基于Zigbee無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的智能燈光跟隨系統

摘要：設計一個(gè)基于Zigbee的智能燈光跟隨系統。系統中連接有人體紅外熱釋電傳感器的ZigBee結點(diǎn)等距離分布在走廊或道路的旁邊，檢測特定區域人員是否存在的信息，并將信息傳于協(xié)調器節點(diǎn)，協(xié)調器節點(diǎn)連接主控制器PXA270，PXA270根據采集的信息控制舵機的轉向和照明裝置的亮與滅，實(shí)現有人走動(dòng)存在時(shí)，燈光隨著(zhù)人的轉移而轉移，無(wú)人時(shí)照明系統自動(dòng)熄滅，從而實(shí)現節約能源的效果。
關(guān)鍵詞：燈光跟隨；Zigbee；熱釋電人體紅外感應；無(wú)線(xiàn)傳感器；PXA270

目前，在我國，資源消耗高、浪費大等問(wèn)題很?chē)乐?，隨著(zhù)經(jīng)濟的快速增長(cháng)和人口的不斷增加，資源不足的矛盾更加突出，建設節約型社會(huì )已刻不容緩。節約不僅要減少消費，而且要提高利用效率。建設節約型社會(huì )的最大動(dòng)力在于科技創(chuàng )新。節能性產(chǎn)品成為社會(huì )追求的目標。
ZigBee是一種便宜的，低功耗的近距離無(wú)線(xiàn)組網(wǎng)通訊技術(shù)。Zigbee無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )以其自組網(wǎng)，體積小，低功耗的優(yōu)勢已在很多地方得到應用?；诖?，本文設計了一種基于Zigbee無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的智能燈光跟隨系統，該系統利用Zigbee無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )和嵌入式控制器，實(shí)現了有人時(shí)，燈光緊隨人的移動(dòng)而移動(dòng)，無(wú)人時(shí)，燈自動(dòng)熄滅。避免了長(cháng)時(shí)間、大范圍不必要的照明造成的電能的浪費，達到節能的效果。

1 系統的總體構架
整個(gè)系統的布署的拓撲結構如圖1，該系統基于Zigbee的WSN技術(shù)，利用Zigbee的低耗能，低成本，高擴充性，免頻段使用費的優(yōu)點(diǎn)，構建一個(gè)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )。該系統可分為Zigbee無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )，嵌入式控制機構和執行裝置，Zigbee無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )是由一個(gè)協(xié)調器節點(diǎn)和若干傳感器節點(diǎn)組成的星型網(wǎng)絡(luò )，負責采集環(huán)境中人員存在方位的信息；Zigbee網(wǎng)絡(luò )中傳感器節點(diǎn)分布在房間和走廊的各個(gè)角落，實(shí)時(shí)監測特定區域的人員存在方位的信息。協(xié)調器節點(diǎn)負責建立并維護網(wǎng)絡(luò )，收集到傳感器節點(diǎn)采集剄的信息，并通過(guò)UART方式傳給主控制器。主控制器分析采集的數據，判斷人員的方位，控制舵機的轉向和燈的亮和滅，實(shí)現燈光跟隨功能。

2 系統的硬件設計
本系統的硬件主要包括3部分：無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )，嵌入式器PXA270和舵機、照明設備執行機構。
2．1 Zigbee無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )
本系統采用的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的核心是基于TI公司生產(chǎn)的CC2430開(kāi)發(fā)的無(wú)線(xiàn)模塊，CC2430結合一個(gè)高性能2．4 GHz DSSS射頻收發(fā)器核心和一顆工業(yè)級小巧高效的8051控制器，擁有8～14位ADC、DMA，定時(shí)、計數器、USABT、AES-128協(xié)處理器、睡眠模式定時(shí)器、看門(mén)狗、上電
復位和掉電檢測電路以及21個(gè)可編程引腳，是一顆真正的系統芯片(SoC)CMOS解決方案。
系統中的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )由一個(gè)協(xié)調器節點(diǎn)和若干傳感器節點(diǎn)組成，傳感器節點(diǎn)由數據采集模塊，數據處理模塊，無(wú)線(xiàn)通信模塊，電源模塊組成，電路圖如圖2所示。

連接人體紅外模塊HC-SR501。HC-SB501是基于紅外線(xiàn)技術(shù)的自動(dòng)控制模塊，采用德國原裝進(jìn)口LHI778探頭設計，靈敏度高，可靠性強。人進(jìn)入其感應范圍則輸出高電平，人離開(kāi)感應范圍則自動(dòng)延時(shí)關(guān)閉高電平，輸出低電平。人體紅外傳感器的OUT輸出端口連接到CC2430的I／O口上，把I／O口設置為輸入模式，通過(guò)檢測I／O端口的高低電平就能得到人員是否存在的信息。協(xié)調器節點(diǎn)功能相當于網(wǎng)關(guān)節點(diǎn)，在本系統中充當與主控制器通信的硬件，其組成如圖3所示，包括CC2430射頻模塊，仿真下載模塊，UABT，開(kāi)關(guān)和LED指示燈。Zigbee節點(diǎn)組成星狀網(wǎng)絡(luò )，所有的傳感器節點(diǎn)都將采集到的信息實(shí)時(shí)發(fā)送到協(xié)調器節點(diǎn)。
2．2 嵌入式控制平臺和執行機構
系統中采用的主控制器為Intel公司生產(chǎn)的PXA270，PXA270基于A(yíng)RMv5E的Xscale核心，最高頻率可達624 MHz，是一款性能極其強勁的嵌入式處理器，系統的控制機構結構如圖4，PXA270通過(guò)串口連接Zigbee協(xié)調器節點(diǎn)，通過(guò)PWM模塊堆垛機進(jìn)行控制，I／O端口連接光耦芯片TPL521-4，利用I／O口的高低電平控制TPL521-4輸出的導通和截止，照明裝置的電源線(xiàn)連接到TPL521-4的輸出端口，并固定在在舵機上，隨舵機而轉動(dòng)。