ZigBee無(wú)線(xiàn)自組網(wǎng)的LED節能燈控制系統

摘要：設計了一種基于ZigBee無(wú)線(xiàn)自組網(wǎng)控制LED節能燈的控制系統。以TI公司的CC2530為主要硬件平臺，利用ZigBee Pro協(xié)議棧組建了Mesh網(wǎng)絡(luò )，在上位機上實(shí)現了LED燈亮度的調整和環(huán)境溫度、電壓的監控功能。使用PT4115作為驅動(dòng)芯片，能耗低，達到了節能減排的效果。
關(guān)鍵詞：自組網(wǎng)；ZigBee技術(shù)；無(wú)線(xiàn)數據傳輸；WSN；LED

引言
伴隨電子技術(shù)與無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的發(fā)展，人們對生活水平的追求越來(lái)越高。智能化被人們所熟知，作為智能化之一的智能照明系統在未來(lái)照明領(lǐng)域中具有很好的發(fā)展前景。傳統的照明系統大多采用有線(xiàn)連接，鋪線(xiàn)麻煩，價(jià)格昂貴，不易擴展，安裝復雜，不易移動(dòng)維護，能量消耗大。針對傳統照明的不足，可以采用無(wú)線(xiàn)數據傳輸來(lái)代替有線(xiàn)傳輸。ZigBee技術(shù)是一種新型的具有統一技術(shù)標準的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，應用于短距離范圍內的低速率傳輸，具有功耗低、成本低、數據傳輸可靠、網(wǎng)絡(luò )容量大等特點(diǎn)，非常適合照明系統的使用。另外，可以利用現在IC行業(yè)的快速發(fā)展，使用高效低能的驅動(dòng)技術(shù)來(lái)減少照明成本，從而達到節能減排的目的。本文介紹了一種利用ZigBee無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )技術(shù)對LED節能燈實(shí)現遠程控制的方案，給出了詳細的軟硬件設計。

1 自組網(wǎng)控制系統及工作原理
為實(shí)現故障檢測、溫度檢測、電壓檢測、亮度檢測和控制以及故障報警等功能，自組網(wǎng)控制系統采用了圖1所示的設計。

整個(gè)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )是由終端節點(diǎn)(ZigBee Endpoint，ZE)、路由(ZigBee Router，ZR)、和協(xié)調器(ZigBee Coordinator，ZC)3種設備構成。其中終端是簡(jiǎn)化功能設備(Reduced Function Device，RFD)，只能與路由或者協(xié)調器直接通信。路由是全功能設備(FuU Function Device，FFD)，既可以和路由和終端直接通信，也可以和協(xié)調器直接通信。協(xié)調器是PAN協(xié)調器(PANC)，負責一個(gè)PAN區域的網(wǎng)絡(luò )建立及管理。協(xié)調器收集所有節點(diǎn)和路由的信息，通過(guò)RS232發(fā)給監控計算機來(lái)確定燈的亮度、環(huán)境溫度、電池電量等。
工作原理：系統中每個(gè)終端、路由分別控制一盞燈，每個(gè)燈對應一個(gè)ID(終端或路由加入網(wǎng)絡(luò )時(shí)由協(xié)調器自動(dòng)分配)，各個(gè)節點(diǎn)和路由將傳感器收集的數據通過(guò)無(wú)線(xiàn)發(fā)送到協(xié)調器，協(xié)調器將收到的數據通過(guò)串口發(fā)送到監控計算機。如果LED燈出現故障，檢測電路會(huì )產(chǎn)生報警信號，報警信號最終會(huì )發(fā)送到監控計算機，計算機會(huì )提示工作人員故障燈的ID，讓維護更便利。另外終端的光敏傳感器會(huì )收集光照的程度，然后由終端自動(dòng)的調整光照的亮度。
終端也會(huì )將自身的供電電壓傳送到監控計算機，以防節點(diǎn)缺電而影響使用。

2 系統硬件設計
系統是由電源模塊、無(wú)線(xiàn)傳輸模塊(CC2530、溫度檢測、電壓檢測)、LED驅動(dòng)模塊、LED檢測模塊等組成，具體硬件電路邏輯結構如圖2所示。其中電源模塊是采用市面常用的ASM1117-5．0和ASM1117-3．3，原理簡(jiǎn)單易懂。下面主要介紹無(wú)線(xiàn)通信模塊和LED驅動(dòng)模塊。