基于Zigbee技術(shù)的無線智能照明控制系統(tǒng)

李少雷

（中國科學(xué)院電子學(xué)研究所 北京 100080）

對于人們現(xiàn)在日益提高的生活水平以及人們對于照明越來越高的要求，促使了照明系統(tǒng)必須要向高效、環(huán)保、節(jié)能看齊，同時又要具備靈活、舒適、人性化的方向不斷進(jìn)步才行。伴隨著計算機(jī)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的加速發(fā)展，同時總線技術(shù)的愈發(fā)成熟，智能建筑也是得到了進(jìn)一步的發(fā)展，在這些前提下，應(yīng)運(yùn)而生了“智能照明控制系統(tǒng)”這一概念。

1 設(shè)計方案

本文研究并設(shè)計出一套基于Zigbee技術(shù)的智能照明控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)詳細(xì)的介紹了控制系統(tǒng)的總體設(shè)計方案，硬件設(shè)備選型、Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)的組建及軟件系統(tǒng)設(shè)計等內(nèi)容。

從圖1中可以看出，每個部分模塊的作用如下：

中心計算機(jī)負(fù)責(zé)配置好ZigBee模塊，使其能夠正常使用組網(wǎng)，同時計算機(jī)使用控制軟件來控制系統(tǒng)。

控制模塊由 zigbee(Coordinator)、zigbee(Router)、轉(zhuǎn)換模塊組成。

zigbee(Coordinator)作為組網(wǎng)的中心協(xié)調(diào)器，是控制模塊的心臟。

圖1 智能照明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Intelligent lighting system structure diagram

zigbee(Router)作為組網(wǎng)的路由，收到協(xié)調(diào)器的指令，再將指令發(fā)送給轉(zhuǎn)換模塊，進(jìn)而根據(jù)指令要求控制路燈開關(guān)或調(diào)節(jié)其亮度。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計與選擇

本文的智能照明控制系統(tǒng)主要以單片機(jī)為核心，單片機(jī)型號選用JMDM-LED8DIOMR，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

從圖2可以看出，該控制電路主要由光電隔離數(shù)字量輸入（傳感器）模塊、Zigbee節(jié)點收發(fā)模塊、燈管驅(qū)動控制電路、輸入輸出等相關(guān)部分構(gòu)成。

圖2 智能照明控制電路結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2 Schematic diagram of intelligent lighting control circuit

當(dāng)系統(tǒng)通過傳感器，檢測到照明光亮度后，先要將其數(shù)字化處理，然后發(fā)送給單片機(jī)，之后單片機(jī)就會根據(jù)得到的值，將產(chǎn)生的脈沖寬度調(diào)制信號發(fā)送到驅(qū)動控制電路中，從而去控制燈管上的電流大小，以便調(diào)整照明亮度使之與其相匹配。

3 智能照明控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

智能照明控制系統(tǒng)軟件程序流程圖如圖3所示，可以看出，該系統(tǒng)每次開始之后，首先必須進(jìn)行初始化，然后可以通過發(fā)送過去參數(shù)錄入，來設(shè)定這次系統(tǒng)所需的照明值。反饋信息系統(tǒng)主要是根據(jù)傳感器給的外部信息，調(diào)整照明值。

圖3 智能照明控制系統(tǒng)軟件程序流程圖Fig.3 Intelligent lighting control system software program flow chart

本文所采用的調(diào)光方式為PWM方式，由于單片機(jī)系統(tǒng)不帶PWM模塊，因此需要模擬一個PWM信號，本文利用編寫程序來模擬產(chǎn)生一個PWM信號。

該信號定義：產(chǎn)生200 Hz的PWM波，周期5 ms，分成20份，一個0.25ms。 11.059 2 MHz晶振，0.25ms---229個周期，調(diào)節(jié)范圍20個檔位，串口以16進(jìn)制發(fā)送控制命令。

4 Zigbee模塊的選擇及無線網(wǎng)絡(luò)組建

我們采用的是DRF系列的Zigbee模塊。這系列的模塊目 前 包 括 DRF1605、DRF1605H、DRF2617A、DRF2618-ZUSB、DRF2619A及相關(guān)配套底板，它是基于 TI公司CC2530F256芯片，運(yùn)行ZigBee2007/PRO協(xié)議的ZigBee模塊，它具有ZigBee協(xié)議的全部特點，這有區(qū)別于其它種類的ZigBee模塊。

DRF系列的ZigBee模塊的最大特點就是自動組網(wǎng)，上電即用。針對目前產(chǎn)品開發(fā)進(jìn)度要求緊，市場變化快的特點，DTK推出了自動組網(wǎng)，上電即用的ZigBee模塊，用戶不需要了解復(fù)雜的ZigBee協(xié)議，所有的ZigBee協(xié)議的處理部分，在ZigBee模塊內(nèi)部自動完成，用戶只需要通過串口傳輸數(shù)據(jù)即可，是目前市場上應(yīng)用ZigBee最簡單的方式。

一個由1個Coordinator+n個Router構(gòu)成的Zigbee網(wǎng)路，總共支持9 331個節(jié)點，如圖4所示。

圖4 Zigbee模塊無線網(wǎng)絡(luò)組建示意圖Fig.4 Schematic diagram of zigbeemodule ofwireless network construction

5 結(jié)論

本文將Zigbee技術(shù)應(yīng)用在智能照明控制系統(tǒng)當(dāng)中，對這個系統(tǒng)的軟件與硬件分別進(jìn)行了選擇與設(shè)計，同時重點對系統(tǒng)方案、智能照明控制及Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)的組建結(jié)構(gòu)進(jìn)行闡述。本系統(tǒng)可以根據(jù)室內(nèi)照明光的強(qiáng)度，來調(diào)節(jié)照明光的亮度，從而可以使室內(nèi)具有高效、環(huán)保、節(jié)能的光照。與此同時，本系統(tǒng)采用了Zigbee控制方式，減少了許多工程，如布線鋪設(shè)等。本系統(tǒng)的設(shè)計方案會對其它的智能照明控制系統(tǒng)提供參考與借鑒。

[1]楊曉明，施云波，修德斌.基于Zigbee技術(shù)的無線智能家用燃?xì)鈭缶到y(tǒng)[J].電子設(shè)計工程，2010,18(11):146-149.YANF Xiao-ming，SHI Yun-bo，XIU De-bin.Intelligent and wire less household gas alarm system based on Zigbee technology[J].Electronic Design Engineering，2010,18(11):146-149.

[2]魏立明.徐成波.林君.智能照明控制系統(tǒng)設(shè)計[J].吉林建筑工程學(xué)院學(xué)報，2014，31（2）:74-76.WEILi-ming，XU Cheng-bo，LIN Jun.Design on intelligent lighting controlling system [J].Journal of Jilin Institute of Architecture&Civil Engineering,2014，31(2):74-76.

[3]翟雷，劉盛德，胡咸斌.Zigbee技術(shù)及應(yīng)用[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2007.

[4]李文仲，段朝玉.Zigbee207/PRO協(xié)議棧實驗與實踐[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2009.

[5]江虹，劉驪.技術(shù)在智能家居控制中的應(yīng)用研究[J].云南大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版，2009，31(S1):109-113.JIANG Hong，LIU Li.Zigbee technology in intelligence lives in the research on the application of control[J].Journal of Yunnan University:JCR Science Edition,2009,31(S1):109-113.

[6]王勝平.基于Zigbee網(wǎng)絡(luò)的路燈監(jiān)控系統(tǒng)的研究[D].廣州:華南理工大學(xué)，2010.