探究ZigBee的智能灯光控制系统设计

探究ZigBee的智能灯光控制系统设计

何健堃

佛山市顺德区林谱景观规划设计有限公司528300

摘要：随着LED灯的普及，传统的照明系统由于其功能单一、灵活性差、耗电费电高和不便于管理的缺点很难满足人们对于工作环境和家居环境越来越高的照明需求。本文就主要对ZigBee的智能灯光控制系统设计进一步分析了解。

关键词：ZigBee；智能灯光；控制系统；设计

引言：

智能灯光系统对比传统的照明系统有独特的优势；第一，对比传统照明系统，一个开关控制一个回路的照明模式，智能灯光系统能对灯具进行调光，使灯具不再是明或者灭的照明状态，它可以使场景产生不同效果，营造不同的空间气氛。第二，智能灯光照明系统能够预设多个场景，能使灯光达到预想的照度状态。第三，智能灯光系统一般使用多种传感器，无需人工操作而仅通过传感器采集的数据对灯具进行智能控制来调节灯具的状态以符合人们对光照的需求。第四，智能灯光控制系统与当今迅猛发展的无线通信技术结合起来，比如ZigBee技术，其低功耗、低复杂度、低成本、便于安装的特点非常适合智能灯光控制系统。第五，智能灯光系统可以与其他系统进行无线组网，使用一些无线终端来远程监控和遥控灯具，极大的为人们的生活带来舒适和便捷。

一、ZigBee技术的概述

ZigBee作为一种无线通信技术，具有以下一些特点：低功耗：由于它的传输速率低，发射功率比较小（1mM），如果采用休眠模式后，运作时间只占总时间的很小一部分，所以它的功耗非常小而且比较省电。根据相关估算，只需要两节普通电池就可以使ZigBee设备工作６个月到２年的时间，通常情况下一般的通信设备是不可能的；成本低：ZigBee模块的最初成本在６美元，但是随着该技术的发展进步，成本很快降到了２美元左右，而且它的专利费也是免除的。这成为ZigBee技术大量应用的一个关键因素；时延短：ZigBee设备的时延与其他通信方式相比是比较短的，普通的搜索设备时延是30ｍｓ，而在休眠状态到激活状态它的时延是15ｍｓ，设备接入的时延也是15ｍｓ。因此，它适用于某些对时延要严格要求的无线控制应用场合；网络容量大：在理论上一个星型结构的ZigBee网络可容纳254个子节点和一个主节点，一个区域内可以同时存在最多100个ZigBee网络，并且它的组网灵活多变；可靠：ZigBee的MAC层有CSMA机制，在数据发送前，先扫描多个信道，然后择优选择空闲信道进行数据的发送，这可有效避免数据传输的冲突；安全：ZigBee技术提供了基于循环冗余校验（CRC）的数据包完整性检查功能，支持鉴权和认证，采用了AES－128的加密算法，这能够确保在ZigBee网络中数据传输的安全性。

二、智能灯光控制系统的关键技术

电力线载波：该通信方式施工简便，但是极易受电网的干扰，稳定性不好，电力线载波是电力系统特有的通信方式，电力线载波通讯是指利用现有电力线，通过载波方式将模拟或数字信号进行高速传输的技术。最大特点是不需要重新架设网络，只要有电线，就能进行数据传递。

CAN总线：CAN的高性能和可靠性已被认同，并被广泛地应用于工业自动化、船舶、医疗设备、工业设备等方面。现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一，被誉为自动化领域的计算机局域网。它的出现为分布式控制系统实现各节点之间实时、可靠的数据通信提供了强有力的技术支持。

无线通信技术：无线通信主要包括微波通信和卫星通信。微波是一种无线电波，它传送的距离一般只有几十千米。但微波的频带很宽，通信容量很大。微波通信每隔几十千米要建一个微波中继站。卫星通信是利用通信卫星作为中继站在地面上两个或多个地球站之间或移动体之间建立微波通信联系。

而ZigBee无线通信技术在理论上可以容纳65000多个ZigBee设备，在实际中也组成过超过100多个ZigBee设备的网络，组网能为强大。它采用直接序列扩频技术和通过路由接力转发，因而它的抗干扰能力强和传输距离远。它的功耗也比前面几种通信技术低。因而本文采用ZigBee技术作为系统的无线通信技术。

三、ZigBee的智能灯光控制系统的硬件设计

系统硬件主要包括控制器硬件和ZigBee节点硬件两个部分。其中，控制器硬件主要包括中央处理器、LED驱动器模块、电源模块和外围电路，LED驱动器模块连接LED灯具；ZigBee节点硬件包括ZigBee节点核心板、电源模块、传感器模块和外围电路。ZigBee节点分ZigBee终端节点和ZigBee协调器节点，两种节点进行ZigBee组网通信，而ZigBee协调器节点与中央处理器进行串口通信，使整个系统有机结合。

四、智能灯光控制系统的软件设计

系统的软件设计包括ZigBee协议栈开发、添加用户程序、按键处理程序、ZigBee终端节点程序（包含红外传感器数据采集程序、照度传感器数据采集程序和终端节点与协调器节点通信程序）、ZigBee协调器节点程序和控制器调光程序。

结束语

总而言之，随着科技的进步人们不仅对照明灯具有节能的需求，而且人们对自己的生活品质也有极大的追求。同时随着LED灯的普及，传统的照明系统很难满足人们的需要，基于无线传感器网路的智能灯光控制系统成为当今照明领域的一大趋势，因此研究一种新的智能灯光照明系统来满足市场的需求变得尤为重要。

参考文献：

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[3]龙帆．基于ZigBee的智能家居网关系统的研究与实现.湖南大学硕古学位．长沙；湖南大学，2010.2

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