基于Zigbee的家庭燈光無線控制系統(tǒng)設(shè)計

林吉

摘 要：燈光是屬于家庭環(huán)境的基本需求，因此設(shè)計了一種基于Zigbee的燈光無線控制系統(tǒng)。系統(tǒng)硬件框架以芯片CC2530為核心，軟件設(shè)計以C語言編寫程序代碼，使用IAR開發(fā)平臺進行功能調(diào)試，運用Altium Designer 10進行系統(tǒng)PCB設(shè)計。實物最終測試結(jié)果表明，系統(tǒng)能夠有效地進行LED和大功率燈泡的控制，效果穩(wěn)定，鋪設(shè)簡單，無需重新布線，適合家庭使用。

關(guān)鍵詞：Zigbee；燈光控制；無線技術(shù)

中圖分類號：TU113 文獻標識碼：A

1.系統(tǒng)總體架構(gòu)

本設(shè)計主要利用無線模塊進行數(shù)據(jù)傳輸，主要包括一個控制中心，一個網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)節(jié)點和兩個終端節(jié)點，實現(xiàn)對燈具開關(guān)的控制，系統(tǒng)設(shè)計框架如圖1所示?？刂浦行呢撠熅W(wǎng)絡(luò)節(jié)點的信息存儲、信息的發(fā)送與接收，并向傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)送控制指令。協(xié)調(diào)器通過設(shè)定網(wǎng)絡(luò)標識來建立一個網(wǎng)絡(luò)，主要檢測控制信號是否到來，進而實現(xiàn)對終端行為的控制。燈控終端感知燈光開關(guān)狀態(tài)，并發(fā)送到協(xié)調(diào)器節(jié)點，同時它依據(jù)協(xié)調(diào)器節(jié)點發(fā)送的燈控指令，驅(qū)動繼電器和LED。

2.硬件選擇與設(shè)計

硬件系統(tǒng)以CC2530芯片為核心，將Zigbee天線SMA接口、晶振、電源電路和阻抗匹配電路集成一塊到Zigbee射頻PCB板上，并配備標準排針接口與外圍功能底板連接。CC2530是應用了2.4GHz頻段IEEE802.15.4協(xié)議Zigbee和RF4CE的片上系統(tǒng)，配備8051CPU，自帶可編程閃存，8KB RAM。兩個時鐘電路，一個由32MHz晶振主振蕩器倍頻產(chǎn)生2.4GHz的工作頻率，另一個是32.7kHz的時鐘源晶振。無線射頻采用一個SMA連接器與單極天線連接。底板主要由USB轉(zhuǎn)串口模塊、控制按鍵和指示燈，以及實現(xiàn)RS232轉(zhuǎn)USB的PL2303電路組成。

3.軟件設(shè)計

3.1 Zigbee協(xié)議架構(gòu)

軟件部分設(shè)計移植了Z-Stack協(xié)議棧，Z-stack協(xié)議是在網(wǎng)絡(luò)層以及更高層上實現(xiàn)的組網(wǎng)功能，其協(xié)議棧的實現(xiàn)是軟件設(shè)計部分的核心，整個系統(tǒng)在操作抽象層OSAL協(xié)調(diào)下運行。Z-Stack裝載在基于IAR開發(fā)環(huán)境中，程序采用C語言編寫，使用IAR EW8051嵌入式工作臺對其編譯和調(diào)試，并下載到功能模塊。

3.2 燈控系統(tǒng)軟件流程

軟件流程可分為系統(tǒng)初始化、組建網(wǎng)絡(luò)；發(fā)送控制指令；終端響應這3部分。首先設(shè)備初始化，禁止所有中斷，終端節(jié)點檢測是否存在網(wǎng)絡(luò)，存在則發(fā)送入網(wǎng)請求，加入網(wǎng)絡(luò)，不存在，協(xié)調(diào)器建立一個新網(wǎng)絡(luò)：初始化I/O口、HAL的驅(qū)動、MAC層，系統(tǒng)分配一個64位的網(wǎng)絡(luò)地址，接受終端節(jié)點入網(wǎng)，允許中斷進入，至此初始化階段完畢。然后，遍歷整個程序查找事件，檢查有無控制指令發(fā)出，若有，終端節(jié)點響應指令，執(zhí)行處理動作，若無，則進入休眠狀態(tài)。

4.實物測試

本設(shè)計使用了兩個ZigBee模塊，一個扮演系統(tǒng)中控制部分的角色，類似使用的遙控器，另一個是實現(xiàn)具體燈控功能的燈和繼電器，通過按鍵的次數(shù)操縱燈的亮滅。

終端模塊左下角有電源指示燈，上電后點亮，左上角是聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)指示燈，上電后處于閃爍狀態(tài)，表示正在搜索相關(guān)網(wǎng)絡(luò)，加入網(wǎng)絡(luò)后長亮。圖2為終端響應調(diào)試結(jié)果。當協(xié)調(diào)器S1鍵按下后，LED點亮，再次按下，熄滅；按鍵S2按下后繼電器上電，繼電器指示燈點亮。S2再次按鍵按下后，繼電器斷電，燈泡熄滅。

結(jié)語

本文給出了一種基于Zigbee的燈光無線控制系統(tǒng)設(shè)計，包括硬件核心部件和軟件部分設(shè)計，并且進行了系統(tǒng)的核心功能的實物實驗。實驗結(jié)果表明，此設(shè)計可以進行LED燈組和普通家用燈泡的無線遠程控制。應用Zigbee的網(wǎng)絡(luò)容量大的特點還可以擴展更大的燈控網(wǎng)絡(luò)。本系統(tǒng)對于智能家居的設(shè)計提供了一種安全簡便的方案，減少用戶的布線成本，滿足用戶的基本需求。

參考文獻

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