ZigBee實(shí)現(xiàn)智能調(diào)光系統(tǒng)

白光LED照明燈的出現(xiàn)，解決了原有燈具發(fā)光效率低等缺點(diǎn)，但是，在外界不是特別暗的時(shí)候，如果將室內(nèi)的白光LED燈全部打開，又會(huì)造成不必要的電能浪費(fèi)。因此，本文提出了一種可以根據(jù)外界自然光強(qiáng)度變化而自動(dòng)調(diào)整白光LED燈亮度的智能照明系統(tǒng)，并且可通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行本地?zé)o線開燈或關(guān)燈，不僅省時(shí)省力、無額外的無線通信費(fèi)用，而且通過以太網(wǎng)，還可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。

　　1 整體設(shè)計(jì)方案

　　
智能調(diào)光系統(tǒng)主要為教室、大型辦公場所等建筑而設(shè)計(jì)，因此，以某個(gè)教學(xué)樓為例，講述了方案整體設(shè)計(jì)思路，系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。該系統(tǒng)由遠(yuǎn)程監(jiān)控機(jī)、主監(jiān)控機(jī)、ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器、ZigBee終端設(shè)備、白光LED和光照傳感器等部分組成。
　　工作過程如下：
　　ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器組建網(wǎng)絡(luò)成功后，將ZigBee終端設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)。光敏電阻對(duì)室內(nèi)工作面上的光照強(qiáng)度進(jìn)行光強(qiáng)采集，將采集的實(shí)時(shí)光強(qiáng)信號(hào)傳送給ZigBee終端設(shè)備，對(duì)檢測值和給定值進(jìn)行對(duì)比，調(diào)節(jié)輸出的PWM波占空比，即可調(diào)節(jié)自光LED的光強(qiáng);同時(shí)，ZigBee終端設(shè)備將剛采集的光強(qiáng)信號(hào)傳送給ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器通過串口將數(shù)據(jù)傳送給主監(jiān)控機(jī)進(jìn)行顯示;同時(shí)，在主監(jiān)控機(jī)上點(diǎn)擊一鍵開燈或一鍵關(guān)燈，可以通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)打開白光LED燈或?qū)⑵潢P(guān)閉。另外，通過以太網(wǎng)，異地的遠(yuǎn)程監(jiān)控機(jī)也可以對(duì)室內(nèi)照明燈進(jìn)行控制、監(jiān)視。
　　2 系統(tǒng)硬件部分
　　2.1 ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器
　　系統(tǒng)的硬件核心是CC2430芯片，ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器和終端節(jié)點(diǎn)均由CC2430芯片構(gòu)成。它是一個(gè)真正的系統(tǒng)芯片(SoC)COMS解決方案，可以滿足ZigBee為基礎(chǔ)的2.4 GHz ISM波段應(yīng)用，且成本低，功耗小。它包括1個(gè)高性能的2.4 GHz直接序列擴(kuò)頻射頻收發(fā)器核心和1個(gè)工業(yè)級(jí)小巧高效的8051控制器，芯片上集成了ZigBee射頻(RF)前端、內(nèi)存和微控制器。
　　ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)ZigBee網(wǎng)絡(luò)的建立、節(jié)點(diǎn)的管理等任務(wù)，需要對(duì)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以及通過RS 232串口與PC機(jī)連接通信。
　　本系統(tǒng)選擇CC2430的UART0作為串口通信接口，其對(duì)應(yīng)的管腳如表1所示。

　　為了使系統(tǒng)穩(wěn)定工作，CC2430芯片要求供電電壓為3.3 V。為此設(shè)計(jì)了一種基于AMS1117-3.3的穩(wěn)壓電路，將5 V左右的電壓穩(wěn)定在3.3 V。
　　CC2430與PC機(jī)之間可以通過RS 232通信協(xié)議，選用MAX232芯片實(shí)現(xiàn)串口電平轉(zhuǎn)換功能。ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器原理圖如圖2所示。

　　2.2 ZigBee終端設(shè)備
　　終端設(shè)備硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。
　　工作過程如下：將光照檢測電路獲得的電壓信號(hào)送給CC2430芯片的A/D轉(zhuǎn)換接口，經(jīng)過內(nèi)部編程，通過調(diào)節(jié)PWM波的占空比來調(diào)節(jié)白光LED驅(qū)動(dòng)芯片TPS61040輸入控制端EN的控制信號(hào)，使驅(qū)動(dòng)白光LED燈發(fā)光的電流穩(wěn)定在所需光強(qiáng)。
　　光敏電阻是一種經(jīng)濟(jì)可靠的光電轉(zhuǎn)換器件，利用它的光導(dǎo)效應(yīng)，當(dāng)光線照在光敏電阻上時(shí)，電阻阻值下降。系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用MG41型光敏電阻。
　　系統(tǒng)采用恒流驅(qū)動(dòng)電路，使用TI公司的TPS61040芯片。TPS61040開關(guān)頻率高達(dá)500 Hz，由于芯片內(nèi)部與SW引腳相連的MOSFET是一個(gè)低電阻集成電源FET，它有助于實(shí)現(xiàn)極高的效率。本文設(shè)計(jì)的TPS61040白光LED驅(qū)動(dòng)電路如圖4所示。該電路可以實(shí)現(xiàn)負(fù)載斷開、過電壓保護(hù)、PWM調(diào)光等功能。
　　3 系統(tǒng)下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)
　　3.1 網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)
　　本系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器有兩個(gè)任務(wù)，一個(gè)是與PC機(jī)進(jìn)行通信，互相傳送數(shù)據(jù);另一個(gè)是與其他終端設(shè)備進(jìn)行ZigBee通信，其軟件流程圖如圖5所示。