物联网技术的发展,许多不同的设备可以连接到互联网。比如：电器、安全系统、甚至咖啡机等等设备，越来越多地制造设备通过移动设备连接到互联网进行远程控制交互。这些智能化的产品能够帮助用户减少时间上的浪费,如开关灯、打开空调、电视等等，通过智能化的集中控制系统很好的帮助人们完成一切。我们的智能灯光系统（Smart Light Hub）将允许用户完全控制我们的灯按照自己设置的喜好。 用户可以使用Android应用程序改变灯光的状态，如打开/关闭,或者改变灯的颜色进行调整每天的心情。伴随着智能手机和安卓系统的发展，目前可以通过智能手机进行灯光控制，这为许多应用的可能性打开了大门,用户可以还可以使用灯泡来设置提醒,例如早晨醒来时，用户可以设置一个时间打开灯或闪烁。Smart Light Hub就考虑了各种消费者的爱好并易于使用同时价格合理。Smart Light Hub由3个不同的组件构成：LED灯带、智能集线器、智能手机组成。
1)、LED灯带将由多个LED灯组成，这些LED灯可以根据用户去改变任何想要的颜色。
2)、智能集线器,它是整个系统的大脑且包含一个微控制器和无线通信芯片。该芯片将允许用户更改智能手机发出光的颜色并将该数据发送到集线器然后将其解码，以便LED可以更改颜色。
3)、智能手机部分，我们在智能手机上创建一个具有干净的用户界面，以便任何人都可以轻松地操作。它使用蓝牙或Wi-Fi将信息传达到集线器。在该应用中用户能够更改灯光的颜色，同时还能够设置预编程的灯光配置。用户还有一个模式根据音乐的频率改变其中灯光的颜色，这一切都以无线方式连接。选择无线的原因，首先在于方便从一个地方转移到另一个地方，此外它消除了电缆管理的麻烦。
Smart Light Hub可以成为人们与灯光互动的一种新方式，它改变了人们思考照明区域的方式。举例来说，一个人想要有高效的光源，它可以改变，诸如生日聚会、万圣节、圣诞节，或者只是一些有助于唤醒他们的早上活动的事件，Smart Light Hub都可以解决所有的这些问题，甚至更多。
2.1项目动机
人们通常将大部分时间都花在一个地方，即家中。在家里有很多平凡的工作，需要花费时间和精力，这些时间的开销包括打开灯和风扇，播放音乐，控制空调等等。随着技术的进步，我们互动的方式也在进步，物联网的技术改变了我们与家庭互动的方式。我们现在可以使用这种新的技术来简化生活中的一些平凡事务，例如家庭自动化，它是一个不断发展的领域，允许用户控制某些家庭电器的功能。
物联网（IoT）是一个术语，指的是设备可以连接到无线技术。其中包括手机，咖啡等设备制造商，照明设备，洗衣机等等。物联网有很多用途，例如将用户家中的灯设置为在特定时间开启或关闭，用户可以从应用程序更改灯的状态，比如更改灯光的颜色。物联网技术非常有用，不仅对于试图节省时间和精力的用户，而且对于例如无法走路的残疾人可以很方便的使用移动设备来控制打开家中的灯光照明。
2.2目的和目标
Smart Light Hub系统实施的技术已开始进入许多个人的家庭，物联网（物联网）市场也在持续增长。该项目的一个目标是使该产品易于使用，因为它考虑到用户可能没有与工程或技术相关的背景。因此该产品需要为用户提供带有GUI的应用程序（图形用户界面），这些将大大降低用户所需的专业电子技术的知识量。为了友好的用户应用程序，使用HMI来设计应用程序（人类技术互动）。
2.3 Smart Hub灯光系统描述
通信首先将从微控制器开始，微控制器是Smart Hub Light System的中央处理单元。智能灯集线器由电源插座进行供电，电源将为RGB LED供电指示灯，微控制器和无线网卡供电。Wi-Fi卡将连接在主板上。
2.4用户
Smart Light Hub系统将针对三种不同类型的用户设计为具有三种不同的操作模式。两种应用是需要控制情景和一般照明的应用。另一种是用于根据正在播放的当前音乐来照亮房间。 Smart Light Hub设计目标是面向正在寻找新照明系统的所有类型的人群销售。
2.5需求规格
Smart Light Hub系统将有很多要求来保证其成功以及提供类似功能的其他产品。为了确保该系统与众不同，我们将满足以下要求:提供可移植性，效率，用户友好性和低成本。我们还要达到目标预算。另外Smart Light Hub系统是便携式的，可以将集线器放置在用户家中最适合的任何位置。由于系统将连接到家庭网络且允许放入用户选择的任何房间。必须有一种方法连接到集线器。我们通过开发移动设备来实现这一目标连接到用户无线家庭网络的应用程序。一旦申请连接到家庭网络的用户现在可以访问集线器系统。用户之后连接到集线器系统后，他或她将可以控制集线器，有权向要连接的照明系统发出命令。无线技术具有这种便利性，允许用户进行连接从其网络中任何位置访问系统，但会直接影响效率使用该系统。为了提高效率，使用以下方法实施的系统可以很好地减少发生错误的可能性。设计可能会影响效率的一些关键项目，如不将组件全放置在PCB上这可能会导致干扰出现令人难以解决的错误。另一个可以通过使用无线标准来提高系统效率的方式，有很多方法可以从错误中恢复到该网络或避免无线网络的拥塞干扰。我们为消费者提供用户友好的应用程序以与Smart Light Hub系统交互。我们实施能够设置具有加载和运行代码的系统即插即用的系统组件，以便用户不必与源代码进行交互而产生不必要发生的用户错误。我们将通过以下方式提供用户友好性的系统设计，您可以使用最常用的质量职能部门的矩阵方法，主要用于表示对于很重要的问题和要求进行规划。
3、产品及系统概述
3.1 相关现有产品
Smart Light Hub系统不是首个此类系统。物联网是一个不断发展的领域，有些公司早已经开发了类似的产品。要了解现有技术或竞争对手，不仅要向他们学习，要知道这些竞争对手支持哪些功能。作为工程师，开发具有创新性的产品很重要，了解竞争对手有助于了解当前情况，可以在当前技术之上形成新的思想从而更具创造力。
3.1.1 Philips Hue
Philips Hue是飞利浦开发的个人照明系统，可以让用户使用手机等设备在自己选择的环境中控制灯。飞利浦将Hue设计为4个组件系统，这些组件是 Applications，桥梁，门户和灯光。飞利浦使用应用程序来控制灯光。这些应用程序具有多种功能，从仅打开或关闭灯到改变颜色和灯光的亮度。灯的状态可以通过用户输入或其他方式控制，例如传感器。飞利浦允许采用任何形式的技术，Philips Hue系统通过API来控制他们的灯光。 桥接器用于智能灯泡相互之间能够通过互联网与门户进行通信。Philips Hue系统的API功能让用户可以控制其照明系统的所有设置。Philips Hue，网桥和应用程序必须位于同一本地网络上，因为API要求直接访问网桥。 要将用户选择的环境连接到互联网，飞利浦使用基于Web的网络控制面板称为门户。该门户不仅将系统连接到互联网，它更新网桥上的软件，并传递外部控制命令。 灯光是Philips Hue系统的最后组成部分。最简单的形式先前的组件可以被认为是输入，而灯光是组件的输出。飞利浦智能灯泡由3种类型的LED组成，可以选择产生9种不同的强度和颜色。这些灯与系统中的其他灯光创建一个网状网络，该网络允许灯光通过消息进行彼此之间的联系。采用ZigBee Light Link，即开放标准协议进行通往桥的连接。
3.1.2 LIFXLIFX
是一家照明公司，于2012年创建了首个启用Wi Fi的多色发光二极管。该LED旨在为用户提供最明亮，最灵活的照明，并且可以通过用户的智能设备进行控制。 在2.4GHZ上频谱LIFX灯泡使用通道1到11进行通信。 使用LIFX应用用户可以通过打开或关闭灯泡，调节亮度来完全控制灯泡的状态和颜色，以及设置睡眠和唤醒计时器。与飞利浦Hue系统不同，LIFX 灯泡不与网桥通信，用户可以分别控制每个灯泡，控制特定房间或房间中的所有灯泡，也可以使用普通的电灯开关控制它们。
3.1.3 Smart Light Hub系统
我们的Smart Light Hub系统在某些方面与竞争对手非常相似。所有系统的主要目标是提供简单，为用户提供可定制的智能照明选项。Smart Light Hub系统在飞利浦 Hue系统通用。Smart Light Hub系统将使用移动设备应用程序并利用无线通信与集线器连接，然后集线器将通过飞利浦色相系统，灯泡和桥以及LIFX LED及其应用，从应用程序到LED这种实现方式类似于Philips Hue，因为使用Hue系统，应用程序会将指令传递给使用无线通讯控制灯光。
3.2 相关硬件
3.2.1 Wi-Fi
Wi- Fi允许用户连接到接入点后访问Internet点。美国联邦通讯委员会于1985年作出裁决，发行以供任何用户未经许可使用900兆赫兹的无线电频谱 带（MHz），以及2.4和5.8 GHz（GHz），这一裁决导致了Wi-Fi技术的起源。早在1997年，电气电子工程师学会（IEEE）批准了称为802.11的新通用标准。无线以太 网两年后成立了兼容性联盟，以推广新的无线标准。该组织将新技术命名为Wi-Fi。 在当今时代，Wi-Fi已成为人们生活的重要组成部分，大多数家庭使用Wi-Fi和Wi-Fi连接的设备，许多设备已经开发使用Wi-Fi技术。Wi- Fi有很多好处，例如，Wi-Fi的互操作性非常重要，因为允许许多不同的设备进行通信。 Wi-Fi的作用范围也很大，特别是在使用用户的房屋时，范围也可以轻松扩展，因此如果设备与接入点之间由几面墙壁或地板隔开，用一个路由器或WiFi扩 展器可以轻松解决此问题。Wi-Fi也有一些限制或问题，例如，Wi-Fi通常是连接到用户的电源，因此，如果断电，连接的设备将无法访问需要Wi-Fi 的任何服务。
3.2.1.1 Wi-Fi模块
Smart Hub Light System使用Wi-Fi模块的接口与灯泡和软件进行通信。 在市场上有许多不同类型的Wi-Fi模块有售。 对于此项目，需要仔细阅读不同的Wi-Fi模块，以确定哪个模块符合项目目标。 我们研究的是一个RTL8710 Wi-Fi模块。这个模块非常小巧。这成为Smart Hub Light System PCB中的关键因素，因为需要设计一种不太笨重且与TCP / IP协议栈集成在一起，可以提供任何微控制器访问的无线网络。此Wi-Fi模块的关键事项之一是它能够承载无线网络功能或将其从其他网络上卸载。 对于该项目，该模块将使软件工程师部分工作更加容易，因为该模块可以轻松连接到无线网络。此模块要注意的一件事是，如果要通过微控 制器的电源为其供电，需要使用转换器进行电压转换以免造成不可挽回的损坏。
许多日常无线物联网设备使用ZigBee的无线进行连接。通过使用中间设备将数据通过网状网络传递到远距离设备，ZigBee可以实现远距离传输数据。 ZigBee解决了设备到设备通信的问题，并且是唯一为此目的设计的无线技术。 ZigBee成立于2002年，是一个全球联盟公司。使用ZigBee有很多好处，例如，它消耗少量的电源，这使得使用ZigBee的设备可以通过电池供电并具有潜力运营数年。ZigBee功能强大且可靠，也非常的安全。
3.2.3蓝牙
始 建于1994年，是手机制造商爱立信对电缆技术的替代，它是低成本，低功耗和短距离无线通信的首选。当前，许多设备都实现了蓝牙的使用技术，例如智能手机，扬声器，甚至计算机键盘。在早期1998年，爱立信与其他机构一起成立了蓝牙特别利益组织（SIG），例如国际商业机器公司 （IBM）和英特尔公司。 SIG的成员得以发展，最终导致开放标准，让蓝牙在当前和不断发展的过程中更加兼容市场。蓝牙设备通过一个称为Piconets的短距离临时网络。连接Piconets网络后，主设备的角色由其中一台设备承担，而所有其他设备将扮演奴隶角色。蓝牙的好处从易用到低能耗不等。蓝牙最流行的用途用于无线音频，例如耳机或汽车中的连接。蓝牙是在流媒体中很流行，因为它有一个称为基本速率/增强数据的特殊版本（BR / EDR），它已针对功率效率进行了优化，并可以发送高质量稳定的数据流。蓝牙的另一个好处是其低能耗功能。以来蓝牙消耗的能量如此之少，开发人员可以创建 更小的传感器，无需浪费电池空间。蓝牙的主要缺点之一是其短距离，由于这种限制，许多设备经常断开连接。虽然，Piconets是动态自动连接的，因此一旦设备回到范围内，它们将自动连接。
3.3 移动平台技术
为了与我们的系统进行交互，我们希望使用每个人都在使用的日常活动的设备，因此用户无需购买其他设备即可使用系统。为了更好了解不同的移动平台将如何影响产品的开发，我们会讨论不同的平台，并对智能电话市场进行分析。
3.3.1 IOS
用 于开发iPhone移动版的集成开发环境是Xcode。用Xcode编写程序swift和Objective-C是本机支持的语言。Swift提供了许多 库来支持应用程序开发。使用Xcode的缺点是开发人员需要苹果笔记本电脑，这对于个人而言可能是一笔巨大的投资。在硬件方面，对于iPhone可以开发 的设备数量有限。在开发应用程序时，您需要注意在设备上运行的应用程序的硬件限制。另外，用户能够使用的系统会影响开发生命周期。好处就是苹果可以推出新 功能而不必担心会对市场上所有的一代IOS造成影响。这使得构建可以占领更大市场的应用程序变得必须强调实施将如何影响整个市场。开 发iPhone移动应用程序时的另一个问题是发布过程如何影响到商店的能力。将应用程序部署到Apple App Store为了使其成为其他商店而必须完成或传递的以下事情。其中一些检查对于初次或经验丰富的开发人员发布可能会带来问题。要获得发布到应用商店的能 力，您需要拥有苹果的开发者帐户，其中包括$ 99的年费。该费用用于抵消测试应用程序的成本。苹果使用人工检查所有源代码以确保所提交的内容不是恶意的。此过程需要几天时间，您可能因为一个晦涩的原因而被拒绝通过。
3.3.2安卓
用 于开发android mobile的集成开发环境是android studios。要在Android Studio中编写程序，开发人员使用NDK的选项，它允许您使用C编写应用程序或C ++。谷歌还实施了android软件开发套件SDK，可让您使用Java编写应用程序，因此开发人员无需必须担心指针并弄清楚什么时候最好释放内存。这 也是提供了一层安全保护，因此消除了内存泄漏。减少了debug时间。此外，java有大量受支持的库来帮助加快开发。 android studios的垮平台要消耗大量的系统资源才能使其正常工作。不同的android设备的数量允许各种不同的硬件为Android开发时可以利用的规 范。这有它的好处和缺点。作为开发人员，您需要找到自己的设备市场想要的定位。作为开发人员，您可能需要考虑可用于编程的其他操作系统。您需要更好地了解市场的变化方式，以便您可以在必要的支持下开发您的应用程序。因此，您可以针对一般人们使用的设备数量。
3.4开发环境
此系统有一个移动应用程序，该移动应用程序需要一个集成开发环境（IDE）。我们专注于两个IDE Android Studios和Visual Studios。
3.4.1 Android Studio
用 于Android应用程序开发，该IDE基于IntelliJ IDEA。 选择它是因为它提供了可提高Android开发效率的功能。除了可以使用开发人员工具和强大的代码编辑器之外，Android Studio还可以构建在GitHub Integration中。 GitHub是启用版本控制的服务。版本控制为与团队一起开发应用程序时的强大工具。另外Android Studio内置了众多Android设备的仿真器，使测试变得简单而高效。还具有功能强大的图形用户界面，可用于开发用户应用程序的界面。该工具还提供 了大量的设备开发接口，这会将加快开发过程。
3.4.2 Visual Studios
是Microsoft在视觉集成开发环境中的IDE。它允许针对IOS和Android进行跨平台开发，但是开发人员必须熟悉C＃。 Visual Studios开发应用程序有一个缺点，跨平台性能下降。
3.4.3 Visual Studio Code
Visual Studio Code是一个新的文本编辑器，功能非常强大，并且轻巧。该编辑器内置了对多种语言的支持，我们的系统需要使用JavaScript的node.js框 架，用于使用Google云功能的一些无服务器通信，因此不需要IDE，而采用Visual Studio Code来完成。
3.5数据库系统
该系统将使用基于Android的移动应用程序。该应用程序将支持多个用户以及一个用户的可自定义照明偏好。这个必须存储数据，以便用户可以登录到应用程序 并查看，编辑或删除他们的喜好。为了存储该数据，将需要实现数据库。Android Studio拥有一些可以随时使用的数据库。比如Firebase和SQLite。
3.5.1 Firebase
Firebase 是由Google拥有的NoSQL云托管实时数据库。JavaScript对象表示法（JSON）用于将数据存储在Firebase数据库中。数据在 Firebase数据库还会为所有连接的用户实时更新，Firebase允许用户可以跨多个平台（例如iOS）共享一个实时数据库。实例Android和 JavaScript。即使应用程序不存在，Firebase数据也会保留线上。Firebase 提供了可扩展的实时体验，并且由于实时数据库的设计，可以快速执行操作API。Firebase具有许多功能和优势，最引人注目的由于是实时数据库，数据 不用同步就可响应应用程序的能力，即使它们处于脱机状态。从任何Web浏览器或移动设备也可访问的Firebase数据库。 Firebase还提供通知，云消息传递，崩溃报告等。
3.5.2 SQLite
SQLite起源于2000年，是嵌入式SQL数据库引擎，其服务器较少，事务性的，自包含的，需要零配置。分离的服务器，SQLite 不需要进程，因为它是服务器较少的数据库。普通盘用于在SQLite数据库中进行读写。可以使用SQLite数据库跨平台，整个数据库可以存储在单个磁盘 文件中。这种灵活性使SQLite在应用程序开发中很受欢迎。 SQLite数据库的size非常小，可以小于500KB，这对于定位移动设备是最佳选择设备。使SQLite易于实现到移动应用程序中的一个好处是它是一个零配置数据库。不需要先安装或设置SQLite。系统将知道SQLite正在运行，而无需完成任何工作，减 少服务器的开销。SQLite的另一个好处。由于没有安装或设置过程，其服务少，因此可链接到零配置。由于没有服务器管理支持，因此也不需要。用这个服务 少可实现任何对磁盘具有读/写访问权限的程序都可以使用SQLite。此服务器实施较少也有一些缺点，例如数据库不再具有基于服务器的数据库的保护。
3.6 LED和灯泡
Smart Light Hub将使用LED灯带或彩色灯泡照亮用户想要的区域。关于灯的重要方面主要关注是它们高效且易于使用。本节将讨论LED灯带和灯泡不同之处。
3.6.1微型LED
随 着技术的进步，现在可以使用更小的LED，产生更好的照明，更低的功耗和更长的使用寿命。 LED最常见的形式是微型LED与普通LED灯。这些LED通常用作设备的指示灯，例如电视的遥控器，手机的指示（例如Galaxy S7 edge）和计算器的指示（例如TI-Nspire）。外形小巧，优点是无需热控制或冷却即可轻松使用，还可以直接安装到面包板。微型LED共有 三种类型：低电流，标准和超高输出。这三个LED的区别在于它们的电流、电压和瓦数不同，制造商还提供微型LED在5-12V。这些LED与普通微 型LED的区别在于它们包含一系列电阻器，使其可以直接连接至更高功率供应。微型LED的一个示例是SMD（表面安装设备）。这些体积非常小，主要用于工 业应用。因为它的体积小允许通过机器焊接。
3.6.2大功率LED
随着LED的最新创新，导致了一种新型的LED，这就是所谓的高输出LED。这个LED和微型LED之间的区别在于它具有更高的流明输出。大功率LED非常强大，可以发光几千流明。在设计带有大功率LED的产品时必须将其安装在吸热材料或风扇上以使LED保持凉爽，产生大量热量可能会造成过热的危险。吸热剂材料将通过对流冷却LED，从而防止产品过早烧坏。大功率LED的一些示例包括大功率灯，汽车前灯以及各种工业，科学和机械设置。大功率LED的一个示例是120瓦大功率嵌入式LED灯（100-240VAC），它流明输出为13,200，由铝和PC制成，该灯非常适合仓库或工业用途。
3.6.3专用LED灯
第 一类专用LED是闪烁的LED。这种LED最常见，是寻求注意的一种形式。该标志可能看起来像普通的LED，但其中包含集成电路。指示灯应以特定的频率闪烁频率，并且可以直接连接到电源，而无需使用串联电阻器。 LED闪烁的一些示例在车辆和标志中。
第 二类专用LED是双色和三色LED。在双色LED灯在外壳中有两个发光管芯。双色LED已接线“反向并行”，这意味着一个是向前的，另一个是反向的。当 LED是反向并联连接使得它在给定的时间内一次只能打开一个LED。为了使LED产生不同的颜色，以足够高的频率改变电流，则好像两 个灯都亮了一样。同时会产生第三种颜色。在 三色LED中，两个发光管芯也像双色LED一样被封装在一起发光二极管。三色LED和双色LED的区别在于，三色LED有三个线索。 LED每侧的两条引线是外部引线，这些是各个LED的阳极。中心引线是两者的共同阴极指示灯，通过这种类型的设计，可以单独或一起点亮模具。当这些颜色组合 在一起时，它将获得第三种颜色。提供三色LED共阴极或共阳极配置。
下一类LED是RGB LED。 RBG LED包括红色，绿色和蓝色三色，将它们组合在一起可以产生数百万种不同的颜色。大多数RBG LED使用带有公共引线的4针连接。RBG LED在控制颜色发射方面具有很高的准确性。 RBG已成为一种新型的流行LED，因为它具有广泛的应用。它们在视频中很常见显示屏，重点照明，指示器，灯光显示，甚至在计算机键盘和鼠标。
另一类LED是字母数字LED灯。这种LED从LCD的先进技术发展而来，近年来流行起来，更大的视觉表现力并使用更少的功耗。有7段，14 段，16段和5 x 7矩阵的字母数字LED类型。7段可处理一位数字和几个字母。 14和16段显示内容涵盖26个字符的罗马字母和0-9之间的数字。对于矩阵，涵盖完整的字母和各种符号。
最后一种类型是照明 LED。照明LED是也称为LED灯，LED条或照明器。照明LED有许多不同的形式尺寸和形状，包括家庭中使用的普通灯泡。这些LED产生大量的热量， 所以工程师设计了灯泡，以使其具有铝质或陶瓷体，因为这些类型的金属具有良好的散热性能。一些灯泡甚至带有鳍片以增加总表面积以帮助散热。
3.7显示实现
本节讨论了不同的显示设置以及每个显示的优缺点。
3.7.1 SPI控制的LED灯
Smart Hub Light System的LED选用SPI控制的LED灯。首先，SPI代表串行外围设备接口总线。这是用于短距离的同步串行通信接口规范通讯。 SPI设备可以使用以下命令以全双工模式相互通信。主设备发起用于阅读和写作后。通过选择各个从选择线可以支持多个从设备。 SPI总线指定的逻辑信号。第一个逻辑信号是SCLK。这代表串行时钟，代表主机的输出。第二逻辑信号是MOSI信号。这代表主输出从输入和代表从主机输 出的数据。下一个逻辑信号是MISO信号。MISO代表主输入从输出，代表从主输入从输出。下一个逻辑信号是SDIO信号。该信号代表串行数据输入输出。此逻辑信号是双向的，意味着它既可以充当输入，也可以充当输出。最后一个逻辑信号是SS信号，代表从选择，代表来自主机的低电平有效输出。总体而言，使用SPI也有一个缺点。因为SPI在1位传输数据时间，整个设备的响应时间将非常可观。因此，在Smart Hub Light System中要实现的LED类型还有很多选择。
3.7.2启用I2C的LED灯
I2C是另一个串行通信总线，与SPI串行通信总线类似。 I2C代表内部集成电路，是一个多主机，多从机，分组交换，飞利浦半导体公司发明的单端串行计算机总线。这个接口通常用于低速外围集成芯片到处理器和板内简短通信中的微控制器。正在为Smart Hub Light系统考虑的一个具有I2C功能的BlinkM LED。 BlinkM是“智能LED”，可联网且可编程的全彩RGB，适用于爱好者，工业设计师，原型制作人员和实验人员的LED。它旨在允许将动态指示器，显示和照明轻松添加到现有或新的项目。 BlinkM LED的一项功能是它带有8000mcd140º全彩色具有24位色彩控制的RGB LED，可以通过24位RGB或HSB指定颜色。也是能 够以可变的定时和淡入淡出速度在颜色之间褪色，并且具有随机的颜色选择，范围和基于先前的颜色。这导致单个I2C网络上最多可以与127个BlinkM LED组合。这个模块是能够处理5伏的电压输入，并且功耗低。
3.7.3 WS2811 / WS2812 LED灯
WS2811 / WS2812 RGB LED驱动器板是Smart Light Hub的最佳LED驱动器，因为它具有项目所需的许多功能，同时还具有成本相对较低。此外，LED具有简单的控制系统，可节省时间并留出更多时间用于项目的其他部分。 WS2812设备要求数据的奇异输入线，并在填充寄存器后重复。这样的好处是它允许在串行控制线中使用几乎无限数量的LED。由于它具有在发出新指令之前，会先检查所有LED。这意味着最大的问题是LED的刷新率和LED消耗的功率。
3.8 WIFI通讯
下面将讨论通过Wi-Fi进行通信的不同方法。
3.8.1接入点
使 用访问点连接到Smart Hub Light System的子系统。每个地方组件充当网络的节点，而您的家庭路由器充当中间人是理想的选择，听起来像是，该项目几乎没有什么需要考虑 的。但是如果系统是连接到互联网后，很容易受到恶意攻击。给予黑客可以在家中控制灯光。此方法不要求提供具有最佳安全性选项的用户。另外，这种方法可能会 减慢一些家庭网络的速度，我们正在努力完全避免这种情况。
3.8.2直连
使用Wi-Fi，无需互联网即可直接连接设备。这对于具有此功能的物联网应用程序很有用，您可以隔离互联网上的智能设备，而不必担心可能被有恶意的黑客入侵。我们也不必担心用 户家庭网络。这种方法对于智能照明中心极为有利因为我们可以利用范围广泛的Wi-Fi并为我们提供安全性用户。这种Wi-Fi通信非常适合项目的另一个原 因是事实它在所有主要智能手机操作系统中的实施速度很快为其编写程序。开发人员可以花更多的时间来制作复杂的系统而不是尝试安装驱动程序并使用淀粉构建系 统。
3.8.3 WIFI通讯选择
对 于智能照明集线器，我们选择使用Wi-Fi Direct方法，因为以下原因。通过隔离连接为用户提供安全性的能力相互连接的设备，仍然可以利用Wi-Fi的优势远距离。该小组可以设计一个全面的系 统，以便使用户感觉安全。设计大型手机的大型制造商的大力支持操作系统。为开发人员提供一种生产复杂系统的方法短时间。 Wi-Fi Direct提供的这些功能非常适合用于我们的Smart Light Hub系统。
3.9功能即服务（FaaS）
除 上面列出的技术外，还将使用其他技术补充我们的应用程序。无服务器计算是一种开发应用程序或系统的最新流行的方式，“无服务器”并不意味着没有服务器，因为开发人员无需担心关于服务器的信息，无需管理，甚至无法扩展计算服务，例如Amazon的Amazon Web Services（AWS）Lambda或Googles Cloud Functions，托管在云中，仅在某些事件发生时响应发生。由于无需进行繁重的计算，因此可以减轻应用程序的负担可以在应用程序内部完成，但可以在云中完成。这些功能可以处理基于无服务器技术构建的任何数量的请求，因此它们可以动态地扩展。
3.9.1 Amazon AWS Lambda
提供无服务器计算解决方案的主要公司之一是亚马逊，AWS Lambda。 Lambda允许开发人员运行代码而无需管理服务器。与服务器不同，如果您的代码未运行，则无需花费任何费用。代码可以从开发人员的应用程序，网站或AWS服务中自动触发。Lambda根据代码接收的触发器数量进行缩放，使其变得完美为不断增长的应用程序。使用Amazon API Gateway的HTTP请求，Amazon S3存储桶或DynamoDB表可以调用Lambda代码来运行和执行预定操作。 当开发人员可以为其应用程序编写代码时，AWS Lambda由Lambda支持，例如Node.js，并且可以将其编写为在Lambda运行时中运行环境。使用Lambda允许用户只需要管理他们的代码，而不必管理AWS处理的计算。
3.9.2 Google Cloud功能
Google Cloud Functions允许开发人员独立开发单一目的职能。这些功能响应云事件并提供计算，该解决方案重量轻，不需要运行实时环境或服务器管理，此计算解决方案的云 功能允许以较小的单元形式创建和部署服务。作为一项功能，因此无需在虚拟级别上部署这些服务机器，容器甚至应用程序。 这时用术语“云”来形容计算，并且可以执行逻辑以响应来自任何地方的事件，这种逻辑是完全无服务器计算模型的一部分。这些模型可以缩放，但不会需要对基础 架构进行任何管理。因此，如果建议的应用程序在用户数量，因为模型是无服务器。 使用Cloud Functions，可以访问Google Cloud事件和Firebase，从而允许Firebase应用程序（如建议的系统Android应用程序）使用Cloud Functions来满 足其用例。一些典型的用例是在某些情况下通知用户发生，例如某个应用允许用户获取关注者，则可以使用云功能通知该用户。此方法的工作方式是写入关注者的位 置存储在实时数据库中，该函数将触发并发送一条消息，Firebase Cloud Messaging消息的形式。此消息将出现在用户的设备。可以与用户进行这种类型的功能交互时非常有用。例如，当用户添加新的预设灯光设置或更改状态时指示灯亮起时，可能会出现一条通知，通知用户数据库中的更新。云功能的另一个有用用例是在云中执行繁重的任务而不是在用户设备上的应用程序内部。例如，可能有一个上载图片时会做出反应的功能，此功能可以完成操作例如下载图片，调整大小和裁剪，然后将其上传回数据库。
3.9.3 FaaS选择
对于此系统要实施的功能即服务Google的云功能。由于此系统将实施Firebase数据库，云功能将是最佳选择。由于两者都是通过Google沟通和管理的，两者之间实现了简单但强大的集成。使用AWS Lambda和Firebase，实现起来不会像云功能。
3.10音乐工具包
本 节将讨论提供SDK的各种音乐流服务（软件开发套件）供开发人员操纵。自智能照明中心系统将允许其用户从其移动设备流式播放音乐。当务之急是我们提供了最 佳的解决方案，可为用户提供多种音乐选择选项。没有将用户锁定在可能不适合其收听的少量歌曲中偏爱。经过对流SDK的广泛研究，该小组发现了两种选择那可能行得通。本节将进一步介绍Spotify和声云。
3.10.1 Spotify SDK
Spotify是一种音乐流媒体服务，可证明开发人员能够集成他们的音乐。服务到您自己的项目中。小组需要分析音乐流以获取不 同的频率箱。根据Spotify改变光和独特功能您可以做的是访问流字节缓冲区，这对于运行转换至关重要算法。由于字节代表时域中的音乐，我们需要进行转 换它到频域。 Spotify SDK分为两个库身份验证和玩家[33]。身份验证库用于获取访问令牌以进行帐户验证说明用户如何使用该服务。播放器库用于音频播放和流媒体管理。此外， 它还可以与后端Spotify服务进行协商，管理数字版权和解码。为了我们建议的系统，我们将关注播放器库，因为它允许访问将转换的字节缓冲区频率缓冲 器，该频率缓冲器将用于与正在播放的音乐同步。我遇到的问题是SDK不允许您查看歌曲由 其元数据决定。您必须使用其Web API（应用程序接口），然后从SDK接收OAuth令牌[33]。 Spotify还提供了开发人员，其中包含使用SDK的大量文档和示例。Spotify SDK没有其他可能具有挑战性的问题。他们的SDK仍在测试阶段。话虽这么说，可能有一些未知的问题找不到并解决。总而言之，此SDK似乎为开发人员提供 了很大的机会大量的项目支持，很可能可以很快解决问题。
3.10.2声音云SDK
Sound Cloud是另一种音乐流服务，可为开发人员提供SDK。允许项目集成。考虑使用Sound Cloud SDK的另一个原因是因为它们还允许您访问可以使用的音乐流，流音频字节缓冲区将时域字节转换为频域。这是Smart Light Hub的重要组成部分，由于Smart Light Hub系统的核心功能之一播放音乐。Sound Cloud不会直接为用户提供Android移动应用程序可用的第三方SDK。我们将不得不依靠开源社区资源。 SDK提供了许多功能，可加快开发进程。开发的主要重点将放在访问字节缓冲区以计算将用于控制led闪光灯如何到达特定的歌曲。
3.10.2.1工具箱选择
我们已决定使用Spotify SDK。选择此商品的原因，其适用于Smart Light Hub系统的beta SDK。 Sound Cloud SDK似乎会导致如果与音乐流后端一起使用，则会遇到很多问题。我们想避免任何如果可能的话移植问题，因为将花费大量时间进行开发频率分析仪。这将通过使用快速傅里叶变换来完成。它支持android移动平台，因此有Spotify的支持，解 决问题时很容易解决。该SDK可让开发人员访问更多音乐标题。虽然，此SDK处于beta阶段，Spotify却做得很好证明了大量的文档。最重要的是， 它们使我们能够流音频字节缓冲区。这对于我们的项目至关重要，因为我们需要它来完成计算以了解将要播放以闪烁的音频的频率领导以一种有节奏的方式。
4、相关标准
4.1 标准
在本篇幅中，我们将讨论影响设计Smart Light Hub系统的标准。熟悉标准有助于简化项目的交付工作，工程师不必担心关于其他影响，从而节省时间。工程师可以专注于使用这些标准来创建新技术。这些标准通常由IEEE，ASNI和其他实体创建。
4.1.1 802.11标准
802.11标准是由美国电气和电子学会（EIA）记录的无线标准。其目的是规范对不同频率的访问频段，并提供无线连接。 由于我们的项目依赖于具有此标准的无线通信，我们可以集中精力使用该标准与Smart Light Hub的不同子系统。
4.1.2 Android开发准则
由于此项目将实现android应用，因此我们将遵循由Google提供的准则。谷歌提供的指导是基本概念，开发人员在开发android应用程序时应该知道。虽然这些指南不是必须遵循的强制性标准，它们可以更好地发挥作用实施android应用程序的实践。通过遵循这些准则，我们可以保证高质量的移动应用程序。 Google还为开发人员提供了核心质量指南。提供的指导所涉及的领域是视觉设计和用户交互，功能，兼容性，性能和稳定性，安全性和测试程序。在设计我们的应用程序时，我们将专注于这些主要功能可以通过每个类别的此ID号进行标识。
4.1.3 LED标准
Zhaga是LED标准之一。Zhaga是一个行业联盟，旨在在LED灯具和光引擎之间规范标准化接口。目的是允许互换性在不同制造商生产的产品之间。 Zhaga定义了以下测试程序照明器和LED光引擎，以便照明器将接受LED引擎。它也是由能源之星规范定义的LED标准。首先ANSI（美国国家标准协会）引用了该规范，建立固态照明设备和组件的定义。它还提供了通用术语。
下一个规范是IESNA（照明工程学会）（北美）提供了可重复测量的程序固态照明产品的光度，颜色和电气特性。
下一个能源之星的规范是UL（Underwriters Laboratories），编写LED产品的安全标准，包括驱动器，控制器，阵列，封装和模块。能源之星规范的最终规范是NEMA（国家电气制造商协会），为机械，灯具之间的热和电接口。另一个行业标准是塞尔玛CELMA是全国灯具制造商协会联合会和欧盟的电工技术组件。 CELMA和ELC，-（欧洲灯具公司联合会）提供了LED照明的标准和指南在欧洲。
LED的另一个行业标准是IP（防护等级）或UL（通用实验室）评级，通常用于确定LED产品的适用性适用于各种恶劣，水下或室外应用。
经常使用的另一个标准是CE。在欧洲，每个灯具都必须具有CE标签。这个告诉您卖方声称该配件符合所有相关的欧洲安全规定标准。其中最重要的是EN 60598，涵盖了电，热和机械安全。
LED的另一个标准是PAS。 PAS是公开可用标准，、虽然它不是正式的EN标准，但它是行业认可的表示数据和程序的方式。
LED的另一个标准UL8750。在UL 8750内部，声明这些要求涵盖了是灯具或其他照明设备的组成部分，并在在400-700 nm之间的可见光谱。这些要求还包括发光二极管（LED）设备的组成部分，包括LED驱动器，该标准中定义的控制器，阵列，模块和软件包。它还指出这些照明产品旨在安装在600 V的分支电路上符合美国国家电气法规（NEC），ANSI / NFPA 70的要求，并连接到隔离的（非公用）电源，例如发电机，电池，燃料电池，太阳能电池等。
LED设备用于照明产品应符合以下列出的最终产品标准。在此要求本标准旨在补充其他最终产品标准中的标准。包括80电子标志，UL 48，便携式电子灯具，UL 153，水下灯具和潜水接线盒，UL 676，应急照明和电源设备，UL924，舞台和演播室灯具和连接器条，UL 1573，轨道照明系统，UL 1574，灯具，UL 1598，直接插入式小夜灯，UL 1786，低电压景观照明系统，UL 1838，自镇流灯和照明灯适配器，UL 1993，发光出口路径标记系统，UL 1994和低压照明系统，UL 2108。
LED的另一个标准是节能标准。节能标准主要是美国的ASHRAE 90.1。 ASHRAE 90.1可以视为美国能源标准法规。
至此，开发一套完整的Smart Light Hub系统讲述完成，后续还需要在工程中进一步更加深入的理解和研究。
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