基于ZigBee技術(shù)的無線智能照明系統(tǒng)

2.1 硬件設(shè)計

無線智能照明系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)分為協(xié)調(diào)器、路由器和終端節(jié)點(diǎn)三種。其中，協(xié)調(diào)器的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

CC2430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2.4 GHz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0.9 μA，從硬件上支持CSMA／CA機(jī)制，還集成有ADC，AES安全協(xié)處理器和USART等片上外設(shè)及豐富的I／O口資源。只需添加晶振等少量的元器件即可完成ZigBee節(jié)點(diǎn)的設(shè)計。協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)帶有44的鍵盤，用來設(shè)置整個系統(tǒng)的參數(shù)和發(fā)送控制命令，12 864漢字圖形點(diǎn)陣液晶模塊用于顯示網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息。微控制器輸出開關(guān)量直接完成對照明燈的開關(guān)控制，微控制器輸出的數(shù)字量經(jīng)過8位的數(shù)／模轉(zhuǎn)換器后，可以實現(xiàn)對照明燈的256級調(diào)光控制。另外，協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)還帶有震動感測器和亮度感測器，用于感測現(xiàn)場的震動信息和亮度信息。當(dāng)震動感測器測得震動較弱，即認(rèn)為現(xiàn)場人員已經(jīng)離開，此時可以自動關(guān)掉照明燈或者調(diào)暗亮度。當(dāng)亮度感測器測得光線太亮，如晴朗的白天，即可自動調(diào)低亮度，當(dāng)亮度感測器測得光線太暗，如夜晚或者陰雨的白天，即可調(diào)高亮度。系統(tǒng)只需在一個節(jié)點(diǎn)上集成震動感測器和亮度感測器，即可通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)向各個燈節(jié)點(diǎn)傳輸控制信息，實現(xiàn)對整個照明系統(tǒng)的智能控制、成本低廉。當(dāng)然也可以將震動感測器和亮度感測器做成一個單獨(dú)的ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，用于感測現(xiàn)場不同位置的震動信息和亮度信息。

2.2 軟件設(shè)計

軟件設(shè)計基于TI公司推出的跟CC2430芯片配套的Z-Stack協(xié)議棧和IAR集成開發(fā)環(huán)境。Z-Stack在業(yè)內(nèi)處于領(lǐng)先水平，目前還在不斷完善和增強(qiáng)，其最新版本Z-Stack 1.4.2，通過ZigBee測試機(jī)構(gòu)德國萊茵集團(tuán)的ZigBee兼容性測試，符合ZigBee 2006 specification，已被全球眾多ZigBee應(yīng)用開發(fā)廠家所采用，支持多種硬件平臺，包括面向IEEE／ZigBee的CC2430片上系統(tǒng)解決方案，基于CC2420收發(fā)器的新平臺和MSP430超低功耗微處理器。此外，Z-Stack還支持豐富的新特性，如無線下載，即通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)，下載網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)的升級軟件，完成節(jié)點(diǎn)的軟件升級。Z-Stack還支持具備定位感知功能的CC2431，該特性使用戶能夠設(shè)計出可根據(jù)節(jié)點(diǎn)當(dāng)前位置改變節(jié)點(diǎn)行為的新型ZigBee應(yīng)用。

針對ZigBee在家庭網(wǎng)絡(luò)方面的應(yīng)用，ZigBee Alliance制定專門的應(yīng)用框架，即ZigBee Home Automation Public Application Profile。所謂Profile是對邏輯設(shè)備及其接口的描述集合，是針對某個特定應(yīng)用的公約和準(zhǔn)則，其目的是使不同廠家按照同一個ProfiIe設(shè)計的產(chǎn)品之間可以相互操作、相互替換。ZigBee HomeAutomation Public Application Profile規(guī)定了智能家居中的照明設(shè)備、采暖通風(fēng)空調(diào)設(shè)備、自動窗簾和報警裝置的設(shè)計規(guī)范。本文的無線智能照明系統(tǒng)就是在這個Profile的基礎(chǔ)上實現(xiàn)的。

Z-Stack提供了豐富的函數(shù)調(diào)用接口，其中用于發(fā)送數(shù)據(jù)報的函數(shù)如下：

其他具體的程序設(shè)計在這里不做一一闡述。