基于ZigBee技術(shù)的智能調(diào)光系統(tǒng)

能源危機(jī)正在威脅著人類，要想可持續(xù)發(fā)展，節(jié)能環(huán)保勢在必行。一直以來，千家萬戶的照明燈都是用白熾燈和熒光燈，但是它們的發(fā)光效率低，造成了大量的電能浪費(fèi)。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候，如果將室內(nèi)的白光LED燈全部打開，又會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)時光強(qiáng)信號傳送給ZigBee終端設(shè)備，對檢測值和給定值進(jìn)行對比，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，ZigBee終端設(shè)備將剛采集的光強(qiáng)信號傳送給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，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個工業(yè)級小巧高效的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。