基于Zigbee無線通信協(xié)議的智能燈光控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：文章以樓宇自動(dòng)化中教室照明系統(tǒng)為對(duì)象，介紹了以ZigBee為無線通信協(xié)議，以STM32W108為處理器，開發(fā)的一種基于ZigBee無線通信協(xié)議的智能燈光控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由智能燈光節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)和數(shù)據(jù)中心(主控制室)三個(gè)部分組成，其中智能燈光節(jié)點(diǎn)通過光亮度傳感器和紅外線傳感器的數(shù)據(jù)采集，智能調(diào)節(jié)一定區(qū)域內(nèi)的燈光(系統(tǒng)判定無人的情況下)，并且可以通過無線傳感網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)給網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，最后把數(shù)據(jù)傳輸?shù)街骺刂剖?，從而達(dá)到對(duì)教室照明系統(tǒng)的智能控制。
關(guān)鍵詞：ZigBee協(xié)議；STM32W108微處理器；智能燈光節(jié)點(diǎn)；光亮度傳感器

0 引言
照明設(shè)備在日常生活中是必不可少的，而對(duì)于照明系統(tǒng)的控制，一直是樓宇控制系統(tǒng)中至關(guān)重要的部分。然而，隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，能源短缺問題日益突出，但是目前，在很多大中專院校、企業(yè)辦公大樓、政府機(jī)關(guān)單位及醫(yī)院等一些公共場(chǎng)所，普遍存在著室內(nèi)無人卻“燈火通明”的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象造成了嚴(yán)重的資源浪費(fèi)，節(jié)約照明所用的電能已經(jīng)成為建筑節(jié)能的重點(diǎn)，所以智能照明控制系統(tǒng)變得尤為重要。為此，本設(shè)計(jì)采用了ZigBee無線通信技術(shù)組建網(wǎng)絡(luò)，以高校中一棟大型教學(xué)樓為對(duì)象，實(shí)現(xiàn)對(duì)照明系統(tǒng)的智能控制，從而很好地節(jié)約了電能的使用。
ZigBee技術(shù)是一種應(yīng)用于短距離范圍內(nèi)、低傳輸速率下的各種電子設(shè)備之間的無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)。ZigBee技術(shù)具有成本低、可靠性好、時(shí)延短、網(wǎng)絡(luò)容量大、覆蓋范圍廣等特點(diǎn)。
對(duì)于無線技術(shù)，節(jié)點(diǎn)的功耗問題一直是限制無線技術(shù)發(fā)展的主要問題之一，而本設(shè)計(jì)的一個(gè)顯著特點(diǎn)是，節(jié)點(diǎn)并不是使用電池供電，而是直接取用原有照明系統(tǒng)的電能，這樣既解決了無線節(jié)點(diǎn)的功耗問題，又不會(huì)過多影響原有的照明系統(tǒng)，從而也降低了成本。

1 系統(tǒng)綜述
圖1為本設(shè)計(jì)的整體框圖，教學(xué)樓中每間教室均至少分布一個(gè)終端節(jié)點(diǎn)，處在一定區(qū)域的多個(gè)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，整棟教學(xué)樓有多個(gè)這樣的網(wǎng)絡(luò)組成，當(dāng)分布在終端節(jié)點(diǎn)的光亮度傳感器和紅外傳感器采集到數(shù)據(jù)后，無線發(fā)送到處在本區(qū)域的全功能節(jié)點(diǎn)，全功能節(jié)點(diǎn)(FFD)本身具有終端節(jié)點(diǎn)的作用，然后再由全功能節(jié)點(diǎn)無線發(fā)送的協(xié)調(diào)器(Coordinator)，最后通過有線傳送到主控室上位機(jī)。

在本設(shè)計(jì)中，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)，包括全功能節(jié)點(diǎn)、協(xié)調(diào)器都具有唯一的地址，這樣，協(xié)調(diào)器具有對(duì)本網(wǎng)絡(luò)的管理功能；同樣，也可以通過對(duì)主控室上位機(jī)進(jìn)行操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)本網(wǎng)絡(luò)中任一個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行參數(shù)設(shè)定或控制，以達(dá)到對(duì)全網(wǎng)的控制。
對(duì)于教室的單個(gè)節(jié)點(diǎn)，當(dāng)采集到光亮度信息和紅外信息后，經(jīng)MCU處理后，對(duì)本節(jié)點(diǎn)繼電器進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)燈光的控制。