基于ZigBee和觸摸感應(yīng)技術(shù)的照明控制系統(tǒng)

3 ZigBee通信協(xié)議設(shè)計(jì)

　　ZigBee聯(lián)盟與IEEE802.15.4的任務(wù)小組制定的ZigBee協(xié)議棧標(biāo)準(zhǔn)有5層體系組成^[6]，其中應(yīng)用層由用戶定義。本系統(tǒng)定義的ZigBee通信協(xié)議屬應(yīng)用層，用于用戶遠(yuǎn)程控制。遠(yuǎn)程控制時(shí)，用戶手機(jī)發(fā)送控制指令到系統(tǒng)主機(jī)，系統(tǒng)主機(jī)再將該指令轉(zhuǎn)換成符合表1所示通信協(xié)議的格式，通過內(nèi)嵌的ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器將指令發(fā)送到各個(gè)燈控節(jié)點(diǎn)。

4 燈控節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)

　　燈控節(jié)點(diǎn)軟件程序主要由主程序，串口信息處理程序和觸摸按鍵掃描程序組成。

　　主程序在節(jié)點(diǎn)上電后首先進(jìn)行系統(tǒng)初始化，然后循環(huán)檢測(cè)有無串口信息處理，有無按鍵被按下等事件。主程序流程圖如圖6所示。

　　串口信息處理程序在主程序檢測(cè)到接收完成一幀串口信息后被調(diào)用。程序首先判斷該幀指令是否為本節(jié)點(diǎn)控制指令，然后根據(jù)指令要求驅(qū)動(dòng)雙向可控硅的導(dǎo)通或截止，并向主機(jī)反饋控制信息。串口信息處理程序流程圖如圖7所示。

　　觸摸按鍵掃描程序是燈控節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。按鍵處理初始化在節(jié)點(diǎn)上電后主程序中完成，包括振蕩器振蕩頻率設(shè)置，定時(shí)器T0預(yù)分頻器設(shè)置以及中斷的相關(guān)設(shè)置等。按鍵掃描原理如下：首先振蕩器頻率輸出腳在硬件上已經(jīng)和16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器T1時(shí)鐘輸入端連接，T1會(huì)從0開始計(jì)數(shù)直至溢出清零后重新計(jì)數(shù)。軟件上將振蕩器頻率輸出腳映射到某一按鍵焊盤所接單片機(jī)引腳，振蕩器便以固定頻率在該按鍵焊盤上振蕩，若有手指觸壓焊盤，振蕩頻率便減小。再設(shè)置8位定時(shí)器T0提供固定時(shí)基測(cè)量振蕩器頻率。開始測(cè)量時(shí)，T0、T1均清零，然后T0計(jì)數(shù)至溢出中斷，在T0中斷服務(wù)函數(shù)中讀取T1計(jì)數(shù)值，與前16次的采樣滑動(dòng)平均值比較，這樣就完成了對(duì)按鈕的一次掃描，如果頻率計(jì)數(shù)有顯著下降則說明按鈕被按下。最后將振蕩器移向下一個(gè)按鈕焊盤掃描。觸摸按鍵掃描程序流程圖如圖8所示。

5 測(cè)試結(jié)果

　　本文所開發(fā)的照明控制系統(tǒng)分遠(yuǎn)程控制和現(xiàn)場(chǎng)控制兩種控制方式。對(duì)于遠(yuǎn)程控制其穩(wěn)定性主要受系統(tǒng)主機(jī)與燈控節(jié)點(diǎn)間ZigBee網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性影響，故采取協(xié)調(diào)器與燈控節(jié)點(diǎn)相距10米距離，協(xié)調(diào)器連續(xù)發(fā)送1000條控制指令，每條指令間隔0.5秒，統(tǒng)計(jì)燈控節(jié)點(diǎn)收包率的方式實(shí)現(xiàn)。對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)控制，采取連續(xù)點(diǎn)擊燈控節(jié)點(diǎn)面板上觸摸按鈕1000次，每次點(diǎn)擊間隔0.5秒，統(tǒng)計(jì)燈光實(shí)際受控次數(shù)的方式實(shí)現(xiàn)。測(cè)試結(jié)果如表2所示。

　　由測(cè)試結(jié)果和大數(shù)定律可知遠(yuǎn)程控制時(shí)主機(jī)每發(fā)送一條控制指令，燈控節(jié)點(diǎn)接收到的概率是0.981，若主機(jī)連續(xù)發(fā)送兩條指令，則燈控節(jié)點(diǎn)接收到的概率：

　　而現(xiàn)場(chǎng)控制時(shí)受控率達(dá)到100%。以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明本系統(tǒng)可以有效實(shí)現(xiàn)燈光的遠(yuǎn)程控制和現(xiàn)場(chǎng)控制。燈光控制效果圖如圖9所示。

6 結(jié)束語

　　本文開發(fā)了一套基于ZigBee網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和電容觸摸感應(yīng)技術(shù)的智能家居照明控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了當(dāng)用戶外出時(shí)，利用手機(jī)等移動(dòng)設(shè)備遠(yuǎn)程控制家中燈光亮滅和在家時(shí)通過觸摸按鍵現(xiàn)場(chǎng)控制家中燈光亮滅的功能。利用ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)代替有線來搭建家庭局域網(wǎng)，省去了傳統(tǒng)燈控系統(tǒng)中繁瑣的布線工作;利用觸摸按鍵和雙向可控硅代替?zhèn)鹘y(tǒng)墻壁開關(guān)實(shí)現(xiàn)無觸點(diǎn)開關(guān)控制，解決了傳統(tǒng)開關(guān)觸點(diǎn)易磨損，可靠性隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而降低等問題。

　　該系統(tǒng)在實(shí)際批量使用中發(fā)現(xiàn)當(dāng)電網(wǎng)中雜波較多時(shí)，觸摸按鍵會(huì)發(fā)生誤觸發(fā)現(xiàn)象。下一步將重點(diǎn)研究如何提高該系統(tǒng)對(duì)不穩(wěn)地電網(wǎng)的抗干擾性。

參考文獻(xiàn)：

　　[1]周曉偉,蔡建平,鄭增威,等.基于ZigBee傳感網(wǎng)的樓宇智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)工程與科學(xué),2009,31(8):150-152

　　[2]周曉偉,蔡建平,鄭增威,等.新型室內(nèi)照明智能控制系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究,2009,26(8): 2977-2981

　　[3]徐勇,欒曉明,王丹.基于ZigBee技術(shù)的智能照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].研究與開發(fā),2010,29(1):42-45

　　[4]李治斌,鄧小芳,張余明,等.基于ZigBee技術(shù)的智能調(diào)光開關(guān)設(shè)計(jì)[J].傳感器與微系統(tǒng),2014,33(1):60-63.

　　[5]翁楊.基于電容式觸摸按鍵技術(shù)的七彩燈設(shè)計(jì)[J].電子技術(shù),2012(8): 54-56

　　[6]王東,張金榮,魏延,等.利用ZigBee技術(shù)構(gòu)建無線傳感器網(wǎng)絡(luò)[J].重慶大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2006,29(8):95-97