ZigBee實(shí)現智能調光系統

白光LED照明燈的出現，解決了原有燈具發(fā)光效率低等缺點(diǎn)，但是，在外界不是特別暗的時(shí)候，如果將室內的白光LED燈全部打開(kāi)，又會(huì )造成不必要的電能浪費。因此，本文提出了一種可以根據外界自然光強度變化而自動(dòng)調整白光LED燈亮度的智能照明系統，并且可通過(guò)ZigBee網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行本地無(wú)線(xiàn)開(kāi)燈或關(guān)燈，不僅省時(shí)省力、無(wú)額外的無(wú)線(xiàn)通信費用，而且通過(guò)以太網(wǎng)，還可以實(shí)現遠程監控。

　　1 整體設計方案

　　
智能調光系統主要為教室、大型辦公場(chǎng)所等建筑而設計，因此，以某個(gè)教學(xué)樓為例，講述了方案整體設計思路，系統硬件結構圖如圖1所示。該系統由遠程監控機、主監控機、ZigBee網(wǎng)絡(luò )協(xié)調器、ZigBee終端設備、白光LED和光照傳感器等部分組成。
　　工作過(guò)程如下：
　　ZigBee網(wǎng)絡(luò )協(xié)調器組建網(wǎng)絡(luò )成功后，將ZigBee終端設備加入網(wǎng)絡(luò )。光敏電阻對室內工作面上的光照強度進(jìn)行光強采集，將采集的實(shí)時(shí)光強信號傳送給ZigBee終端設備，對檢測值和給定值進(jìn)行對比，調節輸出的PWM波占空比，即可調節自光LED的光強;同時(shí)，ZigBee終端設備將剛采集的光強信號傳送給ZigBee網(wǎng)絡(luò )協(xié)調器，網(wǎng)絡(luò )協(xié)調器通過(guò)串口將數據傳送給主監控機進(jìn)行顯示;同時(shí)，在主監控機上點(diǎn)擊一鍵開(kāi)燈或一鍵關(guān)燈，可以通過(guò)ZigBee網(wǎng)絡(luò )打開(kāi)白光LED燈或將其關(guān)閉。另外，通過(guò)以太網(wǎng)，異地的遠程監控機也可以對室內照明燈進(jìn)行控制、監視。
　　2 系統硬件部分
　　2.1 ZigBee網(wǎng)絡(luò )協(xié)調器
　　系統的硬件核心是CC2430芯片，ZigBee網(wǎng)絡(luò )協(xié)調器和終端節點(diǎn)均由CC2430芯片構成。它是一個(gè)真正的系統芯片(SoC)COMS解決方案，可以滿(mǎn)足ZigBee為基礎的2.4 GHz ISM波段應用，且成本低，功耗小。它包括1個(gè)高性能的2.4 GHz直接序列擴頻射頻收發(fā)器核心和1個(gè)工業(yè)級小巧高效的8051控制器，芯片上集成了ZigBee射頻(RF)前端、內存和微控制器。
　　ZigBee網(wǎng)絡(luò )協(xié)調器負責ZigBee網(wǎng)絡(luò )的建立、節點(diǎn)的管理等任務(wù)，需要對接收的數據進(jìn)行處理，以及通過(guò)RS 232串口與PC機連接通信。
　　本系統選擇CC2430的UART0作為串口通信接口，其對應的管腳如表1所示。

　　為了使系統穩定工作，CC2430芯片要求供電電壓為3.3 V。為此設計了一種基于A(yíng)MS1117-3.3的穩壓電路，將5 V左右的電壓穩定在3.3 V。
　　CC2430與PC機之間可以通過(guò)RS 232通信協(xié)議，選用MAX232芯片實(shí)現串口電平轉換功能。ZigBee網(wǎng)絡(luò )協(xié)調器原理圖如圖2所示。

　　2.2 ZigBee終端設備
　　終端設備硬件結構框圖如圖3所示。
　　工作過(guò)程如下：將光照檢測電路獲得的電壓信號送給CC2430芯片的A/D轉換接口，經(jīng)過(guò)內部編程，通過(guò)調節PWM波的占空比來(lái)調節白光LED驅動(dòng)芯片TPS61040輸入控制端EN的控制信號，使驅動(dòng)白光LED燈發(fā)光的電流穩定在所需光強。
　　光敏電阻是一種經(jīng)濟可靠的光電轉換器件，利用它的光導效應，當光線(xiàn)照在光敏電阻上時(shí)，電阻阻值下降。系統設計采用MG41型光敏電阻。
　　系統采用恒流驅動(dòng)電路，使用TI公司的TPS61040芯片。TPS61040開(kāi)關(guān)頻率高達500 Hz，由于芯片內部與SW引腳相連的MOSFET是一個(gè)低電阻集成電源FET，它有助于實(shí)現極高的效率。本文設計的TPS61040白光LED驅動(dòng)電路如圖4所示。該電路可以實(shí)現負載斷開(kāi)、過(guò)電壓保護、PWM調光等功能。
　　3 系統下位機軟件設計
　　3.1 網(wǎng)絡(luò )協(xié)調器節點(diǎn)設計
　　本系統的網(wǎng)絡(luò )協(xié)調器有兩個(gè)任務(wù)，一個(gè)是與PC機進(jìn)行通信，互相傳送數據;另一個(gè)是與其他終端設備進(jìn)行ZigBee通信，其軟件流程圖如圖5所示。