一種基于CC2530的照明用電供給系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘 要：針對(duì)目前高校教學(xué)樓樓層中照明輸出無節(jié)制，智能化程度不高，本設(shè)計(jì)采用當(dāng)前比較成熟的ZigBee無線通信技術(shù)，通過ZigBee自組網(wǎng)構(gòu)建一種基于CC2530的無線照明用電供給系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)操作簡單，安裝方便，智能高效，可多大程度解決樓層照明用電不合理問題。

關(guān)鍵詞：ZigBee；用電供給；系統(tǒng)設(shè)計(jì)

緒論

隨著加快“智慧城市”的建設(shè)，物聯(lián)網(wǎng)正悄然影響著人們的生活。在這一背景下，校園建設(shè)也迎來了新的契機(jī)，許多院校紛紛推出了基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧校園建設(shè)方案。傳統(tǒng)的教學(xué)樓照明系統(tǒng)都是基于人工控制的，這種方式存在能源浪費(fèi)的問題，調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，在教學(xué)樓層沒有人或人很少的情況下，樓層的照明常處于開啟狀態(tài)，導(dǎo)致了大量的能源浪費(fèi)。本設(shè)計(jì)探討利用CC2530芯片，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)技術(shù)設(shè)計(jì)了一種照明用電供給系統(tǒng)，用于教學(xué)樓照明用電供給。該系統(tǒng)能通過遠(yuǎn)程控制教學(xué)樓樓層的照明用電供給，滿足了智慧校園建設(shè)對(duì)于教學(xué)樓照明系統(tǒng)的需求。

1 設(shè)計(jì)方案

本系統(tǒng)將采用美國德州儀器TI公司CC2530 芯片為核心，以Z-Stack協(xié)議棧為基礎(chǔ)，組建無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，光敏和人體紅外傳感器同時(shí)運(yùn)作，將檢測(cè)得到的光照強(qiáng)度和人員信息以電信號(hào)形式發(fā)送給終端采樣節(jié)點(diǎn)；當(dāng)終端采樣節(jié)點(diǎn)接收到信號(hào)后，通過ZigBee 無線網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)；協(xié)調(diào)器接受ZigBee網(wǎng)絡(luò)中終端節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)，并利用串口發(fā)送給上位機(jī)進(jìn)行處理。當(dāng)需要控制教學(xué)樓層的照明用電供給時(shí)，利用串口發(fā)送對(duì)應(yīng)的命令給協(xié)調(diào)器，并以廣播的形式發(fā)送到ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)中；終端節(jié)點(diǎn)接受收到命令，立即執(zhí)行相應(yīng)命令。當(dāng)傳感器檢測(cè)到信號(hào)時(shí)，終端采樣節(jié)點(diǎn)可以立刻接收并進(jìn)行判斷，按照上文所述的途徑，完成新的指令傳輸，通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)向協(xié)調(diào)器發(fā)送數(shù)據(jù)，協(xié)調(diào)器接收到數(shù)據(jù)后，通過串口傳送上位機(jī)處理。通過設(shè)置采樣節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)掃描間隔時(shí)間，達(dá)到節(jié)能的目的，同時(shí)也可以有效防止信號(hào)干擾。

2 硬件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)的硬件系統(tǒng)主要由基于ZigBee收發(fā)模塊和控制模塊兩大部分組成。

CC2530支持IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)、ZigBee RF4CE和能源的應(yīng)用，快閃記憶體多達(dá)256個(gè)字節(jié)，CC2530集成了RF收發(fā)器與8051微處理器，具有8 kB的RAM 和32/64/128/256 KB閃存。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。CC2530具有接收數(shù)據(jù)靈敏度高和抗干擾性強(qiáng)，并且能以非常低的成本建立網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。

控制模塊部分包括電氣控制繼電器、人體紅外傳感器和光敏傳感器三部分構(gòu)成。CC2530終端通過I/O口與控制模塊部分連接。CC2530協(xié)調(diào)器通過串口與上位機(jī)連接。

3 軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境選擇IAR，在Z-Stack協(xié)議棧基礎(chǔ)上，進(jìn)行軟件程序編寫。用Qt編寫的上位機(jī)程序?yàn)閆-Stack提供了豐富的函數(shù)調(diào)用接口。該系統(tǒng)軟件主要包括：終端程序，路由器程序，協(xié)調(diào)器程序。本系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用星型網(wǎng)絡(luò)，協(xié)調(diào)器通過廣播方式向終端發(fā)送數(shù)據(jù)，終端通過單播方式想?yún)f(xié)調(diào)器發(fā)送數(shù)據(jù)。

協(xié)調(diào)器啟動(dòng)后，開始組建網(wǎng)絡(luò)，等待終端或路由器接入，并為接入終端或路由器分配節(jié)點(diǎn)ID地址。協(xié)調(diào)器接收到上位機(jī)的命令，發(fā)送控制命令到節(jié)點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)終端的控制住，如圖2是協(xié)調(diào)器工作的流程圖。

協(xié)調(diào)器以下可以擴(kuò)展到多級(jí).只要保證在同一網(wǎng)絡(luò)中就能實(shí)現(xiàn)相應(yīng)控制，上位機(jī)通過協(xié)調(diào)器發(fā)送控制命令給路由器或終端節(jié)點(diǎn)，如果只發(fā)送命令給路由器，路由器就會(huì)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(diǎn)，由終端節(jié)點(diǎn)執(zhí)行相應(yīng)命令。如圖3是終端（路由器）工作流程圖。

功能實(shí)現(xiàn)：上位機(jī)接收傳感器相關(guān)信息。上位機(jī)通過協(xié)調(diào)器進(jìn)入ZigBee網(wǎng)絡(luò)，協(xié)調(diào)器會(huì)自動(dòng)識(shí)別每一節(jié)點(diǎn)的ID 地址，協(xié)調(diào)器通過對(duì)終端節(jié)點(diǎn)發(fā)送命令進(jìn)行實(shí)現(xiàn)控制；終端節(jié)點(diǎn)向協(xié)調(diào)發(fā)送傳感器采集數(shù)據(jù)。終端節(jié)點(diǎn)可以控制繼電器的斷開、閉合來控制教學(xué)樓層的照明用電供給；采集傳感器數(shù)據(jù)反映當(dāng)前教學(xué)樓層狀態(tài)。

4 結(jié)束語

本設(shè)計(jì)以CC2530為核心，利用ZigBee構(gòu)建無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，通過分布在各個(gè)教學(xué)樓層的傳感器，反映當(dāng)前樓層的學(xué)生以及光照狀態(tài)，用上位機(jī)控制教學(xué)樓各樓層的用電供給，節(jié)約能源，推進(jìn)校園智能用電的步伐，具有一定的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

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