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智能照明系统施工方案智能照明控制开关图例系


发布时间:2020-07-20 07:07


  ZigBee作为时下新兴的近距离无线通信技术,如今深得智能设计工程师和设计人员的喜爱,可谓是已经声名在外,集万千宠爱于一身,ZigBee设计的室内智能照明系统,来领略一下这一通讯技术的魅力吧~~

  ZigBee 技术 是一种短距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通信技术,它是介于无线标记和蓝牙之间的技术方案,具有自己的无线(ZigBee) 技术标准。这是IEEE 无线个人区域(PersonalArea Network,PAN)工作组所规定的一项标准,主要适用于数据吞吐量小、网络建设投资小、安全要求高、耗电低的场合。

  从技术性能来看,ZigBee 具有低功耗、短延时、短距离、高安全、智能照明系统施工方案低速率、覆盖范围广、网络容量大等特点,并且具有廉价的市场定位,非常适合在照明系统中应用。

  ZigBee 技术网络有三种网络拓扑结构:星型结构、树状结构和网状结构[5].星型拓扑结构包括一个协调器和多个终端,没有路由;树状拓扑结构就是一个协调器和终端距离比较远,需要加路由的星型网;网状拓扑结构中,协调器、路由、终端都可以通信。在本系统中,采用网状结构。

  室内智能照明系统由一个协调器、若干个终端设备、多个手持的无线遥控器和PC上位机界面等四个部分组成。

  协调器在该系统中的作用是启动和配置网络。协调器可以保持间接寻址用的绑定表格,支持关联,同时还能设计信任中心和执行其他活动。一个ZigBee 网络只允许有一个ZigBee 协调器,终端节点最多可达65 536 个。协调器在系统中扮演命令的发送者和数据的收集者。协调器通过串口与PC 机相连,在接收到来自PC 的控制命令后,通过自己组建的ZigBee 网络发送给指定的节点。当指定的节点接收到来自协调器的命令时,就做出指定的动作,并反馈给协调器。当协调器接收到来自终端的数据信息时,就会通过串口传给PC 机。无线遥控器可以在室内的任何地方发送控制指令来控制一盏或多盏灯,使得整个照明系统更灵活。协调器主要有CC2530+CC2591 模块、串口模块,终端节点主要有CC2530+CC291 模块、LED 控制模块、温度检测模块以及光强检测模块。图1所示就是系统总体框架。

  终端节点模块的硬件框图如图2 所示。它包括光强检测模块、继电器控制模块和PWM 输出模块。光强检测模块使用的传感器是光敏电阻,选用的是新型单片测光芯片BH1750,较好地解决了传统测光系统的弊端。BH1750 是半导体制造商ROHM为适应以移动电话手机为首的便携式机器和液晶要求而开发的具有优良光谱灵敏度特性、16 b 串行输出的单片数字照度传感器。BH1750 与CC2530 之间的通信使用标准的IIC 通信协议。BH1750 与CC2530 的电路连接图如3 所示。BH1750 的3 脚和5 脚分别与CC2530 的P0_1 口和P0_0 口相连,R1 与R2 为上拉电阻。

  终端控制模块包括继电器模块和PWM模块。继电器模块利用三极管来放大驱动能力,通过CC2530上的IO口输出高低电平来控制继电器开合或者断开,从而实现对LED的开关。PWM模块可以控制LED 灯的亮度,CC2530芯片可以输出频率为200Hz,占空比可以从1%~100%的可调的PWM波。

  无线遥控模块是基于终端控制节点设计的,它可自动搜寻ZigBee 网络,并加入到网络中建立通信关系,智能照明系统设计方案使自己成为其中的一个节点,进而对整个照明系统进行遥控。遥控节点模块由PIC16F886 单片机读取4×4键盘的值,通过串口发送给CC2530+CC2591 模块,然后发送给协调器,协调器发给需要控制的灯的节点。

  软件设计包括上位机的设计和下位机的设计。下位机又包括协调器软件设计和终端节点的软件设计。

  界面包括每个节点灯的状态显示,用户的控制操作。控制操作包括5种模式:整幢楼同时开关,整层楼同时开关,整个房间同时开关,单个灯的开关,单个灯的PWM 控制。界面设计的流程如图4所示,图5则是上位机的界面图。

  本系统中协调器的两大主要功能是建立网络和进行网络管理。ZigBee 协调器主要负责建立ZigBee 网络、分配网络地址和维护绑定列表。协调器通过扫描一个空闲信道来创建一个新的网络,维护一个目前连接设备的网络列表,支持独立扫描程序来确保以前的连接设备能够重新加入网络。轮询程序一直扫面串口函数,当串口有数据发送过来时,先判断是控制指令还是数据接收指令。如果是控制指令,则发送给指定的终端节点;如果是数据接收指令,则将数据传给上位机界面。

  终端节点的任务主要是接收来自协调器的指令,并根据这些指令执行相关的操作。它会一直采样光强值,并能够实时根据光强值,改变输出PWM 值,每次改变都会反馈给上位机。终端节点会采样电池的电压,当电压低于2.2 V 时,发送消息给上位机界面,智能照明控制开关图例提醒用户更换电池。终端节点的软件流程图如图7 所示。

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