基于CC2530的智能照明控制系統(tǒng)設(shè)計

宋勇+項淑俊+黃小偉+裘昕月+黃雙林

【摘 要】針對目前照明系統(tǒng)存在輸出無節(jié)制，負(fù)載不可調(diào)，浪費電能等缺點，本設(shè)計結(jié)合無線控制系統(tǒng)的優(yōu)點，使用目前比較成熟的ZigBee技術(shù)，通過網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)搭建了基于CC2530芯片的智能節(jié)能燈控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)控制方便，安裝簡單，智能高效，可有效地解決用電量大，成本高，布線繁瑣等傳統(tǒng)家用、公用、工業(yè)照明方面的問題。

【關(guān)鍵詞】CC2530；ZigBee；無線傳感網(wǎng)絡(luò)

【Abstract】Lighting systems currently exist for the uncontrolled output， load non-adjustable， waste of energy and other shortcomings， the design combines the advantages of wireless control systems， and use relatively mature ZigBee technology， to build a smart energy-saving light control CC2530 chip based system through the mesh topology. The system is easy to control， the problem is simple to install， intelligent and efficient， can effectively solve the large power， high cost， complicated wiring and other traditional household， public and industrial lighting area.

【Key words】CC2530； ZigBee； Wireless sensor network

0 緒論

隨著科技水平和物質(zhì)生活的不斷提高，人們對家居生活的要求也不斷提高，而智能化恰好滿足了人們對高效、便利、安全生活的需求。早期的智能家居主要以總線、電力線載波等有線技術(shù)為通信方式，這種方式存在著布線難、安裝難、擴展難、調(diào)試難、易受電網(wǎng)干擾、系統(tǒng)不穩(wěn)定等問題，這些問題不能適應(yīng)家居設(shè)備隨意分布、接口不統(tǒng)一的要求，嚴(yán)重影響了家居行業(yè)的發(fā)展。而這些年來無論是在系統(tǒng)軟件和還是硬件的研發(fā)上，智能家居技術(shù)取得了長足的進展，美國的各大公司如微軟、摩托羅拉等相繼占領(lǐng)了智能家居研發(fā)大軍的前列，推出了夢幻之家、居所之門等知名系統(tǒng)[1]。在國內(nèi)，雖然智能家居起步相對較晚，但由于有其他國家的經(jīng)驗和先例以及國家對該產(chǎn)業(yè)投資力度的加大，科研機構(gòu)和高校經(jīng)過近十年的深入研究，其技術(shù)正逐步走向成熟。

1 設(shè)計方案

本系統(tǒng)將采用 TI 公司的 Z-STACK協(xié)議棧，以 CC2530 芯片為核心，構(gòu)建智能家居無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)系統(tǒng)啟動時，光敏傳感器和紅外傳感器同時運作，將檢測得到的光照度和人員信息后以電信號形式發(fā)送給采樣節(jié)點。當(dāng)采樣節(jié)點接收到信號后，通過ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)將信息傳到協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器接收到相應(yīng)節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)，然后通過串口發(fā)送給上位機串口助手[2]。如果想開某個房間的燈，通過串口發(fā)送給相應(yīng)的命令給協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器解析命令，得到相應(yīng)燈的無線網(wǎng)絡(luò)的地址，以單播放的形式發(fā)送命令，節(jié)點收到命令，根據(jù)命令動作。當(dāng)傳感器檢測到的信號發(fā)生變化時，采樣節(jié)點可以立刻接收并進行判斷，按照上文所述的途徑，完成新的指令傳輸，協(xié)調(diào)器也能立刻接收命令并解析。根據(jù)設(shè)置采樣節(jié)點的狀態(tài)掃描間隔時間，達到節(jié)能的目的，也可以有效防止信號干擾[3]。

2 硬件設(shè)計

硬件系統(tǒng)是由基于CC2530的ZigBee無線傳輸模塊 和電器控制繼電器模塊等組成。

CC2530 是用于ZigBee和RF4CE應(yīng)用的一個真正的片上系統(tǒng)（SOC）解決方案。它結(jié)合了業(yè)界領(lǐng)先的RF收發(fā)器的優(yōu)良性能，是標(biāo)準(zhǔn)的增強型8051CPU，該芯片有 8 KB RAM和許多其他強大的功能，外圍電路主要有晶振、天線及阻抗匹配電路（收發(fā)信息的接發(fā)器），接口電路和旁路電容和去耦濾波電路等。因此具有極高的接收靈敏度和抗干擾性能且能以非常低的成本建立強大的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點[4]。

電器控制繼電器模塊是由繼電器模塊與ZigBee收發(fā)節(jié)點組成。由于我國市電電壓在220V左右，為了實現(xiàn)對部分家電開關(guān)的控制，采用繼電器模塊，并通過ZigBee無線傳輸模塊的CC2530芯片的IO引腳及其外圍驅(qū)動電路，實現(xiàn)對繼電器模塊的吸合與釋放，可以控制窗簾、燈光等開關(guān)型電器。

3 軟件設(shè)計

軟件開發(fā)環(huán)境選擇IAR，在TI公司ZStack協(xié)議棧的基礎(chǔ)上，編寫了系統(tǒng)的應(yīng)用程序代碼，用VC編寫的上位機程序為ZStack提供了豐富的函數(shù)調(diào)試接口[5]。系統(tǒng)軟件主要包括協(xié)調(diào)器節(jié)點程序、路由器節(jié)點程序。協(xié)調(diào)器是第一級節(jié)點，負(fù)責(zé)組建網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)組建好后會分配節(jié)點ID地址，協(xié)調(diào)器接收到控制終端發(fā)送的命令，發(fā)送控制命令到節(jié)點就可以實施相應(yīng)控制。如圖2是協(xié)調(diào)器的工作流程圖。

以下擴展到第2級、第3級甚至多級.只要在同一網(wǎng)絡(luò)就可以實施相應(yīng)控制，協(xié)調(diào)器接收命令同時將控制命令發(fā)送到路由器或者終端節(jié)點，如果直接發(fā)送命令給路由器，路由器就會執(zhí)行相應(yīng)命令，也可以通過路由器發(fā)送給終端節(jié)點，由終端節(jié)點執(zhí)行相應(yīng)命令[6]。如圖是路由器（包含終端節(jié)點）工作流程圖如圖3。

功能實現(xiàn)：控制終端（上位機）接收來自各種傳感器的相關(guān)信息，在組建網(wǎng)絡(luò)時將控制終端加網(wǎng)絡(luò)，控制終端會自動識別每一節(jié)點的ID地址，通過對節(jié)點發(fā)送命令實現(xiàn)控制?？梢詫蝹€燈進行亮度調(diào)節(jié)，即向單個節(jié)點發(fā)送控制命令，也可以將部分節(jié)點組建一個局域網(wǎng)絡(luò)存儲到控制器中。對這個局域網(wǎng)絡(luò)發(fā)送命令就可以實現(xiàn)局域網(wǎng)內(nèi)所有節(jié)點的燈光控制。

4 結(jié)論

本系統(tǒng)以 CC2530為核心，以ZigBee構(gòu)建無線傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，通過分布在各個房間的傳感器采集相關(guān)數(shù)據(jù)，用上位機控制各個房間照明燈的開關(guān)與明暗，對建筑室內(nèi)外的照明設(shè)備實現(xiàn)集中管理，并且按照明場所分類進行控制，根據(jù)室內(nèi)外光照的不同調(diào)節(jié)照明設(shè)備的照明度，節(jié)約能源，使建筑室內(nèi)外都有一個良好的光環(huán)境，具有一定的應(yīng)用前景。

【參考文獻】

[1]張同翰，王正彥，袁雙，范延濱.基于CC2530的ZigBee的智能家居設(shè)計[D].青島大學(xué)，2015：28-4.

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[3]趙奎兵，段富海.基于節(jié)點的智能家居系統(tǒng)語音控制設(shè)計[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2012：5-9.

[4]李文仲，段朝玉.無線網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)入門與實戰(zhàn)[M].北京航空航天大學(xué)出版社，2007：128-157.

[5]詹良.基于Zigbee技術(shù)的智能家居無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)[D].北京郵電大學(xué)，2004.

[6]李俊斌，胡永忠.基于 CC2530 的 Zig Bee 通信網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用設(shè)計[J].電子設(shè)計工程，2011，19（16）：108-111.

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