基于zigbee的無線照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

《基于zigbee的無線照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫。

1、萬方數(shù)據(jù)建筑電氣基于ZigBee的無線照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)裴麗群，陳洪亮(上海交通大學(xué)電子信息與電氣工程學(xué)院，上海200240)[摘要]介紹了以ZigBee芯片JennicJN5121為核心組建的無線照明系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。重點(diǎn)闡述該網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，微型節(jié)點(diǎn)的硬件實(shí)現(xiàn)，自組織組網(wǎng)和系統(tǒng)工作流程。關(guān)鍵詞ZigBeeJN5121無線照明調(diào)光器0引言ZigBee是一種近年來才興起的無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，成本低，功耗低是其突出優(yōu)勢。ZigBee無線照明方案基于802．15．4標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議充分利用其布網(wǎng)和建網(wǎng)靈活的特點(diǎn)，并且通過ZigBee聯(lián)盟的無線燈光控制規(guī)范，從而保證今后各廠商

2、的產(chǎn)品能夠互聯(lián)互通。通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器用戶可以在任何時(shí)候添加刪除無線照明設(shè)備，任意組合各類控制器和照明設(shè)備的關(guān)系，最大限度的展現(xiàn)無線控制的特色和優(yōu)點(diǎn)。圖1ZigBee無線照明系統(tǒng)方案圖1無線照明網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)針對(duì)ZigBee聯(lián)盟制定的標(biāo)準(zhǔn)燈光控制規(guī)范，Zig—Bee燈光定義了燈光開關(guān)、調(diào)光器、感測設(shè)備的規(guī)范，以保證各個(gè)廠商相同產(chǎn)品間的混用和互換。原則上說，燈光開關(guān)，調(diào)光器、遙控器、感測器都能夠成為網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)器和路由器。本文以遙控器作為網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器coordi—nator，燈光開關(guān)作為Router，調(diào)光器作為Enddevices。調(diào)光器可以以交

3、流電源供電，作為Enddevice可以大大減少ZigBee方案對(duì)于低功耗的較高要求。本文設(shè)計(jì)的調(diào)光器終端可以實(shí)現(xiàn)大功率1000W的20級(jí)調(diào)光，導(dǎo)通角可以達(dá)到90％以上，而且很少發(fā)熱。如圖1為一完整的ZigBee無線照明系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)圖。Coordinator可以通過串口或者TcP／IP和遠(yuǎn)程電腦通訊，完成樓宇照明監(jiān)控。Router作為燈光開關(guān)采集coordinator的控制信號(hào)繼而控制各個(gè)調(diào)光器的調(diào)光狀態(tài)，或者將各個(gè)開關(guān)燈的信號(hào)反饋給coordinator。從而組成一個(gè)實(shí)時(shí)監(jiān)控的無線照明網(wǎng)絡(luò)繼而成為整個(gè)樓宇控制和家居網(wǎng)絡(luò)的一部分。2無線照明網(wǎng)絡(luò)的子節(jié)點(diǎn)硬

4、件設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)ZigBee通信及控制實(shí)現(xiàn)采用的是JN5121一Z01模塊，JN5121-Z01模塊是基于JN5121芯片所開發(fā)的一系列表帖形式的模塊產(chǎn)品，該系列模塊集成了所有的射頻組件和無線微控制器。采用模塊進(jìn)行開發(fā)可以大大的減少開發(fā)人員的工作量，縮短產(chǎn)品的開發(fā)收稿日期：2007—10—28周期。作為子節(jié)點(diǎn)調(diào)光器主體回路采用雙向可控硅控制，硬件回路如圖2，通過JN5121的IO端口輸出固定的交流頻率的矩形波。波形的零點(diǎn)檢測通過ANl輸入MCU的模擬比較器正極(圖3)，圖中RED端輸入的是調(diào)光器經(jīng)過調(diào)光之后的正弦波，此電壓波形相對(duì)GDN具有1．65V的偏

5、移量，因此經(jīng)過電路整合輸出的是0-1．65V以及1．65-3．3V的階梯波，模擬正極ANl與5V電源的一半分壓為負(fù)極作為比較，從而正確的檢測出交流的零點(diǎn)值。根據(jù)當(dāng)前調(diào)光器的狀態(tài)延遲相應(yīng)的時(shí)間在圖2中ZF處輸出正電壓，從而完成每個(gè)周期波形的跟蹤控制。圖4為電源電路主體示意圖，該電路通過基準(zhǔn)3．3V穩(wěn)壓管產(chǎn)生3．3V電壓，中間通過充電電流放大電路加速充電時(shí)間，并且左邊主體部分通過采用15V的限壓作用，緩解Q5的兩端電壓壓降，從而減少其發(fā)熱過量的問題。3無線照明網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)流程及軟件實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序通過802．15．4的協(xié)議棧API和IEEE802．15．4的協(xié)議

6、層進(jìn)行交互，這一交互用來實(shí)現(xiàn)MCPS／MLME的請求和確認(rèn)，消息的標(biāo)識(shí)和回應(yīng)。IEEE802．15．4協(xié)議層和更底層的硬件以及寄存器進(jìn)行交互，硬件層產(chǎn)生各種中斷通過中斷句柄將其轉(zhuǎn)發(fā)給各個(gè)軟件模塊。API負(fù)責(zé)處理各種中斷，并向應(yīng)用層提供了一個(gè)基于隊(duì)列的接口，這樣開發(fā)人員就可以不用自己處理各種中斷的回調(diào)函數(shù)。當(dāng)來自下層的中斷產(chǎn)生時(shí)，中斷的入口就會(huì)被分類壓人到3個(gè)專用的隊(duì)列中(MLME(網(wǎng)絡(luò)管理隊(duì)列)、MCPS(網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)隊(duì)列)．硬件事件隊(duì)列)應(yīng)用電工技術(shù)l2008I2期l1萬方數(shù)據(jù)建筑電氣VCC圖2調(diào)光器硬件主體回路圖3交流電壓零點(diǎn)檢測電路圖4系統(tǒng)電源電路示

7、意圖程序靈活的掌握時(shí)機(jī)從隊(duì)列中取出事件進(jìn)行處理。主要的程序接口為：voidvPr。cessEventQueues(void)。整個(gè)函數(shù)主要是將檢測到的MCPS／MLME／HW消息隊(duì)列通過各自的處理函數(shù)相應(yīng)，分別是：vProcesstncomingData(psMcpslnd)；vProcessIncomingMIme(psMImeInd)；vProcessIncomingHwEvent(psAH[．一lnd)．在前兩個(gè)函數(shù)里面通過采集不同的原語規(guī)范，其中包括Indication，Responce從而調(diào)用vAppTask實(shí)現(xiàn)不同的應(yīng)用層自定義的函數(shù)。第3

8、個(gè)函數(shù)在后文會(huì)有詳細(xì)介紹?？傮w軟件框圖如圖5所示。vAppTask的函數(shù)原型是vAppTask