基于Zigbee的智能家居調光系統的設計

陶衛平郭冬梅羅 孟

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

基于Zigbee的智能家居調光系統的設計

陶衛平1郭冬梅1羅 孟2

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

文章主要研究對象為智能家居智能調光，開發新的智能化的燈光控制方式，達到智能調光的目的。主要采用兩塊Zigbee功能版，A塊連接光敏傳感器，檢測光照強度；B塊做無線遙控器，控制A塊Zigbee功能版和光敏傳感器的工作，實現照明的手控、自控功能。

Zigbee；智能家居；光敏傳感器；智能調光

1 研究目的和意義

隨著人們家居條件的不斷改善，人們對燈光照明控制的要求越來越高，對能源問題也高度重視，因而設計一款安全、舒適、節約能源的智能燈光控制系統就顯得非常有必要。目前應用于智能家居較有前景的是采用 Zigbee的無線通信技術，其超低功耗的芯片設計，很容易實現單火線安裝方式和超長的電池使用壽命?；赯igbee的智能家居的調光系統能夠實現根據室外光照強度和人體舒適度要求自動調節燈光光照強度。

2 設計研究相關技術

2.1 Zigbee技術簡介

Zigbee是定義了短距離、低速率傳輸率無線通信所需要的一系列通信協議的一種標準。基于Zigbee的無線網絡所使用的工作頻段為868MHz、915 MHz和2.4GHz，最大數據傳輸速率為250Kbps。其特點是近距離、低復雜度、自組織、低功耗、低數據速率、低成本。主要適合用于自動控制和遠程控制領域，可以嵌入各種設備。

2.2 CC2530

CC2530是TI公司推出的最新一代ZigBee標準芯片，在CC2530芯片內集成了增強型8051單片機內核，直接燒寫相應的功能程序進去就能實現各種功能。CC2530芯片是用于ZigBee和RF4CE 應用的一個真正的片上系統（SoC）解決方案，8051單片機中集成了很多的模擬、數字外設，如看門狗、定時器、PWM溫度傳感器等。

3 系統總體設計

3.1 系統開發環境

（1）硬件開發平臺

本系統采用的硬件開發平臺是TI公司Zigbee無線開發系統功能模塊CC2530。光敏電阻對室內工作面上的光照強度進行光強采集，將采集的實時光強信號傳送給 Zigbee 終端設備，采用TI公司的CC2530作為主控芯片，利用 CC2530自帶的A/D轉換器采集光強信號，對檢測值和給定值進行對比，調節輸出的PWM波占空比，即可調的LED的光強。

圖1　CC2530核心板

（2）軟件開發平臺

本系統采用的軟件開發平臺是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　智能調光模塊程序流程圖

3.2 系統無線通信設計

作為無線通信芯片，最重要的就是無線通信模塊部分，而芯片CC2530的無線核心部分是一個CC2530的射頻收發器具有出色的接收器靈敏度和抗干擾能力，Zigbee射頻收發器在無障礙的情況下，最長通訊距離可達到 100～500m[18]。CC2530無線部分頻段是一個全球性的頻段（2.4-2.4835GHz）對于開發的無線產品具有全球通用性，它的頻寬寬提高了整體的數據傳輸速率，且2.4 GHz無線電和天線的體積能夠做到很小，整個 Zigbee開發板的體積都很小，而且由于 IEEE 802.15.4 標準中很多機制的保護，使得Zigbee在2.4GHz頻段與Wi-Fi、藍牙以及家用的無繩電話和微波爐相比具有更強的抗干擾優勢[19]，幾種工作于2.4GHz ISM頻段無線系統的信號比較如圖4所示。

圖4　工作于2.4GHz ISM頻段無線系統的信號比較圖

3.3 遙控器

很多家用電器遙控器采用的是紅外技術，在有限短距離幾米之外操控家用電器，但這種紅外技術一般都是直線遙控，無法繞過障礙物。Zigbee無線通信技術應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手持設備的遙控器，用于遙控照明設備，按下功能鍵，即將信息數據傳至發終端設備，從而改變照明設備的狀態，這樣遙控器就可以選擇不同的場景模式。

4 系統調試與分析

基于Zigbee的智能家居調光系統，由兩個模塊A、B組成，A模塊作為智能調光模塊，根據周圍光亮自動調節LED燈亮、暗、滅，B模塊作為無線遙控器，控制智能調光模塊的啟動。無線遙控模塊實物正面、反面如圖 5所示，智能調光模塊實物正面、反面如圖6所示。

圖5　無線遙控模塊實物正面、反面圖

圖6　智能調光模塊實物正面、反面圖

調試步驟：

（1）將各個模塊連接好，連接上電源，打開電源開關。

（2）接接電源并打開電源之后，兩塊模塊上LED1燈亮顏色為藍色，說明接通了電源。實物圖如圖7所示。

圖7　無線遙控和智能調光模塊啟動實物圖

（3）在遙控模塊摁下摁鍵K3啟動遙控器，LED1燈滅，啟動成功。

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

圖8　智能調光模塊工作實物圖

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

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

（7）遠距離（100m）遙控調光系統，在遙控模塊摁下K3，調光系統紅光滅，再摁下K1，調光系統紅光亮。

（8）繞過障礙物（隔一堵墻）遙控調光系統，在遙控模塊摁下K3，調光系統紅光滅，再摁下K1，調光系統紅光亮。

5 結束語

本系統主要是用Zigbee技術完成對燈光控制的智能化。采用兩塊Zigbee功能版，A塊連接光敏傳感器，光敏電阻對室內工作面上的光照強度進行光強采集，將采集的實時光強信號傳送給Zigbee終端設備，采用TI公司的CC2530作為主控芯片，利用CC2530自帶的A／D轉換器采集光強信號，對檢測值和給定值進行對比，調節輸出的 PWM波占空比，即可調的LED的光強。B塊做遙控器，控制A塊Zigbee功能版和光敏傳感器的工作，實現照明的手控、自控功能。

[1] 王東東,郭文成.基于ZigBee技術的路燈無線網絡控制系統設計[J].天津工業大學學報,2009,28(1):84-88.

[2] 黃磊.基于 IEEE802j5—4-zigBee技術的智能家居方案研究[D].武漢:武漢科技大學,2009.

[3] 鄒麗.基于 ZigBee技術的智能家居無線網絡設計與實現[D].武漢:華中師范大學,2011.

[4] 姚建峰,郭旭展.基于Zigbee技術的智能家居系統[J].無線互聯科技,2012(10):53.

[5] 張周.ZigBee技術研究及其在智能家居中的應用[D].廈門:廈門大學,2007.

[6] 李玲玲,謝維成,李洋,等.基于zigbee的無線智能家居綜合控制系統設計[J].西華大學學報(自然科學版),2013(5):58-63.

[7] 魏振春,韓江洪,張建軍,等.智能家居遠程控制系統的設計[J].合肥工業大學學報(自然科學版),2005,28(7):751-754.

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改革工程項目（2015JGA371）；2015年度國家級大學生創新創業訓練計劃項目（201411607003）。

陶衛平（1981－），女（壯族），廣西欽州人，欽州學院電子與信息工程學院講師，工程碩士，研究方向為信息化教學技術、多媒體技術。