基于ZigBee技術(shù)的智能照明控制系統(tǒng)

【摘要】本文以LED節(jié)能燈為基礎(chǔ)，結(jié)合ZigBee的無線組網(wǎng)和通信技術(shù)，實現(xiàn)家庭照明系統(tǒng)的智能控制。該系統(tǒng)具有一定的實用價值。

【關(guān)鍵詞】ZigBeeCC2430PWM調(diào)光RGB光源混色

一、前言

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

本文主要研究基于ZigBee通信技術(shù)的家庭照明系統(tǒng)。以LED節(jié)能燈為控制對象，結(jié)合ZigBee的無線組網(wǎng)和通信技術(shù)，實現(xiàn)家庭照明系統(tǒng)的智能控制。

該系統(tǒng)利用德州儀器公司的無線單片機（CC2430）系統(tǒng)作為硬件開發(fā)平臺，對系統(tǒng)中的節(jié)點設(shè)備進(jìn)行設(shè)計，完成了網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器開關(guān)控制終端設(shè)備、LED燈的PWM（Pulse Width Modulation）調(diào)光、RGB光源混色等硬件電路的實現(xiàn)和系統(tǒng)的全部軟件設(shè)計。該系統(tǒng)在照明行業(yè)具有一定的實用價值。

二、系統(tǒng)設(shè)計

本系統(tǒng)的設(shè)計按模塊進(jìn)行。首先進(jìn)行各模塊的設(shè)計與調(diào)試，再將調(diào)試好的模塊整合在一起，構(gòu)成一個能正常工作的系統(tǒng)。整個設(shè)計流程為：光源選型、光源轉(zhuǎn)接板的制作、光源驅(qū)動電路的制作、調(diào)光實驗、混色實驗、ZigBee控制電路制作。

2.1設(shè)計方案

2.1.1調(diào)光

為了實現(xiàn)調(diào)光調(diào)色功能，本系統(tǒng)采用了美國CREE公司生產(chǎn)的RGB混色LED光源。采用PWM控制方式進(jìn)行不同場景的調(diào)光，即通過輸出不同占空比的方波進(jìn)行調(diào)光。具體方法是：采用while循環(huán)中內(nèi)嵌幾個if語句實現(xiàn)。while循環(huán)負(fù)責(zé)檢測是否有外部命令到來，每一個if對應(yīng)1個場景，當(dāng)設(shè)備接收到調(diào)光命令后，根據(jù)命令中的有關(guān)場景的數(shù)據(jù)進(jìn)入到相關(guān)的if中產(chǎn)生相應(yīng)的PWM信號，當(dāng)檢測到外部命令來臨時，則跳出該分支進(jìn)入相應(yīng)的分支產(chǎn)生新的場景模式。對于PWM信號的產(chǎn)生有多種方式，本文利用循環(huán)計時的方法實現(xiàn)，即通過利用不同長短的延時來輸出0和1，實現(xiàn)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(tǒng)在進(jìn)行[（方波周期/單位延時）×占空比]個延時后輸出1，在進(jìn)行[（方波周期/單位延時）×（1-占空比）]個延時后輸出0，如此進(jìn)行反復(fù)循環(huán)即可實現(xiàn)PWM功能。

2.1.2混色

采用三路PWM信號分別驅(qū)動RGB光源中的R、G、B發(fā)光二極管。因設(shè)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(shè)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(tǒng)的工作性能。本文結(jié)合TI提供的天線測試工具對16種天線進(jìn)行了測試，以選取不同場合最適合的天線[1-3]。

2.3系統(tǒng)軟件

CC2430配合的軟件為Z-stack協(xié)議棧，此協(xié)議棧符合ZigBee標(biāo)準(zhǔn)。按照硬件電路編寫硬件操作層、操作系統(tǒng)子層、應(yīng)用層代碼，就可以實現(xiàn)設(shè)計的功能。系統(tǒng)軟件運行有兩個過程，即先進(jìn)行操作系統(tǒng)初始化，再執(zhí)行操作系統(tǒng)。

三、結(jié)語

為了實現(xiàn)系統(tǒng)的功能與要求，在本設(shè)計中利用了南京EJOY公司的無線單片機系統(tǒng)作為系統(tǒng)的硬件開發(fā)平臺，對系統(tǒng)中的節(jié)點設(shè)備進(jìn)行了設(shè)計，完成了網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器、開關(guān)量控制終端設(shè)備、模擬量控制終端設(shè)備以及遙控器等其他網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的實驗設(shè)計。同時利用軟件開發(fā)平臺IAR環(huán)境，進(jìn)行了系統(tǒng)的主程序設(shè)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(shè)計的系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試試用，能利用無線網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)通信，最終完成系統(tǒng)設(shè)計，可實現(xiàn)照明設(shè)備控制的基本功能。

參考文獻(xiàn)

[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(yè)出版社，2011.

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