基于無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )控制的智能照明系統

摘要：根據節能環(huán)保、智能家居的需求，采用LED燈和TI的SoC芯片CC2431設計了一套基于ZigBee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )控制的智能照明系統。該系統可在兼容已有調光模式的基礎上，利用照度值來(lái)精細調節局部照度，從而實(shí)現簡(jiǎn)單的照明定位控制。文中詳細闡述了系統各個(gè)模塊的軟硬件設計方法。經(jīng)實(shí)際室內測試表明：該系統性能良好，操控簡(jiǎn)便，而且更加人性化。
關(guān)鍵詞：智能家居；ZigBee；CC2431；LED；無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )

0 引言
隨著(zhù)人們生活水平的提高，節能環(huán)保、智能化的家用設施越來(lái)越受到人們的青睞。然而，經(jīng)過(guò)前期社會(huì )調查，目前，國內市場(chǎng)上的燈光照度調節控制系統普片存在兩大不足：一是很少使用節能燈；二是僅限于整體調節，不能進(jìn)行局部精細的調節，達不到燈光人性化和節能的目的。本文針對這些問(wèn)題設計出了一種基于無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )控制的智能照明系統。

1 系統硬件設計
1．1 主控制模塊
ZigBee技術(shù)是當前發(fā)展較為迅速且日趨成熟的一種無(wú)線(xiàn)通汛技術(shù)，ZigBee技術(shù)采用國際通用免費頻段2．4GHz，具有低功耗、低成本、低復雜度等優(yōu)點(diǎn)，且能自動(dòng)組網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò )容量大，可容納多達65000個(gè)節點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò )中的任意節點(diǎn)之間都可以進(jìn)行數據通訊。ZigBee網(wǎng)絡(luò )具有星狀、樹(shù)狀和網(wǎng)狀拓撲結構。CC2431是一個(gè)真正的片上系統(SoC)，主要用于無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )ZigBee／IEEE 802．15．4解決方案。圖1所示是CC2431的實(shí)物模塊示意圖。

1．2 LED驅動(dòng)電路模塊
LED具有低壓、低功耗、高可靠性和長(cháng)壽命等一系列優(yōu)點(diǎn)，是一種符合環(huán)保和節能的綠色照明光源。隨著(zhù)LED技術(shù)的提升，新型LED節能燈的成本不斷下降，無(wú)論在國際市場(chǎng)還是國內市場(chǎng)，LED已開(kāi)始進(jìn)入商業(yè)照明或部分家用照明市場(chǎng)，相對于傳統照明方式(白熾燈、鹵素燈、緊湊型熒光燈、直管熒光燈和金屬鹵化物燈)，LED照明展現出了良好的發(fā)展勢頭。
本系統利用LED燈作為光源，并采用HV9910B芯片驅動(dòng)設計方案。HV9910B是一個(gè)高效LED驅動(dòng)控制集成電路，它在輸入電壓從8V DC到450V DC范圍內能有效驅動(dòng)高亮LED。為了保證亮度恒定并增強LED的可靠性，外部高亮LED串采用恒流控制方式，而不是恒壓控制。其恒流值由外部取樣電阻值決定，變化范圍從幾mA到1 A。一個(gè)LED串的輸出電流可以設定為0到它的最大值之間的任何值。此外，HV9910B也提供有一個(gè)低頻的PWM調光功能，能接受一個(gè)外部達幾千赫茲的控制信號，并可在0～100％的占空比下進(jìn)行調光。本系統采用PWM調光，其實(shí)際應用電路如圖2所示。

1．3 RSSI(Recelved Signal Strength)定位技術(shù)
RSSI是指節點(diǎn)接收到的無(wú)線(xiàn)信號的強度大小。在基于接收信號強度指示RSSI的定位中，如果已知發(fā)射節點(diǎn)的發(fā)射信號強度，接收節點(diǎn)就可以根據接收到信號的強度計算出信號的傳播損耗，并利用理論和經(jīng)驗模型將傳輸損耗轉化為距離，再利用已有的算法計算出節點(diǎn)的位置。該技術(shù)對硬件要求較低、算法相對簡(jiǎn)單，已在實(shí)驗室環(huán)境中表現出良好特性。
接收信號強良RRSSI理論值可由式(1)表示：
RRSSI=-(10 nlgd+A) (1)
其中，射頻參數A和n用于描述網(wǎng)絡(luò )操作環(huán)境。在全向模式下，射頻參數A被定義為用dBm表示的距離發(fā)射端1 m處接收到的信號強度的絕對值。如信號強度為-40 dBm，那么參數A被定為40。定位引擎的期望參數A為30．0～50．0，精度為0．5。參數A用無(wú)符號定點(diǎn)數值給出，最低位為小數位，而其余各位為整數位。A的一個(gè)典型值為40．0。射頻參數n被定義為路徑損失指數，它指出了信號能量隨著(zhù)其到收發(fā)器距離的增加而衰減的速率。衰減與d-n成比例，這里的d是發(fā)射器和接收器之間的距離。實(shí)際寫(xiě)入定位引擎的參數n是一個(gè)通過(guò)查表得到的整數索引值n_index，具體如表1所示。