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

　　本設(shè)計(jì)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(shí)解決照明工程中布線復(fù)雜、高功耗、資源浪費(fèi)大、受距離限制、維護(hù)困難的問題?；?a class="contentlabel" href="http://www.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/Zigbee">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(diǎn)，設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)了對(duì)LED 燈的開關(guān)和亮度調(diào)節(jié)的無線控制，并且功能細(xì)致可以分為單個(gè)燈光控制和局域燈光控制。

　　目前我國(guó)大力推行用LED 燈取代白熾燈的政策，而且將在五年內(nèi)實(shí)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(dòng)控制，能量消耗大、施工周期長(zhǎng)、后期維護(hù)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(duì)于家庭生活和辦公樓宇而言達(dá)到了方便快捷的目的，對(duì)于綜合管理人員達(dá)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(jì)方案， 實(shí)現(xiàn)對(duì)LED 燈的亮度進(jìn)行連續(xù)調(diào)節(jié)和遠(yuǎn)程控制的功能，詳細(xì)的介紹了軟硬件設(shè)計(jì)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(gè)全球通用的免費(fèi)開放頻段， 這個(gè)頻段提供了16 個(gè)傳輸信道，每次通信都會(huì)自主選擇一個(gè)最干凈干擾最小的信道進(jìn)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?fù)?，根?jù)節(jié)點(diǎn)的不同功能，可分為中央?yún)f(xié)調(diào)器 Coordinator，路由節(jié)點(diǎn)Router 和終端節(jié)點(diǎn)FFD.在這3 種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，在星型網(wǎng)絡(luò)中不易實(shí)現(xiàn)Zigbee 的高級(jí)特色功能，即路由功能的，每個(gè)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(dòng)計(jì)算出來的最佳路徑，而且網(wǎng)絡(luò)建立后，任何一個(gè)設(shè)備失效，網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備會(huì)重新計(jì)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(jiǎn)單且易于實(shí)現(xiàn)功能。

　　1.1 Zigbee 的優(yōu)點(diǎn)與特性

　　1) 低功耗是Zigbee 技術(shù)最具優(yōu)勢(shì)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(jī)制，同時(shí)為需要固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預(yù)留了專用時(shí)隙，避免發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)產(chǎn)生沖突;節(jié)點(diǎn)模塊之間具有自動(dòng)動(dòng)態(tài)組網(wǎng)的功能， 傳遞的信息在整個(gè)Zigbee 網(wǎng)絡(luò)中通過自動(dòng)路由的方式進(jìn)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(gè)WPAN 上，可以存在65 536 個(gè)ZigBee 裝置，彼此可通過多重跳點(diǎn)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(dá)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(jiǎn)單且免收專利費(fèi)，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(gè)是中央?yún)f(xié)調(diào)器(Coordinator)，負(fù)責(zé)建立網(wǎng)絡(luò)，以及分配網(wǎng)絡(luò)各個(gè)節(jié)點(diǎn)地置;第二個(gè)是路由器(Router)，主要負(fù)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(fù)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(diǎn)進(jìn)行通信，路由之間也可以進(jìn)行通信;第三個(gè)是終端節(jié)點(diǎn)(FFD)，只能選擇加入已經(jīng)形成的網(wǎng)絡(luò)，可以與路由器進(jìn)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(gè)終端節(jié)點(diǎn)或路由器分別控制一盞燈或多盞燈，每個(gè)節(jié)點(diǎn)會(huì)有單獨(dú)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(gè)節(jié)點(diǎn)。