基于zigbee的智能燈控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

曾西通

摘要：針對(duì)現(xiàn)有教室照明系統(tǒng)存在的能源浪費(fèi)及燈光明暗不合理現(xiàn)象，本文提出了一種基于zigbee技術(shù)的智能燈控系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過(guò)zigbee無(wú)線通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)校園教室燈光的實(shí)時(shí)控制和總體遠(yuǎn)程控制，從而達(dá)到高效，快捷，自動(dòng)化，方便化的功能。經(jīng)測(cè)試該系統(tǒng)能很好的改變教室電能浪費(fèi)的情況，從而實(shí)現(xiàn)良好地節(jié)能管理，且具有很大的市場(chǎng)潛力。

關(guān)鍵詞：智能燈控教室 物聯(lián)網(wǎng) zigbee技術(shù)

中圖分類(lèi)號(hào)：TM923.3；TN926.23 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2016）06-0010-01

傳統(tǒng)有線連接的教室照明燈系統(tǒng)建設(shè)花費(fèi)高、成本巨大、線路復(fù)雜、不易擴(kuò)充或則移動(dòng)，在起初建設(shè)設(shè)計(jì)之后就不易更改，且無(wú)智能化。于是為了改善這一傳統(tǒng)，該系統(tǒng)運(yùn)用的主要技術(shù)是zigbee技術(shù)，它是一種新型的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可以解決在一定物聯(lián)網(wǎng)范圍內(nèi)不同節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸。而且本系統(tǒng)還運(yùn)用了熱釋紅外線傳感器和光敏電阻參與組合，使得該系統(tǒng)能夠?qū)χ車(chē)h(huán)境信息采集，實(shí)現(xiàn)智能化控制，人進(jìn)入教室燈能自動(dòng)亮起，而且也能根據(jù)教室人數(shù)和周?chē)庹諒?qiáng)度來(lái)開(kāi)啟相應(yīng)數(shù)量的燈。下文中我們將深入研究如何運(yùn)用zigbee技術(shù)實(shí)現(xiàn)燈光控制。

1 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

1.1 zigebee簡(jiǎn)介

Zi1gbee是建立在IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)至上，之后成立了zigbee聯(lián)盟，經(jīng)過(guò)Zigbee聯(lián)盟對(duì)IEEE802.15.4的改進(jìn)。數(shù)據(jù)傳輸速率低，功耗低，成本低，網(wǎng)絡(luò)容量大，時(shí)延短，安全，工作頻段靈活，傳輸可靠。

1.2 紅外熱釋電傳感器的工作原理

紅外熱釋電傳感器的工作原理是利用熱釋電效應(yīng)，，當(dāng)有紅外線直接照射或則間歇式照射，其表面溫度就會(huì)上升，引起自發(fā)極化電荷，這樣就導(dǎo)致在上下極之間產(chǎn)生電壓。紅外熱釋電傳感器具有反應(yīng)速度快、準(zhǔn)確的高、靈敏度高、測(cè)量范圍廣、使用方便的特點(diǎn)。

1.3 光敏傳感器的工作原理

光敏傳感器是運(yùn)用光敏原件把光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的一種傳感器。當(dāng)電流通過(guò)一個(gè)電阻時(shí)，電阻兩端的電壓被轉(zhuǎn)換成可被采集器的數(shù)模轉(zhuǎn)換器接收的0～5V電壓，然后采集以適當(dāng)?shù)男问桨呀Y(jié)果保存下來(lái)。簡(jiǎn)言之，光敏傳感器就是利用光敏電阻受光線強(qiáng)度影響而阻值發(fā)生變化的原理向開(kāi)發(fā)板發(fā)送光線強(qiáng)度的模擬信號(hào)。

2 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

2.1 控制的總體思路

本裝置使用的CC2530芯片作為控制器，分為終端和協(xié)調(diào)器兩個(gè)部分，終端部分裝有紅外熱釋電傳感器和光敏傳感器，分別對(duì)進(jìn)入教室人數(shù)和室內(nèi)光照強(qiáng)度的采集并發(fā)送至協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器通過(guò)已經(jīng)錄入的代碼設(shè)定對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行分析，進(jìn)而對(duì)教室燈光進(jìn)行控制。整個(gè)過(guò)程為終端收到信息，然后傳輸?shù)絽f(xié)調(diào)器，再由協(xié)調(diào)器去控制教室內(nèi)部燈控，同時(shí)反饋到上位機(jī)。

2.2 控制的方案分析

本裝置能夠?qū)χ車(chē)畔⑦M(jìn)行自動(dòng)的采集和分析，本裝置設(shè)置兩個(gè)控制方式：

（1）自動(dòng)化控制：當(dāng)教室空無(wú)一人時(shí)，燈處于關(guān)閉狀態(tài)。當(dāng)有人進(jìn)入教室，傳感器（終端）把信息發(fā)送到協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器對(duì)信息處理后再滿(mǎn)足條件之后，對(duì)終端進(jìn)行控制，燈光的亮度和開(kāi)啟的盞數(shù)取決于周?chē)h(huán)境的燈光強(qiáng)度和人數(shù)。

（2）PC控制：通過(guò)PC端（上位機(jī)）運(yùn)用串口透?jìng)鳠o(wú)線傳輸，協(xié)調(diào)器把當(dāng)前各終端的信息反饋到上位機(jī)，通過(guò)軟件能夠了解每間教室的照明情況，同時(shí)可通過(guò)軟件發(fā)送命令給協(xié)調(diào)器以控制燈光的強(qiáng)度和數(shù)量。

2.3 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)化的實(shí)現(xiàn)

本裝置采用zigebee協(xié)議棧組網(wǎng)的方式實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的建立與節(jié)點(diǎn)的加入。利用組播組網(wǎng)的發(fā)送方式來(lái)進(jìn)行信息的發(fā)送，當(dāng)人體紅外傳感器感應(yīng)到人來(lái)時(shí)，把信息反饋到所在的終端節(jié)點(diǎn)，然后終端把信息發(fā)送到協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器對(duì)信息進(jìn)行處理，并把操作指令發(fā)送到LED終端上。再次過(guò)程中，協(xié)調(diào)器把最終信息發(fā)送到PC上，使用者可以隨時(shí)查看電燈信息，并且可通過(guò)上位機(jī)對(duì)每間教室進(jìn)行控制。

3 系統(tǒng)硬件程序設(shè)計(jì)

3.1 教室人數(shù)的采集

在此系統(tǒng)中，當(dāng)有人進(jìn)入教室，紅外熱釋電傳感器感應(yīng)范圍模塊輸出高電平，傳感器只需讀取與之相連的IO口電平，來(lái)判斷當(dāng)前的狀態(tài)，最后發(fā)送給協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器對(duì)每次的輸出進(jìn)行記錄。該系統(tǒng)在前、后門(mén)各放置兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，當(dāng)有人依次觸發(fā)一、二節(jié)點(diǎn)時(shí)判定為有人進(jìn)入，但當(dāng)只有觸發(fā)第一個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)，則判定為無(wú)人進(jìn)入；當(dāng)有人先觸發(fā)第二節(jié)點(diǎn)再觸發(fā)第一節(jié)點(diǎn)則判定有人離開(kāi)。

3.2 教室光照強(qiáng)度采集

當(dāng)光線的強(qiáng)度發(fā)生變化時(shí)，光敏傳感器產(chǎn)生電壓差，協(xié)調(diào)器通過(guò)IO口的電平的變化來(lái)記錄信息，然后將信息發(fā)送到協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器通過(guò)傳送的信息來(lái)對(duì)當(dāng)前情況做出判斷，對(duì)終端發(fā)出相關(guān)指令。

4 系統(tǒng)測(cè)試及總結(jié)

本文進(jìn)行了基于Zigbee技術(shù)的燈控系統(tǒng)討論與研究。介紹了運(yùn)用CC2530開(kāi)發(fā)板的智能教室燈光的控制系統(tǒng)，利用zigbee技術(shù)實(shí)現(xiàn)了無(wú)線傳輸信號(hào)，降低了成本，方便，快捷。通過(guò)對(duì)本系統(tǒng)的測(cè)試，該系統(tǒng)完全能夠自動(dòng)化的根據(jù)教室里面的人數(shù)來(lái)對(duì)電燈進(jìn)行控制，而且通過(guò)PC端可以遠(yuǎn)程進(jìn)行教室使用情況進(jìn)行了解，也可遠(yuǎn)程控制燈，大大減少了工作量和人力資源。該系統(tǒng)后期作為智能化管理這一塊，可運(yùn)用到很多地方，也可增加許多輔助功能，比如，監(jiān)控，報(bào)警，周?chē)諝赓|(zhì)量等。

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