基于ZigBee技術(shù)的無(wú)線(xiàn)智能照明系統

2.1 硬件設計

無(wú)線(xiàn)智能照明系統的網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)分為協(xié)調器、路由器和終端節點(diǎn)三種。其中，協(xié)調器的硬件結構框圖如圖1所示。

CC2430芯片是首款符合ZigBee技術(shù)標準的系統單芯片，片內集成增強的8051微控制器內核和符合IEEE802.15.4標準的2.4 GHz射頻收發(fā)器，具有優(yōu)良的無(wú)線(xiàn)接收靈敏度和強大的抗干擾性能，處于休眠模式時(shí)整個(gè)芯片的流耗小于0.9 μA，從硬件上支持CSMA／CA機制，還集成有ADC，AES安全協(xié)處理器和USART等片上外設及豐富的I／O口資源。只需添加晶振等少量的元器件即可完成ZigBee節點(diǎn)的設計。協(xié)調器節點(diǎn)帶有44的鍵盤(pán)，用來(lái)設置整個(gè)系統的參數和發(fā)送控制命令，12 864漢字圖形點(diǎn)陣液晶模塊用于顯示網(wǎng)絡(luò )狀態(tài)信息。微控制器輸出開(kāi)關(guān)量直接完成對照明燈的開(kāi)關(guān)控制，微控制器輸出的數字量經(jīng)過(guò)8位的數／模轉換器后，可以實(shí)現對照明燈的256級調光控制。另外，協(xié)調器節點(diǎn)還帶有震動(dòng)感測器和亮度感測器，用于感測現場(chǎng)的震動(dòng)信息和亮度信息。當震動(dòng)感測器測得震動(dòng)較弱，即認為現場(chǎng)人員已經(jīng)離開(kāi)，此時(shí)可以自動(dòng)關(guān)掉照明燈或者調暗亮度。當亮度感測器測得光線(xiàn)太亮，如晴朗的白天，即可自動(dòng)調低亮度，當亮度感測器測得光線(xiàn)太暗，如夜晚或者陰雨的白天，即可調高亮度。系統只需在一個(gè)節點(diǎn)上集成震動(dòng)感測器和亮度感測器，即可通過(guò)ZigBee網(wǎng)絡(luò )向各個(gè)燈節點(diǎn)傳輸控制信息，實(shí)現對整個(gè)照明系統的智能控制、成本低廉。當然也可以將震動(dòng)感測器和亮度感測器做成一個(gè)單獨的ZigBee網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)，用于感測現場(chǎng)不同位置的震動(dòng)信息和亮度信息。

2.2 軟件設計

軟件設計基于TI公司推出的跟CC2430芯片配套的Z-Stack協(xié)議棧和IAR集成開(kāi)發(fā)環(huán)境。Z-Stack在業(yè)內處于領(lǐng)先水平，目前還在不斷完善和增強，其最新版本Z-Stack 1.4.2，通過(guò)ZigBee測試機構德國萊茵集團的ZigBee兼容性測試，符合ZigBee 2006 specification，已被全球眾多ZigBee應用開(kāi)發(fā)廠(chǎng)家所采用，支持多種硬件平臺，包括面向IEEE／ZigBee的CC2430片上系統解決方案，基于CC2420收發(fā)器的新平臺和MSP430超低功耗微處理器。此外，Z-Stack還支持豐富的新特性，如無(wú)線(xiàn)下載，即通過(guò)ZigBee網(wǎng)絡(luò )，下載網(wǎng)絡(luò )中各節點(diǎn)的升級軟件，完成節點(diǎn)的軟件升級。Z-Stack還支持具備定位感知功能的CC2431，該特性使用戶(hù)能夠設計出可根據節點(diǎn)當前位置改變節點(diǎn)行為的新型ZigBee應用。

針對ZigBee在家庭網(wǎng)絡(luò )方面的應用，ZigBee Alliance制定專(zhuān)門(mén)的應用框架，即ZigBee Home Automation Public Application Profile。所謂Profile是對邏輯設備及其接口的描述集合，是針對某個(gè)特定應用的公約和準則，其目的是使不同廠(chǎng)家按照同一個(gè)ProfiIe設計的產(chǎn)品之間可以相互操作、相互替換。ZigBee HomeAutomation Public Application Profile規定了智能家居中的照明設備、采暖通風(fēng)空調設備、自動(dòng)窗簾和報警裝置的設計規范。本文的無(wú)線(xiàn)智能照明系統就是在這個(gè)Profile的基礎上實(shí)現的。

Z-Stack提供了豐富的函數調用接口，其中用于發(fā)送數據報的函數如下：

其他具體的程序設計在這里不做一一闡述。