基于Zigbee的智能家居調(diào)光系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

陶衛(wèi)平郭冬梅羅 孟

（1.欽州學(xué)院電子與信息工程學(xué)院，廣西 欽州 535000；2.欽州學(xué)院，廣西 欽州 535000）

基于Zigbee的智能家居調(diào)光系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

陶衛(wèi)平1郭冬梅1羅 孟2

（1.欽州學(xué)院電子與信息工程學(xué)院，廣西 欽州 535000；2.欽州學(xué)院，廣西 欽州 535000）

文章主要研究對(duì)象為智能家居智能調(diào)光，開發(fā)新的智能化的燈光控制方式，達(dá)到智能調(diào)光的目的。主要采用兩塊Zigbee功能版，A塊連接光敏傳感器，檢測(cè)光照強(qiáng)度；B塊做無(wú)線遙控器，控制A塊Zigbee功能版和光敏傳感器的工作，實(shí)現(xiàn)照明的手控、自控功能。

Zigbee；智能家居；光敏傳感器；智能調(diào)光

1 研究目的和意義

隨著人們家居條件的不斷改善，人們對(duì)燈光照明控制的要求越來(lái)越高，對(duì)能源問(wèn)題也高度重視，因而設(shè)計(jì)一款安全、舒適、節(jié)約能源的智能燈光控制系統(tǒng)就顯得非常有必要。目前應(yīng)用于智能家居較有前景的是采用 Zigbee的無(wú)線通信技術(shù)，其超低功耗的芯片設(shè)計(jì)，很容易實(shí)現(xiàn)單火線安裝方式和超長(zhǎng)的電池使用壽命?；赯igbee的智能家居的調(diào)光系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)根據(jù)室外光照強(qiáng)度和人體舒適度要求自動(dòng)調(diào)節(jié)燈光光照強(qiáng)度。

2 設(shè)計(jì)研究相關(guān)技術(shù)

2.1 Zigbee技術(shù)簡(jiǎn)介

Zigbee是定義了短距離、低速率傳輸率無(wú)線通信所需要的一系列通信協(xié)議的一種標(biāo)準(zhǔn)?；赯igbee的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)所使用的工作頻段為868MHz、915 MHz和2.4GHz，最大數(shù)據(jù)傳輸速率為250Kbps。其特點(diǎn)是近距離、低復(fù)雜度、自組織、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本。主要適合用于自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域，可以嵌入各種設(shè)備。

2.2 CC2530

CC2530是TI公司推出的最新一代ZigBee標(biāo)準(zhǔn)芯片，在CC2530芯片內(nèi)集成了增強(qiáng)型8051單片機(jī)內(nèi)核，直接燒寫相應(yīng)的功能程序進(jìn)去就能實(shí)現(xiàn)各種功能。CC2530芯片是用于ZigBee和RF4CE 應(yīng)用的一個(gè)真正的片上系統(tǒng)（SoC）解決方案，8051單片機(jī)中集成了很多的模擬、數(shù)字外設(shè)，如看門狗、定時(shí)器、PWM溫度傳感器等。

3 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境

（1）硬件開發(fā)平臺(tái)

本系統(tǒng)采用的硬件開發(fā)平臺(tái)是TI公司Zigbee無(wú)線開發(fā)系統(tǒng)功能模塊CC2530。光敏電阻對(duì)室內(nèi)工作面上的光照強(qiáng)度進(jìn)行光強(qiáng)采集，將采集的實(shí)時(shí)光強(qiáng)信號(hào)傳送給 Zigbee 終端設(shè)備，采用TI公司的CC2530作為主控芯片，利用 CC2530自帶的A/D轉(zhuǎn)換器采集光強(qiáng)信號(hào)，對(duì)檢測(cè)值和給定值進(jìn)行對(duì)比，調(diào)節(jié)輸出的PWM波占空比，即可調(diào)的LED的光強(qiáng)。

圖1　CC2530核心板

（2）軟件開發(fā)平臺(tái)

本系統(tǒng)采用的軟件開發(fā)平臺(tái)是IAR Embedded Workbench。主要的程序流程圖如圖2、圖3所示。

圖2　遙控器程序流程圖

圖3　智能調(diào)光模塊程序流程圖

3.2 系統(tǒng)無(wú)線通信設(shè)計(jì)

作為無(wú)線通信芯片，最重要的就是無(wú)線通信模塊部分，而芯片CC2530的無(wú)線核心部分是一個(gè)CC2530的射頻收發(fā)器具有出色的接收器靈敏度和抗干擾能力，Zigbee射頻收發(fā)器在無(wú)障礙的情況下，最長(zhǎng)通訊距離可達(dá)到 100～500m[18]。CC2530無(wú)線部分頻段是一個(gè)全球性的頻段（2.4-2.4835GHz）對(duì)于開發(fā)的無(wú)線產(chǎn)品具有全球通用性，它的頻寬寬提高了整體的數(shù)據(jù)傳輸速率，且2.4 GHz無(wú)線電和天線的體積能夠做到很小，整個(gè) Zigbee開發(fā)板的體積都很小，而且由于 IEEE 802.15.4 標(biāo)準(zhǔn)中很多機(jī)制的保護(hù)，使得Zigbee在2.4GHz頻段與Wi-Fi、藍(lán)牙以及家用的無(wú)繩電話和微波爐相比具有更強(qiáng)的抗干擾優(yōu)勢(shì)[19]，幾種工作于2.4GHz ISM頻段無(wú)線系統(tǒng)的信號(hào)比較如圖4所示。

圖4　工作于2.4GHz ISM頻段無(wú)線系統(tǒng)的信號(hào)比較圖

3.3 遙控器

很多家用電器遙控器采用的是紅外技術(shù)，在有限短距離幾米之外操控家用電器，但這種紅外技術(shù)一般都是直線遙控，無(wú)法繞過(guò)障礙物。Zigbee無(wú)線通信技術(shù)應(yīng)用于智能家居遙控器上，只要在CC2530的典型外圍電路中加入一些按鍵，就可以組成ZigBee手持設(shè)備的遙控器，用于遙控照明設(shè)備，按下功能鍵，即將信息數(shù)據(jù)傳至發(fā)終端設(shè)備，從而改變照明設(shè)備的狀態(tài)，這樣遙控器就可以選擇不同的場(chǎng)景模式。

4 系統(tǒng)調(diào)試與分析

基于Zigbee的智能家居調(diào)光系統(tǒng)，由兩個(gè)模塊A、B組成，A模塊作為智能調(diào)光模塊，根據(jù)周圍光亮自動(dòng)調(diào)節(jié)LED燈亮、暗、滅，B模塊作為無(wú)線遙控器，控制智能調(diào)光模塊的啟動(dòng)。無(wú)線遙控模塊實(shí)物正面、反面如圖 5所示，智能調(diào)光模塊實(shí)物正面、反面如圖6所示。

圖5　無(wú)線遙控模塊實(shí)物正面、反面圖

圖6　智能調(diào)光模塊實(shí)物正面、反面圖

調(diào)試步驟：

（1）將各個(gè)模塊連接好，連接上電源，打開電源開關(guān)。

（2）接接電源并打開電源之后，兩塊模塊上LED1燈亮顏色為藍(lán)色，說(shuō)明接通了電源。實(shí)物圖如圖7所示。

圖7　無(wú)線遙控和智能調(diào)光模塊啟動(dòng)實(shí)物圖

（3）在遙控模塊摁下摁鍵K3啟動(dòng)遙控器，LED1燈滅，啟動(dòng)成功。

（4）摁下K1啟動(dòng)智能模塊，智能模塊LED1藍(lán)光閃爍LED2紅燈亮，遙控模塊LED1藍(lán)光亮。如圖8所示。

圖8　智能調(diào)光模塊工作實(shí)物圖

（5）用強(qiáng)光照射智能模塊中的光敏傳感器，智能模塊LED1藍(lán)光閃爍LED2紅燈滅，遙控模塊LED1藍(lán)光亮。

（6）用弱光照射智能模塊的光敏傳感器，智能模塊LED1藍(lán)光閃爍LED2微弱紅光，遙控模塊LED1藍(lán)光亮。

（7）遠(yuǎn)距離（100m）遙控調(diào)光系統(tǒng)，在遙控模塊摁下K3，調(diào)光系統(tǒng)紅光滅，再摁下K1，調(diào)光系統(tǒng)紅光亮。

（8）繞過(guò)障礙物（隔一堵墻）遙控調(diào)光系統(tǒng)，在遙控模塊摁下K3，調(diào)光系統(tǒng)紅光滅，再摁下K1，調(diào)光系統(tǒng)紅光亮。

5 結(jié)束語(yǔ)

本系統(tǒng)主要是用Zigbee技術(shù)完成對(duì)燈光控制的智能化。采用兩塊Zigbee功能版，A塊連接光敏傳感器，光敏電阻對(duì)室內(nèi)工作面上的光照強(qiáng)度進(jìn)行光強(qiáng)采集，將采集的實(shí)時(shí)光強(qiáng)信號(hào)傳送給Zigbee終端設(shè)備，采用TI公司的CC2530作為主控芯片，利用CC2530自帶的A／D轉(zhuǎn)換器采集光強(qiáng)信號(hào)，對(duì)檢測(cè)值和給定值進(jìn)行對(duì)比，調(diào)節(jié)輸出的 PWM波占空比，即可調(diào)的LED的光強(qiáng)。B塊做遙控器，控制A塊Zigbee功能版和光敏傳感器的工作，實(shí)現(xiàn)照明的手控、自控功能。

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Design of Zigbee intelligent dimming system based on Home Furnishing

This paper mainly focuses on the intelligent Home Furnishing intelligent dimming, the research and development of intelligent lighting control in new ways, to achieve the purpose of intelligent dimming. The use of two Zigbee function version, a block is connected with a photosensitive sensor, the detection of light intensity. B remote control block, a block Zigbee version and photosensitive sensor, realize manual control, automatic control function lighting.

Zigbee; intelligent Home Furnishing; photosensitive sensor; intelligent dimmer

TN915

A

1008-1151(2016)09-0026-03

2016-08-11

2015年度廣西高等教育本科教學(xué)改革工程項(xiàng)目（2015JGA371）；2015年度國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（201411607003）。

陶衛(wèi)平（1981－），女（壯族），廣西欽州人，欽州學(xué)院電子與信息工程學(xué)院講師，工程碩士，研究方向?yàn)樾畔⒒虒W(xué)技術(shù)、多媒體技術(shù)。