基于Zigbee技術(shù)的LED燈光控制器的設計及應用

　　本設計主要是將Zigbee 無(wú)線(xiàn)技術(shù)應用在LED 照明工程中，解決了白熾燈耗電嚴重，使用壽命短的問(wèn)題，同時(shí)解決照明工程中布線(xiàn)復雜、高功耗、資源浪費大、受距離限制、維護困難的問(wèn)題?；?a class="contentlabel" href="http://dyxdggzs.com/news/listbylabel/label/Zigbee">Zigbee 技術(shù)具有短距離、低功耗、低數據速率、低成本、低復雜度等優(yōu)點(diǎn)，設計出基于Zigbee 技術(shù)的智能家居LED 燈光無(wú)線(xiàn)控制系統。主要利用Zigbee無(wú)線(xiàn)自組網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現了對LED 燈的開(kāi)關(guān)和亮度調節的無(wú)線(xiàn)控制，并且功能細致可以分為單個(gè)燈光控制和局域燈光控制。

　　目前我國大力推行用LED 燈取代白熾燈的政策，而且將在五年內實(shí)施完成，這一政策解決了照明耗電嚴重，使用壽命短的問(wèn)題，此外，工程布線(xiàn)繁瑣安裝復雜，不易移動(dòng)控制，能量消耗大、施工周期長(cháng)、后期維護困難等這些問(wèn)題仍然需要解決，Zigbee 技術(shù)的廣泛應用給目前的問(wèn)題提供了一種解決方式，并且對于家庭生活和辦公樓宇而言達到了方便快捷的目的，對于綜合管理人員達到高效安全目的。文中提出了一種Zigbee 無(wú)線(xiàn)自組網(wǎng)技術(shù)與LED 節能燈相結合的設計方案， 實(shí)現對LED 燈的亮度進(jìn)行連續調節和遠程控制的功能，詳細的介紹了軟硬件設計系統。

　　1 Zigbee 無(wú)線(xiàn)技術(shù)

　　Zigbee 技術(shù)是一種應用于短距離范圍內，低傳輸數據速率下的各種電子設備之間無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)， 是一組基于IEEE批準通過(guò)的802.15.4 無(wú)線(xiàn)標準研制開(kāi)發(fā)的，這就確定了可以再不同制造商之間共享的應用綱要。Zigbee 兼容的產(chǎn)品工作在2.4 GHz 這個(gè)全球通用的免費開(kāi)放頻段， 這個(gè)頻段提供了16 個(gè)傳輸信道，每次通信都會(huì )自主選擇一個(gè)最干凈干擾最小的信道進(jìn)行數據傳輸。在網(wǎng)絡(luò )層方面，可以采用星形和網(wǎng)狀拓撲，根據節點(diǎn)的不同功能，可分為中央協(xié)調器 Coordinator，路由節點(diǎn)Router 和終端節點(diǎn)FFD.在這3 種拓撲結構中，在星型網(wǎng)絡(luò )中不易實(shí)現Zigbee 的高級特色功能，即路由功能的，每個(gè)Zigbee 設備只能和PANC 直接通訊。網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )是最復雜的，允許路由，而且路由的路徑是自動(dòng)計算出來(lái)的最佳路徑，而且網(wǎng)絡(luò )建立后，任何一個(gè)設備失效，網(wǎng)絡(luò )中的設備會(huì )重新計算路由的路徑， 使得不影響網(wǎng)絡(luò )其他設備正常通訊。

　　所以本系統采用的是樹(shù)狀網(wǎng)絡(luò )結構，簡(jiǎn)單且易于實(shí)現功能。

　　1.1 Zigbee 的優(yōu)點(diǎn)與特性

　　1) 低功耗是Zigbee 技術(shù)最具優(yōu)勢的地方。在通信狀態(tài)，Zigbee 終端耗電在幾十毫瓦左右，在省電模式下，耗電僅僅幾十μW，相當有一節干電池可以工作近一年。

　　2) 可靠性：采用避免碰撞機制，同時(shí)為需要固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預留了專(zhuān)用時(shí)隙，避免發(fā)送數據時(shí)產(chǎn)生沖突;節點(diǎn)模塊之間具有自動(dòng)動(dòng)態(tài)組網(wǎng)的功能， 傳遞的信息在整個(gè)Zigbee 網(wǎng)絡(luò )中通過(guò)自動(dòng)路由的方式進(jìn)行傳輸，從而保證了信息傳輸的可靠性。

　　3) 網(wǎng)絡(luò )容量大：在同一個(gè)WPAN 上，可以存在65 536 個(gè)ZigBee 裝置，彼此可通過(guò)多重跳點(diǎn)的方式傳遞信息，而且具有無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )自愈功能。

　　4) 有效范圍大：有效范圍在10~75 m 之間，如果前置功放可以達到1 000 m 的通信距離。

　　5) 成本低：Zigbee 數據傳輸速率低， 協(xié)議簡(jiǎn)單且免收專(zhuān)利費，所以降低成本。

　　1.2 Zigbee 無(wú)線(xiàn)組網(wǎng)原理

　　在網(wǎng)絡(luò )層中，ZigBee 定義了3 種角色： 第一個(gè)是中央協(xié)調器(Coordinator)，負責建立網(wǎng)絡(luò )，以及分配網(wǎng)絡(luò )各個(gè)節點(diǎn)地置;第二個(gè)是路由器(Router)，主要負責查找網(wǎng)絡(luò )、建立以及修復數據的路由路徑，并負責轉送數據，路由器可以與協(xié)調器通信，也可以與終端節點(diǎn)進(jìn)行通信，路由之間也可以進(jìn)行通信;第三個(gè)是終端節點(diǎn)(FFD)，只能選擇加入已經(jīng)形成的網(wǎng)絡(luò )，可以與路由器進(jìn)行收發(fā)數據信息，但不能轉發(fā)信息，不具備路由功能。通信圖解如圖1 所示。

　　圖1 通信圖解

　　工作原理：系統中每個(gè)終端節點(diǎn)或路由器分別控制一盞燈或多盞燈，每個(gè)節點(diǎn)會(huì )有單獨的網(wǎng)絡(luò )地址，手持控制終端通過(guò)無(wú)線(xiàn)模塊發(fā)送命令到協(xié)調器，協(xié)調器將收到的命令通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳輸發(fā)送到各個(gè)節點(diǎn)。