基于ZigBee技術的無線智能照明系統(tǒng)

2.1 硬件設計

無線智能照明系統(tǒng)的網絡節(jié)點分為協(xié)調器、路由器和終端節(jié)點三種。其中，協(xié)調器的硬件結構框圖如圖1所示。

CC2430芯片是首款符合ZigBee技術標準的系統(tǒng)單芯片，片內集成增強的8051微控制器內核和符合IEEE802.15.4標準的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機制，還集成有ADC，AES安全協(xié)處理器和USART等片上外設及豐富的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)點的設計。協(xié)調器節(jié)點帶有44的鍵盤，用來設置整個系統(tǒng)的參數和發(fā)送控制命令，12 864漢字圖形點陣液晶模塊用于顯示網絡狀態(tài)信息。微控制器輸出開關量直接完成對照明燈的開關控制，微控制器輸出的數字量經過8位的數／模轉換器后，可以實現對照明燈的256級調光控制。另外，協(xié)調器節(jié)點還帶有震動感測器和亮度感測器，用于感測現場的震動信息和亮度信息。當震動感測器測得震動較弱，即認為現場人員已經離開，此時可以自動關掉照明燈或者調暗亮度。當亮度感測器測得光線太亮，如晴朗的白天，即可自動調低亮度，當亮度感測器測得光線太暗，如夜晚或者陰雨的白天，即可調高亮度。系統(tǒng)只需在一個節(jié)點上集成震動感測器和亮度感測器，即可通過ZigBee網絡向各個燈節(jié)點傳輸控制信息，實現對整個照明系統(tǒng)的智能控制、成本低廉。當然也可以將震動感測器和亮度感測器做成一個單獨的ZigBee網絡節(jié)點，用于感測現場不同位置的震動信息和亮度信息。

2.2 軟件設計

軟件設計基于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)內處于領先水平，目前還在不斷完善和增強，其最新版本Z-Stack 1.4.2，通過ZigBee測試機構德國萊茵集團的ZigBee兼容性測試，符合ZigBee 2006 specification，已被全球眾多ZigBee應用開發(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網絡，下載網絡中各節(jié)點的升級軟件，完成節(jié)點的軟件升級。Z-Stack還支持具備定位感知功能的CC2431，該特性使用戶能夠設計出可根據節(jié)點當前位置改變節(jié)點行為的新型ZigBee應用。

針對ZigBee在家庭網絡方面的應用，ZigBee Alliance制定專門的應用框架，即ZigBee Home Automation Public Application Profile。所謂Profile是對邏輯設備及其接口的描述集合，是針對某個特定應用的公約和準則，其目的是使不同廠家按照同一個ProfiIe設計的產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備、采暖通風空調設備、自動窗簾和報警裝置的設計規(guī)范。本文的無線智能照明系統(tǒng)就是在這個Profile的基礎上實現的。

Z-Stack提供了豐富的函數調用接口，其中用于發(fā)送數據報的函數如下：

其他具體的程序設計在這里不做一一闡述。