ZigBee無線自組網(wǎng)的LED節(jié)能燈控制系統(tǒng)

摘要：設(shè)計(jì)了一種基于ZigBee無線自組網(wǎng)控制LED節(jié)能燈的控制系統(tǒng)。以TI公司的CC2530為主要硬件平臺(tái)，利用ZigBee Pro協(xié)議棧組建了Mesh網(wǎng)絡(luò)，在上位機(jī)上實(shí)現(xiàn)了LED燈亮度的調(diào)整和環(huán)境溫度、電壓的監(jiān)控功能。使用PT4115作為驅(qū)動(dòng)芯片，能耗低，達(dá)到了節(jié)能減排的效果。
關(guān)鍵詞：自組網(wǎng)；ZigBee技術(shù)；無線數(shù)據(jù)傳輸；WSN；LED

引言
伴隨電子技術(shù)與無線通信技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)生活水平的追求越來越高。智能化被人們所熟知，作為智能化之一的智能照明系統(tǒng)在未來照明領(lǐng)域中具有很好的發(fā)展前景。傳統(tǒng)的照明系統(tǒng)大多采用有線連接，鋪線麻煩，價(jià)格昂貴，不易擴(kuò)展，安裝復(fù)雜，不易移動(dòng)維護(hù)，能量消耗大。針對(duì)傳統(tǒng)照明的不足，可以采用無線數(shù)據(jù)傳輸來代替有線傳輸。ZigBee技術(shù)是一種新型的具有統(tǒng)一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的無線通信技術(shù)，應(yīng)用于短距離范圍內(nèi)的低速率傳輸，具有功耗低、成本低、數(shù)據(jù)傳輸可靠、網(wǎng)絡(luò)容量大等特點(diǎn)，非常適合照明系統(tǒng)的使用。另外，可以利用現(xiàn)在IC行業(yè)的快速發(fā)展，使用高效低能的驅(qū)動(dòng)技術(shù)來減少照明成本，從而達(dá)到節(jié)能減排的目的。本文介紹了一種利用ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對(duì)LED節(jié)能燈實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制的方案，給出了詳細(xì)的軟硬件設(shè)計(jì)。

1 自組網(wǎng)控制系統(tǒng)及工作原理
為實(shí)現(xiàn)故障檢測(cè)、溫度檢測(cè)、電壓檢測(cè)、亮度檢測(cè)和控制以及故障報(bào)警等功能，自組網(wǎng)控制系統(tǒng)采用了圖1所示的設(shè)計(jì)。

整個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)是由終端節(jié)點(diǎn)(ZigBee Endpoint，ZE)、路由(ZigBee Router，ZR)、和協(xié)調(diào)器(ZigBee Coordinator，ZC)3種設(shè)備構(gòu)成。其中終端是簡(jiǎn)化功能設(shè)備(Reduced Function Device，RFD)，只能與路由或者協(xié)調(diào)器直接通信。路由是全功能設(shè)備(FuU Function Device，F(xiàn)FD)，既可以和路由和終端直接通信，也可以和協(xié)調(diào)器直接通信。協(xié)調(diào)器是PAN協(xié)調(diào)器(PANC)，負(fù)責(zé)一個(gè)PAN區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)建立及管理。協(xié)調(diào)器收集所有節(jié)點(diǎn)和路由的信息，通過RS232發(fā)給監(jiān)控計(jì)算機(jī)來確定燈的亮度、環(huán)境溫度、電池電量等。
工作原理：系統(tǒng)中每個(gè)終端、路由分別控制一盞燈，每個(gè)燈對(duì)應(yīng)一個(gè)ID(終端或路由加入網(wǎng)絡(luò)時(shí)由協(xié)調(diào)器自動(dòng)分配)，各個(gè)節(jié)點(diǎn)和路由將傳感器收集的數(shù)據(jù)通過無線發(fā)送到協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器將收到的數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送到監(jiān)控計(jì)算機(jī)。如果LED燈出現(xiàn)故障，檢測(cè)電路會(huì)產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)，報(bào)警信號(hào)最終會(huì)發(fā)送到監(jiān)控計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)會(huì)提示工作人員故障燈的ID，讓維護(hù)更便利。另外終端的光敏傳感器會(huì)收集光照的程度，然后由終端自動(dòng)的調(diào)整光照的亮度。
終端也會(huì)將自身的供電電壓傳送到監(jiān)控計(jì)算機(jī)，以防節(jié)點(diǎn)缺電而影響使用。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)是由電源模塊、無線傳輸模塊(CC2530、溫度檢測(cè)、電壓檢測(cè))、LED驅(qū)動(dòng)模塊、LED檢測(cè)模塊等組成，具體硬件電路邏輯結(jié)構(gòu)如圖2所示。其中電源模塊是采用市面常用的ASM1117-5．0和ASM1117-3．3，原理簡(jiǎn)單易懂。下面主要介紹無線通信模塊和LED驅(qū)動(dòng)模塊。