基于Zigbee技術(shù)的LED燈光控制器的設(shè)計及應(yīng)用

　　本設(shè)計主要是將Zigbee 無線技術(shù)應(yīng)用在LED 照明工程中，解決了白熾燈耗電嚴(yán)重，使用壽命短的問題，同時解決照明工程中布線復(fù)雜、高功耗、資源浪費大、受距離限制、維護困難的問題。基于Zigbee 技術(shù)具有短距離、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本、低復(fù)雜度等優(yōu)點，設(shè)計出基于Zigbee 技術(shù)的智能家居LED 燈光無線控制系統(tǒng)。主要利用Zigbee無線自組網(wǎng)技術(shù)，實現(xiàn)了對LED 燈的開關(guān)和亮度調(diào)節(jié)的無線控制，并且功能細致可以分為單個燈光控制和局域燈光控制。

　　目前我國大力推行用LED 燈取代白熾燈的政策，而且將在五年內(nèi)實施完成，這一政策解決了照明耗電嚴(yán)重，使用壽命短的問題，此外，工程布線繁瑣安裝復(fù)雜，不易移動控制，能量消耗大、施工周期長、后期維護困難等這些問題仍然需要解決，Zigbee 技術(shù)的廣泛應(yīng)用給目前的問題提供了一種解決方式，并且對于家庭生活和辦公樓宇而言達到了方便快捷的目的，對于綜合管理人員達到高效安全目的。文中提出了一種Zigbee 無線自組網(wǎng)技術(shù)與LED 節(jié)能燈相結(jié)合的設(shè)計方案， 實現(xiàn)對LED 燈的亮度進行連續(xù)調(diào)節(jié)和遠程控制的功能，詳細的介紹了軟硬件設(shè)計系統(tǒng)。

　　1 Zigbee 無線技術(shù)

　　Zigbee 技術(shù)是一種應(yīng)用于短距離范圍內(nèi)，低傳輸數(shù)據(jù)速率下的各種電子設(shè)備之間無線通信技術(shù)， 是一組基于IEEE批準(zhǔn)通過的802.15.4 無線標(biāo)準(zhǔn)研制開發(fā)的，這就確定了可以再不同制造商之間共享的應(yīng)用綱要。Zigbee 兼容的產(chǎn)品工作在2.4 GHz 這個全球通用的免費開放頻段， 這個頻段提供了16 個傳輸信道，每次通信都會自主選擇一個最干凈干擾最小的信道進行數(shù)據(jù)傳輸。在網(wǎng)絡(luò)層方面，可以采用星形和網(wǎng)狀拓撲，根據(jù)節(jié)點的不同功能，可分為中央?yún)f(xié)調(diào)器 Coordinator，路由節(jié)點Router 和終端節(jié)點FFD.在這3 種拓撲結(jié)構(gòu)中，在星型網(wǎng)絡(luò)中不易實現(xiàn)Zigbee 的高級特色功能，即路由功能的，每個Zigbee 設(shè)備只能和PANC 直接通訊。網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)是最復(fù)雜的，允許路由，而且路由的路徑是自動計算出來的最佳路徑，而且網(wǎng)絡(luò)建立后，任何一個設(shè)備失效，網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備會重新計算路由的路徑， 使得不影響網(wǎng)絡(luò)其他設(shè)備正常通訊。

　　所以本系統(tǒng)采用的是樹狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，簡單且易于實現(xiàn)功能。

　　1.1 Zigbee 的優(yōu)點與特性

　　1) 低功耗是Zigbee 技術(shù)最具優(yōu)勢的地方。在通信狀態(tài)，Zigbee 終端耗電在幾十毫瓦左右，在省電模式下，耗電僅僅幾十μW，相當(dāng)有一節(jié)干電池可以工作近一年。

　　2) 可靠性：采用避免碰撞機制，同時為需要固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預(yù)留了專用時隙，避免發(fā)送數(shù)據(jù)時產(chǎn)生沖突;節(jié)點模塊之間具有自動動態(tài)組網(wǎng)的功能， 傳遞的信息在整個Zigbee 網(wǎng)絡(luò)中通過自動路由的方式進行傳輸，從而保證了信息傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

　　3) 網(wǎng)絡(luò)容量大：在同一個WPAN 上，可以存在65 536 個ZigBee 裝置，彼此可通過多重跳點的方式傳遞信息，而且具有無線網(wǎng)絡(luò)自愈功能。

　　4) 有效范圍大：有效范圍在10~75 m 之間，如果前置功放可以達到1 000 m 的通信距離。

　　5) 成本低：Zigbee 數(shù)據(jù)傳輸速率低， 協(xié)議簡單且免收專利費，所以降低成本。

　　1.2 Zigbee 無線組網(wǎng)原理

　　在網(wǎng)絡(luò)層中，ZigBee 定義了3 種角色： 第一個是中央?yún)f(xié)調(diào)器(Coordinator)，負責(zé)建立網(wǎng)絡(luò)，以及分配網(wǎng)絡(luò)各個節(jié)點地置;第二個是路由器(Router)，主要負責(zé)查找網(wǎng)絡(luò)、建立以及修復(fù)數(shù)據(jù)的路由路徑，并負責(zé)轉(zhuǎn)送數(shù)據(jù)，路由器可以與協(xié)調(diào)器通信，也可以與終端節(jié)點進行通信，路由之間也可以進行通信;第三個是終端節(jié)點(FFD)，只能選擇加入已經(jīng)形成的網(wǎng)絡(luò)，可以與路由器進行收發(fā)數(shù)據(jù)信息，但不能轉(zhuǎn)發(fā)信息，不具備路由功能。通信圖解如圖1 所示。

　　圖1 通信圖解

　　工作原理：系統(tǒng)中每個終端節(jié)點或路由器分別控制一盞燈或多盞燈，每個節(jié)點會有單獨的網(wǎng)絡(luò)地址，手持控制終端通過無線模塊發(fā)送命令到協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器將收到的命令通過無線傳輸發(fā)送到各個節(jié)點。