無線智能照明系統(tǒng).doc

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1、基于ZigBee技術(shù)的無線智能照明系統(tǒng)（重慶機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院鄭小發(fā)重慶璧山402760）摘要：在這里簡單介紹一種新型無線智能照明系統(tǒng)特點的基礎(chǔ)上，討論基于ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的無線智能照明系統(tǒng)的實現(xiàn)。硬件設(shè)計基于支持ZigBee的SoC芯片CC2430，軟件設(shè)計基于Z-Stack協(xié)議棧和ZigBeeAlliance規(guī)定的ZigBeeHomeAuto-mationPublicApplicationProfile。系統(tǒng)可以實現(xiàn)對燈節(jié)點的單控、全控、開關(guān)控制以及調(diào)光控制，達(dá)到使照明系統(tǒng)更加便捷和節(jié)能的設(shè)計目

2、的。關(guān)鍵詞：照明系統(tǒng)；無線網(wǎng)絡(luò)；ZigBee；CC24301、引言隨著社會的進(jìn)步，節(jié)能和環(huán)保已是大勢所趨，在照明領(lǐng)域中，采用新型節(jié)能光源、節(jié)能電器及高效燈具來達(dá)到節(jié)約電能的目的，已廣泛被人們所接受。但如何通過節(jié)能照明設(shè)計來達(dá)到節(jié)約能源的目的才剛被人們重視。基于有線的照明控制系統(tǒng)，具有布線麻煩，增減設(shè)備需要重新布線、系統(tǒng)可擴(kuò)展性差、系統(tǒng)安裝和維護(hù)成本高以及移動性能差等缺點，因此無線通信技術(shù)，是實現(xiàn)智能照明系統(tǒng)的理想選擇。近年來，近距離無線通信技術(shù)獲得了迅猛的發(fā)展。其中主流技術(shù)包括紅外技術(shù)、藍(lán)牙(Blueto

3、oth)、Wi—Fi、UWB(Ultra—Wideband)和ZigBee技術(shù)等。它們都有各自的標(biāo)準(zhǔn)、特點和相應(yīng)的應(yīng)用領(lǐng)域，另外還有Z—Wave和MiWi等專有無線技術(shù)。智能照明系統(tǒng)自身的要求和ZigBee技術(shù)具有的特點，決定了ZigBee是實現(xiàn)無線智能照明系統(tǒng)的最佳解決方案。無線智能照明系統(tǒng)的控制器與照明燈節(jié)點之間只需傳輸開關(guān)信號和調(diào)光信號等開光量，且數(shù)據(jù)發(fā)送頻率不高，而ZigBee的最大傳輸速率可以達(dá)到250kb／s，這對于實現(xiàn)無線智能照明系統(tǒng)來說已經(jīng)足夠；無線智能照明系統(tǒng)的各個燈節(jié)點往往需要組成一個

4、星型網(wǎng)、簇狀網(wǎng)或者網(wǎng)狀網(wǎng)，節(jié)點數(shù)量在幾十到幾千個之間，ZigBee對以上拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)都做了很好的支持，且網(wǎng)絡(luò)最大節(jié)點數(shù)可達(dá)65535，很好地滿足了無線智能照明系統(tǒng)對網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及容量的要求，而這是藍(lán)牙和紅外技術(shù)所無法滿足的；不同廠家生產(chǎn)的無線智能照明系統(tǒng)的各種節(jié)點之間要求具有互操作性，ZigBee是一個開放式全球標(biāo)準(zhǔn)，世界各大ZigBee方案提供商都通過ZigBeeAlliance的兼容性測試，并且ZigBeeAlliance針對照明系統(tǒng)，專門制定了相應(yīng)的Profile，因此不同廠家基于ZigBee技術(shù)開發(fā)的燈節(jié)

5、點之間可以進(jìn)行互操作和相互替換，從而保障生產(chǎn)商和用戶的利益和成本投人，這是Z-Wave和MiWi等專有的無線技術(shù)所無法滿足的；智能照明系統(tǒng)，比如智能家居，需要所有房間和樓層間的通信，這就需要系統(tǒng)具有穿墻的信號傳遞功能和網(wǎng)絡(luò)功能，ZigBee工作在2．4GHz的ISM頻段，節(jié)點之間的最大通信距離可達(dá)100m，信號具有一定的穿墻能力，并且ZigBee支持路由節(jié)點，只要合理布局，可以保證建筑物內(nèi)沒有無線通信的盲區(qū)，這是紅外技術(shù)所無法提供的；ZigBee具備較快的響應(yīng)特性，2個節(jié)點之間的一次數(shù)據(jù)發(fā)送過程在5ms之

6、內(nèi)即可完成，滿足照明系統(tǒng)對實時性的要求；照明系統(tǒng)對成本非常敏感，這將決定它能否實用化和產(chǎn)業(yè)化，ZigBee是一種低速率、低成本的無線通信技術(shù)，相比于Wi—Fi和UWB等這些適用于無線局域網(wǎng)和多媒體應(yīng)用的高速率無線標(biāo)準(zhǔn)而言，成本非常低廉。這種無線智能照明系統(tǒng)主要討論基于ZigBee技術(shù)的無線智能照明系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計。2、基于ZigBee的智能照明系統(tǒng)的實現(xiàn)ZigBee是一種在無線個人網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域中新興的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。電子與電氣工程師協(xié)會IEEE于2000年底成立了802．15．4工作組，規(guī)定了ZigBee的物理

7、層和媒體接人控制層引。2001年8月成立了ZigBee聯(lián)盟，負(fù)責(zé)ZigBee規(guī)范的制定和應(yīng)用推廣工作，2004年12月推出ZigBee規(guī)范的正式版本ZigBeeSpecificationV1．0。目前，ZigBee標(biāo)準(zhǔn)在ZigBee聯(lián)盟的推動下正日趨增強(qiáng)和完善，其實際工程應(yīng)用正日益普及。世界各大半導(dǎo)體巨頭TI，F(xiàn)reeScale和Ember等各自推出了符合ZigBee標(biāo)準(zhǔn)的芯片及協(xié)議棧。其中，TI公司的CC2430加Z-Stack協(xié)議棧是業(yè)內(nèi)公認(rèn)的最佳解決方案。這種無線智能照明系統(tǒng)就是在這個平臺上實現(xiàn)的。

8、2．1硬件設(shè)計無線智能照明系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點分為協(xié)調(diào)器、路由器和終端節(jié)點三種。其中，協(xié)調(diào)器的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。圖1系統(tǒng)硬件框圖CC243o芯片是首款符合ZigBee技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)單芯片，片內(nèi)集成增強(qiáng)的8051微控制器內(nèi)核和符合IEEE802．15．4標(biāo)準(zhǔn)的2．4GHz射頻收發(fā)器，具有優(yōu)良的無線接收靈敏度和強(qiáng)大的抗干擾性能，處于休眠模式時整個芯片的流耗小于0．9A，從硬件上支持CSMA／CA機(jī)制，還集成有AI，AES安全協(xié)處理