淺談zigbee無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)在智能節(jié)能照明系統(tǒng)中的運(yùn)用

◆董天昊 王琮澤 張 豪 王 雷 張镕昊 韓 攀

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淺談zigbee無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)在智能節(jié)能照明系統(tǒng)中的運(yùn)用

◆董天昊 王琮澤 張 豪 王 雷 張镕昊 韓 攀

（吉林建筑大學(xué)電氣與計(jì)算機(jī)學(xué)院 吉林 130021）

相較于傳統(tǒng)照明發(fā)光效率低，綜合布線(xiàn)困難，大量資源耗費(fèi)的缺點(diǎn)，基于 zigbee無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的智能節(jié)能照明系統(tǒng)提供了一種新的照明理念， zigbee無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)作為21世紀(jì)新興的短距離低消耗通信技術(shù)，因其短距離、低功耗、低速率和高可靠性等特點(diǎn)，為新的智能節(jié)能照明系統(tǒng)打開(kāi)了一扇新的大門(mén)，可以大膽地預(yù)料， zigbee無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)必然在智能節(jié)能照明系統(tǒng)中大放異彩。

zigbee；智能照明；節(jié)能；低消耗

0 引言

隨著電子信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)節(jié)能信息化、網(wǎng)絡(luò)化是當(dāng)今節(jié)能系統(tǒng)發(fā)展的新趨勢(shì)。智能節(jié)能照明系統(tǒng)能夠?yàn)槿祟?lèi)提供更加輕松、有序、高效的節(jié)能方式，是一種新的智能照明趨勢(shì)。智能節(jié)能照明產(chǎn)品也是一個(gè)將要改變?nèi)藗兩罘绞降漠a(chǎn)品，對(duì)于“改變”這個(gè)詞而言，人們總是抱以遲疑的態(tài)度， 通常來(lái)說(shuō)，因?yàn)榭茖W(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，居民生活水平質(zhì)量的增加，在通信標(biāo)準(zhǔn)越來(lái)越規(guī)范以及通信市場(chǎng)越發(fā)極具規(guī)模性的前提下，智能節(jié)能照明系統(tǒng)將會(huì)迎來(lái)雨后春筍般的發(fā)展。本文在傳統(tǒng)照明研究的基礎(chǔ)上，將Zigbee無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)應(yīng)用于智能節(jié)能照明中，并提出一種采用Zigbee無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的智能節(jié)能設(shè)計(jì)方案。 與傳統(tǒng)照明系統(tǒng)相比，具有簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、運(yùn)行費(fèi)用低、實(shí)時(shí)在線(xiàn)監(jiān)控、對(duì)照明設(shè)備內(nèi)部各種數(shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)線(xiàn)采集和傳輸?shù)忍攸c(diǎn)。

1 基于zigbee無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的智能節(jié)能照明系統(tǒng)的特點(diǎn)

基于zigbee無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的智能節(jié)能照明系統(tǒng)作為一種獨(dú)具一格的控制方式，不僅能夠適應(yīng)不同的建筑系統(tǒng)，同時(shí)在不同的照明場(chǎng)所中能夠發(fā)揮巨大的作用。這種新興的照明理念具有多元化，智能化的特點(diǎn)，與傳統(tǒng)的照明系統(tǒng)相比，自身的特點(diǎn)也顯而易見(jiàn)。

1.1 節(jié)約資源

布線(xiàn)靈活，管理方便；智能節(jié)能照明系統(tǒng)的節(jié)約資源主要體現(xiàn)在利用zigbee控制器能夠?qū)崟r(shí)地對(duì)不同場(chǎng)景和不同工作環(huán)境下的照明器具進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)照明器具處于空檔期時(shí)，可以通過(guò)終端系統(tǒng)對(duì)照明器具進(jìn)行控制，避免了不必要的資源浪費(fèi)；另外一方面，可以有效地利用自然光，補(bǔ)償光照度，同時(shí)自給自足的完成照度的調(diào)節(jié)，在節(jié)約資源的前提下，能夠保證國(guó)家規(guī)定的照度要求，有效地節(jié)約資源。zigbee無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)可以將現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備和管理中心進(jìn)行聯(lián)絡(luò)，解決綜合布線(xiàn)困難的問(wèn)題，能夠自由靈活地完成現(xiàn)場(chǎng)布置導(dǎo)線(xiàn)的任務(wù)，更令人欣喜的是這個(gè)系統(tǒng)能夠運(yùn)用于老式樓宇中，解決了老式建筑更換系統(tǒng)困難的問(wèn)題；基于zigbee無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的智能節(jié)能系統(tǒng)不僅解決了建筑中布線(xiàn)困難的問(wèn)題，而且達(dá)到了節(jié)約資源的效果，并從中得到了經(jīng)濟(jì)回報(bào)。

1.2 安全性

ZigBee是一種具有高可靠性、高安全性的無(wú)線(xiàn)數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)，采取了碰撞避免策略，同時(shí)為需要穩(wěn)定帶寬的通信業(yè)務(wù)預(yù)留了專(zhuān)用時(shí)隙，避開(kāi)了發(fā)送數(shù)據(jù)的競(jìng)爭(zhēng)和沖突。通常來(lái)說(shuō)完整的 ZigBee的體系結(jié)構(gòu)應(yīng)該包括 IEEE802.15.4中定義的 PHY和 MAC層， MAC層采用了完全確認(rèn)的數(shù)據(jù)傳輸模式，只有數(shù)據(jù)包得到接收方的確認(rèn)之后，數(shù)據(jù)才能夠成功的發(fā)送，出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)指令也能夠重新發(fā)送。同時(shí)， ZigBee提供了基于循環(huán)冗余校驗(yàn)( CRC)的數(shù)據(jù)包完整性檢查功能，支持鑒權(quán)和認(rèn)證，采用了 AES-128的加密算法， ZigBee提供了三級(jí)安全模式，各個(gè)應(yīng)用可以靈活確定其安全屬性。ZigBee技術(shù)特有的安全機(jī)制由安全服務(wù)層提供。令人眼前一亮的是，模板級(jí)定義了系統(tǒng)整體的安全性能，這就說(shuō)明該模板能夠定義實(shí)現(xiàn)多種類(lèi)型安全的特定網(wǎng)絡(luò)。

1.3 照明質(zhì)量高

眾所周知，燈具的使用時(shí)間有一定的年限，智能節(jié)能照明系統(tǒng)能夠有效地地抑制電網(wǎng)的沖擊電壓和浪涌電壓的危害，以達(dá)到延長(zhǎng)燈具的使用時(shí)間，更好的保證燈具的照明效果；一方面，照明系統(tǒng)中的諧波也是影響照明質(zhì)量的一個(gè)因素，基于 zigbee無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的智能節(jié)能照明系統(tǒng)能夠通過(guò)照明設(shè)備(如熒光燈等)實(shí)現(xiàn)調(diào)光控制，可調(diào)光熒光燈電子鎮(zhèn)流器可以提高功率因數(shù)，減少諧波含量，提高照明質(zhì)量，創(chuàng)造有效而良好的照明環(huán)境，很大程度上改善了人們的工作環(huán)境以及生活條件，更好的造福于全人類(lèi)。

2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

2.1 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

近幾年，我國(guó)高層建筑迅猛發(fā)展，基于zigbee無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的智能節(jié)能照明系統(tǒng)也已悄然進(jìn)入了我國(guó)建筑行業(yè)。 眾所周知，上海已經(jīng)成為了中國(guó)重要的經(jīng)濟(jì)、交通、科技、工業(yè)、金融、會(huì)展和航運(yùn)中心，是世界上規(guī)模和面積最大的城市之一，這里早已成為了高層建筑的聚集地，可以說(shuō)是中國(guó)高層建筑的一處代表地。我們以上海金茂大廈為例，它是當(dāng)代高層建筑科技與歷史的融合，已經(jīng)成為上海乃至中國(guó)高層建筑的標(biāo)志。上海金茂大廈作為20世紀(jì)以來(lái)中國(guó)高層建筑的代表作之一，因其標(biāo)志性地位的物化高度，以及它包含的設(shè)計(jì)思想、高水平的建筑技術(shù)和獨(dú)有的文化底蘊(yùn)。近一百年以來(lái)，科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展和人民生活水平的提升。家居和酒店智能化也不斷被人們所推崇。在物聯(lián)網(wǎng)的大時(shí)代下，智能節(jié)能系統(tǒng)已將成為新興產(chǎn)物不可或缺的一部分，更是成為建筑裝飾中的目標(biāo)點(diǎn)。2010年6月7日，胡錦濤總書(shū)記在中國(guó)科學(xué)院第十五次院士、中國(guó)工程院第十次院士大會(huì)上提出推動(dòng)科技發(fā)展工作的8點(diǎn)意見(jiàn)，首條是“大力發(fā)展智能科技，堅(jiān)持節(jié)能優(yōu)先、綠色低碳。智能科技已被提升到關(guān)乎國(guó)家科學(xué)技術(shù)發(fā)展和運(yùn)用的戰(zhàn)略級(jí)層面。

2.2 國(guó)外研究現(xiàn)狀

自20世紀(jì)90年代開(kāi)始，國(guó)外的智能照明系統(tǒng)便走入了國(guó)內(nèi)，很大一部分國(guó)外商家在中國(guó)投資，事實(shí)證明國(guó)外的智能節(jié)能照明系統(tǒng)也在穩(wěn)步發(fā)展，甚至可以說(shuō)走在了中國(guó)的前面。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，國(guó)外的智能節(jié)能照明系統(tǒng)更是得到了快速的發(fā)展，2016年3月13-18日的法蘭克福照明展上，很多來(lái)自世界各地的廠商展示了不同的智能照明的產(chǎn)品，由此可見(jiàn)智能照明的發(fā)展前景是備受看好；這次展覽的亮點(diǎn)是，荷蘭皇家飛利浦在其展位主推了“LightBeyondlllumination”的概念，并發(fā)布了配備“DimTone”技術(shù)的LED燈等產(chǎn)品，并完整的演示了智能燈光應(yīng)用于家居生活，包括了飲食、起居、健康、娛樂(lè)等多個(gè)方面。

伴隨著照明行業(yè)的高速發(fā)展，國(guó)際上先后涌現(xiàn)了許多的知名企業(yè)，這些跨國(guó)公司隨后進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)，推動(dòng)了國(guó)內(nèi)照明行業(yè)的快速進(jìn)步。索博，瑞朗、九州易居是較早進(jìn)軍照明行業(yè)的企業(yè)。隨著智能照明行業(yè)的蓬勃發(fā)展，涌現(xiàn)了大量的照明企業(yè)，實(shí)現(xiàn)了燈光控制、節(jié)約資源，尤其是計(jì)算機(jī)行業(yè)的加入，智能照明逐漸趨于成熟。

3 結(jié)論

在新時(shí)代的背景下，智能節(jié)能照明系統(tǒng)的應(yīng)用逐漸廣泛，智能照明產(chǎn)品是一種新的科技，它將成為未來(lái)的趨勢(shì)。伴隨著智慧城市的崛起，智能節(jié)能照明系統(tǒng)將被很大程度的推行，以創(chuàng)造多元化的智能照明價(jià)值，提升照明技術(shù)以滿(mǎn)足市場(chǎng)的需求。不管是對(duì)于企業(yè)還是中國(guó)消費(fèi)者，智能節(jié)能照明都會(huì)帶來(lái)無(wú)限的可能，我們可以嘗試成為未來(lái)智能節(jié)能照明的引領(lǐng)者，開(kāi)創(chuàng)智能節(jié)能照明的先河。猶記得金馬在《21世紀(jì)羅曼司》的一句話(huà)“如若說(shuō)，當(dāng)創(chuàng)新尚屬于人類(lèi)個(gè)體或群體中的個(gè)別杰出表現(xiàn)時(shí)，人們循規(guī)蹈矩的生存姿態(tài)尚可為時(shí)代所容，那么，當(dāng)創(chuàng)新將成為人類(lèi)賴(lài)以進(jìn)行生存競(jìng)爭(zhēng)的不可或缺的素質(zhì)時(shí)，依然采用一種循規(guī)蹈矩的生存姿態(tài)，則無(wú)異于一種自我潰敗”。當(dāng)下的照明產(chǎn)業(yè)正處于轉(zhuǎn)型升級(jí)的關(guān)鍵時(shí)刻，物聯(lián)網(wǎng)、信息化技術(shù)將會(huì)逐漸催生智能照明產(chǎn)業(yè)，未來(lái)照明將會(huì)成為物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)中的一環(huán)，蘊(yùn)含著巨大的商業(yè)價(jià)值。在智能節(jié)能照明系統(tǒng)的研究中，創(chuàng)新依然成為一種趨勢(shì)，激流勇進(jìn)，方能書(shū)寫(xiě)新的篇章。

[1]周武斌. ZigBee 無(wú)線(xiàn)組網(wǎng)技術(shù)的研究[D].長(zhǎng)沙: 中南大學(xué)， 2009.

[2]黃磊，付菲，閔華松.基于ZigBee 技術(shù)的智能家居方案研究[J].微計(jì)算機(jī)信息，2009.

2018年省級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：201810191104）。