基于ZigBee和觸摸感應技術(shù)的照明控制系統

3 ZigBee通信協(xié)議設計

　　ZigBee聯(lián)盟與IEEE802.15.4的任務(wù)小組制定的ZigBee協(xié)議棧標準有5層體系組成^[6]，其中應用層由用戶(hù)定義。本系統定義的ZigBee通信協(xié)議屬應用層，用于用戶(hù)遠程控制。遠程控制時(shí)，用戶(hù)手機發(fā)送控制指令到系統主機，系統主機再將該指令轉換成符合表1所示通信協(xié)議的格式，通過(guò)內嵌的ZigBee網(wǎng)絡(luò )協(xié)調器將指令發(fā)送到各個(gè)燈控節點(diǎn)。

4 燈控節點(diǎn)軟件設計

　　燈控節點(diǎn)軟件程序主要由主程序，串口信息處理程序和觸摸按鍵掃描程序組成。

　　主程序在節點(diǎn)上電后首先進(jìn)行系統初始化，然后循環(huán)檢測有無(wú)串口信息處理，有無(wú)按鍵被按下等事件。主程序流程圖如圖6所示。

　　串口信息處理程序在主程序檢測到接收完成一幀串口信息后被調用。程序首先判斷該幀指令是否為本節點(diǎn)控制指令，然后根據指令要求驅動(dòng)雙向可控硅的導通或截止，并向主機反饋控制信息。串口信息處理程序流程圖如圖7所示。

　　觸摸按鍵掃描程序是燈控節點(diǎn)軟件設計的難點(diǎn)。按鍵處理初始化在節點(diǎn)上電后主程序中完成，包括振蕩器振蕩頻率設置，定時(shí)器T0預分頻器設置以及中斷的相關(guān)設置等。按鍵掃描原理如下：首先振蕩器頻率輸出腳在硬件上已經(jīng)和16位定時(shí)/計數器T1時(shí)鐘輸入端連接，T1會(huì )從0開(kāi)始計數直至溢出清零后重新計數。軟件上將振蕩器頻率輸出腳映射到某一按鍵焊盤(pán)所接單片機引腳，振蕩器便以固定頻率在該按鍵焊盤(pán)上振蕩，若有手指觸壓焊盤(pán)，振蕩頻率便減小。再設置8位定時(shí)器T0提供固定時(shí)基測量振蕩器頻率。開(kāi)始測量時(shí)，T0、T1均清零，然后T0計數至溢出中斷，在T0中斷服務(wù)函數中讀取T1計數值，與前16次的采樣滑動(dòng)平均值比較，這樣就完成了對按鈕的一次掃描，如果頻率計數有顯著(zhù)下降則說(shuō)明按鈕被按下。最后將振蕩器移向下一個(gè)按鈕焊盤(pán)掃描。觸摸按鍵掃描程序流程圖如圖8所示。

5 測試結果

　　本文所開(kāi)發(fā)的照明控制系統分遠程控制和現場(chǎng)控制兩種控制方式。對于遠程控制其穩定性主要受系統主機與燈控節點(diǎn)間ZigBee網(wǎng)絡(luò )穩定性影響，故采取協(xié)調器與燈控節點(diǎn)相距10米距離，協(xié)調器連續發(fā)送1000條控制指令，每條指令間隔0.5秒，統計燈控節點(diǎn)收包率的方式實(shí)現。對于現場(chǎng)控制，采取連續點(diǎn)擊燈控節點(diǎn)面板上觸摸按鈕1000次，每次點(diǎn)擊間隔0.5秒，統計燈光實(shí)際受控次數的方式實(shí)現。測試結果如表2所示。

　　由測試結果和大數定律可知遠程控制時(shí)主機每發(fā)送一條控制指令，燈控節點(diǎn)接收到的概率是0.981，若主機連續發(fā)送兩條指令，則燈控節點(diǎn)接收到的概率：

　　而現場(chǎng)控制時(shí)受控率達到100%。以上實(shí)驗結果表明本系統可以有效實(shí)現燈光的遠程控制和現場(chǎng)控制。燈光控制效果圖如圖9所示。

6 結束語(yǔ)

　　本文開(kāi)發(fā)了一套基于ZigBee網(wǎng)絡(luò )技術(shù)和電容觸摸感應技術(shù)的智能家居照明控制系統，實(shí)現了當用戶(hù)外出時(shí)，利用手機等移動(dòng)設備遠程控制家中燈光亮滅和在家時(shí)通過(guò)觸摸按鍵現場(chǎng)控制家中燈光亮滅的功能。利用ZigBee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )代替有線(xiàn)來(lái)搭建家庭局域網(wǎng)，省去了傳統燈控系統中繁瑣的布線(xiàn)工作;利用觸摸按鍵和雙向可控硅代替傳統墻壁開(kāi)關(guān)實(shí)現無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)控制，解決了傳統開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)易磨損，可靠性隨著(zhù)時(shí)間的延長(cháng)而降低等問(wèn)題。

　　該系統在實(shí)際批量使用中發(fā)現當電網(wǎng)中雜波較多時(shí)，觸摸按鍵會(huì )發(fā)生誤觸發(fā)現象。下一步將重點(diǎn)研究如何提高該系統對不穩地電網(wǎng)的抗干擾性。

參考文獻：

　　[1]周曉偉,蔡建平,鄭增威,等.基于ZigBee傳感網(wǎng)的樓宇智能照明控制系統的設計與實(shí)現[J].計算機工程與科學(xué),2009,31(8):150-152

　　[2]周曉偉,蔡建平,鄭增威,等.新型室內照明智能控制系統的研究與實(shí)現[J].計算機應用研究,2009,26(8): 2977-2981

　　[3]徐勇,欒曉明,王丹.基于ZigBee技術(shù)的智能照明系統設計[J].研究與開(kāi)發(fā),2010,29(1):42-45

　　[4]李治斌,鄧小芳,張余明,等.基于ZigBee技術(shù)的智能調光開(kāi)關(guān)設計[J].傳感器與微系統,2014,33(1):60-63.

　　[5]翁楊.基于電容式觸摸按鍵技術(shù)的七彩燈設計[J].電子技術(shù),2012(8): 54-56

　　[6]王東,張金榮,魏延,等.利用ZigBee技術(shù)構建無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )[J].重慶大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2006,29(8):95-97