基于ZigBee技術的智能照明控制系統

【摘要】本文以LED節能燈為基礎，結合ZigBee的無線組網和通信技術，實現家庭照明系統的智能控制。該系統具有一定的實用價值。

【關鍵詞】ZigBeeCC2430PWM調光RGB光源混色

一、前言

智能照明系統的設計是對室內或者室外的照明設備實現集中統一管理。采用無線通信的方式，既可以避免有線電纜的鋪設，降低系統的安裝成本與安裝難度，同時也便于系統的移動。

本文主要研究基于ZigBee通信技術的家庭照明系統。以LED節能燈為控制對象，結合ZigBee的無線組網和通信技術，實現家庭照明系統的智能控制。

該系統利用德州儀器公司的無線單片機（CC2430）系統作為硬件開發平臺，對系統中的節點設備進行設計，完成了網絡協調器開關控制終端設備、LED燈的PWM（Pulse Width Modulation）調光、RGB光源混色等硬件電路的實現和系統的全部軟件設計。該系統在照明行業具有一定的實用價值。

二、系統設計

本系統的設計按模塊進行。首先進行各模塊的設計與調試，再將調試好的模塊整合在一起，構成一個能正常工作的系統。整個設計流程為：光源選型、光源轉接板的制作、光源驅動電路的制作、調光實驗、混色實驗、ZigBee控制電路制作。

2.1設計方案

2.1.1調光

為了實現調光調色功能，本系統采用了美國CREE公司生產的RGB混色LED光源。采用PWM控制方式進行不同場景的調光，即通過輸出不同占空比的方波進行調光。具體方法是：采用while循環中內嵌幾個if語句實現。while循環負責檢測是否有外部命令到來，每一個if對應1個場景，當設備接收到調光命令后，根據命令中的有關場景的數據進入到相關的if中產生相應的PWM信號，當檢測到外部命令來臨時，則跳出該分支進入相應的分支產生新的場景模式。對于PWM信號的產生有多種方式，本文利用循環計時的方法實現，即通過利用不同長短的延時來輸出0和1，實現不同占空比的方波。占空比最小能做到1%，因此RGB混出的顏色理論上有100×100×100=1000000種顏色。基本計算方法如下：單位延時為晶振的振蕩周期，則系統在進行[（方波周期/單位延時）×占空比]個延時后輸出1，在進行[（方波周期/單位延時）×（1-占空比）]個延時后輸出0，如此進行反復循環即可實現PWM功能。

2.1.2混色

采用三路PWM信號分別驅動RGB光源中的R、G、B發光二極管。因設置的占空比不同，各LED的光強也就不同，以致最后混出的顏色也就不同。

2.2天線設計

天線在RF（射頻）電路中是一個十分重要的器件。正確的選取天線，能很好地提高系統的工作性能。本文結合TI提供的天線測試工具對16種天線進行了測試，以選取不同場合最適合的天線[1-3]。

2.3系統軟件

CC2430配合的軟件為Z-stack協議棧，此協議棧符合ZigBee標準。按照硬件電路編寫硬件操作層、操作系統子層、應用層代碼，就可以實現設計的功能。系統軟件運行有兩個過程，即先進行操作系統初始化，再執行操作系統。

三、結語

為了實現系統的功能與要求，在本設計中利用了南京EJOY公司的無線單片機系統作為系統的硬件開發平臺，對系統中的節點設備進行了設計，完成了網絡協調器、開關量控制終端設備、模擬量控制終端設備以及遙控器等其他網絡節點的實驗設計。同時利用軟件開發平臺IAR環境，進行了系統的主程序設計，以及主程序流程圖的繪制。最后，利用南京EJOY公司配套的仿真器對所設計的系統進行調試試用，能利用無線網絡實現通信，最終完成系統設計，可實現照明設備控制的基本功能。

參考文獻

[1] Wireless Connectivity Guide[DB/OL]. Texas Instruments. 2011.

[2]（美）克勞斯，（美）馬赫夫克.天線[M].北京：電子工業出版社，2011.

[3] Design Note DN031[DB/OL].Texas Instruments. 2011.