一套基于ZigBee的室內智能照明系統設計

　　為了改進(jìn)傳統室內照明系統存在的布線(xiàn)復雜、節能效果差、不易智能控制等缺點(diǎn)，分析了基于ZigBee技術(shù)的室內照明系統的設計和實(shí)現方法。

　　該系統的硬件設計基于支持ZigBee的SoC芯片CC2530，軟件設計則采用TI公司的Z-Stack協(xié)議。系統可以通過(guò)PC機上的上位機界面實(shí)現對燈節點(diǎn)的單控、組控、全控以及調光控制，并具有耗電小，成本低、無(wú)需布線(xiàn)和安裝方便簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。

　　0 引言

　　隨著(zhù)現代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對生活水平的追求越來(lái)越高。智能家居早已為大眾所熟知，而智能照明系統作為智能家居的應用之一，越來(lái)越受到人們的重視。室內照明系統主要實(shí)現對住宅內外的燈光的各種智能控制和管理功能，具體的說(shuō)主要實(shí)現對燈的單控、組控、全控以及無(wú)線(xiàn)遙控控制和多時(shí)段定時(shí)控制。ZigBee 技術(shù)作為新興的近距離無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)之一，具有近距離、低速率、低功耗和穩定性高等優(yōu)點(diǎn)，非常適合在照明系統中應用。本文提出基于ZigBee 技術(shù)的智能照明系統。該系統由若干個(gè)節點(diǎn)以自組網(wǎng)的形式組成，每個(gè)節點(diǎn)都可通過(guò)感知外部光強信息的變化情況，能夠自適應地調節亮度，并可通過(guò)PC上的控制界面對每個(gè)節點(diǎn)進(jìn)行智能控制。

　　1 ZigBee 技術(shù)簡(jiǎn)介

　　ZigBee 技術(shù) 是一種短距離、低復雜度、低功耗、低速率、低成本的雙向無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，它是介于無(wú)線(xiàn)標記和藍牙之間的技術(shù)方案，具有自己的無(wú)線(xiàn)電標準，即IEEE 802.15.4(ZigBee) 技術(shù)標準。這是IEEE 無(wú)線(xiàn)個(gè)人區域(PersonalArea Network，PAN)工作組所規定的一項標準，主要適用于數據吞吐量小、網(wǎng)絡(luò )建設投資小、安全要求高、耗電低的場(chǎng)合。

　　從技術(shù)性能來(lái)看，ZigBee 具有低功耗、短延時(shí)、短距離、高安全、低速率、覆蓋范圍廣、網(wǎng)絡(luò )容量大等特點(diǎn)，并且具有廉價(jià)的市場(chǎng)定位，非常適合在照明系統中應用。

　　ZigBee 技術(shù)網(wǎng)絡(luò )有三種網(wǎng)絡(luò )拓撲結構：星型結構、樹(shù)狀結構和網(wǎng)狀結構[5].星型拓撲結構包括一個(gè)協(xié)調器和多個(gè)終端，沒(méi)有路由;樹(shù)狀拓撲結構就是一個(gè)協(xié)調器和終端距離比較遠，需要加路由的星型網(wǎng);網(wǎng)狀拓撲結構中，協(xié)調器、路由、終端都可以通信。在本系統中，采用網(wǎng)狀結構。

　　2 系統的總體框架

　　室內智能照明系統由一個(gè)協(xié)調器、若干個(gè)終端設備、多個(gè)手持的無(wú)線(xiàn)遙控器以及PC上位機界面等四個(gè)部分組成。協(xié)調器在該系統的作用是啟動(dòng)和配置網(wǎng)絡(luò )。協(xié)調器可以保持間接尋址用的綁定表格，支持關(guān)聯(lián)，同時(shí)還能設計信任中心和執行其他活動(dòng)。一個(gè)ZigBee 網(wǎng)絡(luò )只允許有一個(gè)ZigBee 協(xié)調器，終端節點(diǎn)最多可達65 536 個(gè)。協(xié)調器在系統中扮演命令的發(fā)送者和數據的收集者。協(xié)調器通過(guò)串口與PC 機相連，在接收到來(lái)自PC 的控制命令后，通過(guò)自己組建的ZigBee 網(wǎng)絡(luò )發(fā)送給指定的節點(diǎn)。當指定的節點(diǎn)接收到來(lái)自協(xié)調器的命令時(shí)，就做出指定的動(dòng)作，并反饋給協(xié)調器。當協(xié)調器接收到來(lái)自終端的數據信息時(shí)，就會(huì )通過(guò)串口傳給PC 機。無(wú)線(xiàn)遙控器可以在室內的任何地方發(fā)送控制指令來(lái)控制一盞或多盞燈，使得整個(gè)照明系統更靈活。協(xié)調器主要有CC2530+CC2591 模塊、串口模塊，終端節點(diǎn)主要有CC2530+CC291 模塊、LED 控制模塊、溫度檢測模塊以及光強檢測模塊。圖1所示就是系統總體框架。

　　3 終端控制節點(diǎn)設計

　　終端節點(diǎn)模塊的硬件框圖如圖2 所示。它包括光強檢測模塊、繼電器控制模塊和PWM 輸出模塊。光強檢測模塊使用的傳感器是光敏電阻，選用的是新型單片測光芯片BH1750，較好地解決了傳統測光系統的弊端。BH1750 是半導體制造商ROHM為適應以移動(dòng)電話(huà)手機為首的便攜式機器和液晶要求而開(kāi)發(fā)的具有優(yōu)良光譜靈敏度特性、16 b 串行輸出的單片數字照度傳感器。BH1750 與CC2530 之間的通信使用標準的IIC 通信協(xié)議。BH1750 與CC2530 的電路連接圖如3 所示。BH1750 的3 腳和5 腳分別與CC2530 的P0_1 口和P0_0 口相連，R1 與R2 為上拉電阻。