基于ZigBee的智能LED設(shè)計(jì)

廣東工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院 王 磊 王欽若

0 引言

ZigBee作為一種新興的短距離、低成本、低功耗、低復(fù)雜度的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于智能家居、無線數(shù)據(jù)采集、消費(fèi)類電子產(chǎn)品等方方面面。ZigBee 還采用了 IEEE 802.15.4無線標(biāo)準(zhǔn)，具有省電、簡(jiǎn)單、低成本等特點(diǎn)，并且增加了相應(yīng)的邏輯網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)安全和應(yīng)用層。Zig-Bee無線目前有3個(gè)可使用的頻段，分別是2.4GHz的ISM頻段、美國的915MHz頻段及歐洲的868MHz頻段，并且不同頻段可使用的信道分別是16、10、1個(gè)，現(xiàn)在中國采用的是2.4G頻段，是免申請(qǐng)和免使用費(fèi)的頻率。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)圖

本系統(tǒng)將每個(gè)LED燈具都當(dāng)做ZigBee的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，當(dāng)LED節(jié)點(diǎn)較多時(shí)，路由器負(fù)責(zé)擴(kuò)展覆蓋面，還負(fù)責(zé)所在區(qū)域LED燈具節(jié)點(diǎn)與協(xié)調(diào)器數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)發(fā)，協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)啟動(dòng)和控制網(wǎng)絡(luò)，并存儲(chǔ)關(guān)于網(wǎng)絡(luò)的信息，包括作為認(rèn)證中心和和安全密鑰的貯藏所，上位機(jī)軟件即為整個(gè)系統(tǒng)的監(jiān)控軟件，通過該軟件能更好更直觀的體現(xiàn)設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)意圖及實(shí)時(shí)掌握控制系統(tǒng)的狀態(tài)。

2 硬件電路設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)LED燈具采用的是傳統(tǒng)的燈具，要對(duì)其進(jìn)行控制，ZigBee硬件電路中就必須增加一個(gè)繼電器，因此繼電器電路設(shè)計(jì)是本設(shè)計(jì)的核心，繼電器是一種電子控制器件，是用較小電流控制較大電流的一種“自動(dòng)開關(guān)”。圖2所示是繼電器硬件電路，通過控制節(jié)點(diǎn) 1 的按鍵 S1 控制發(fā)送數(shù)據(jù)給協(xié)調(diào)器。協(xié)調(diào)器在接收到信號(hào)后執(zhí)行控制繼電器指令，從而控制臺(tái)燈。整個(gè)過程在協(xié)議棧Z-STACK的SampleApp.eww上完成。

3 軟件設(shè)計(jì)

圖2 繼電器硬件電路圖

圖3 軟件設(shè)計(jì)流程圖

整個(gè)軟件設(shè)計(jì)是基于TI公司Z-STACK協(xié)議棧上進(jìn)行相應(yīng)的程序開發(fā)，開發(fā)人員通過使用協(xié)議棧來使用這個(gè)協(xié)議的，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)無線數(shù)據(jù)收發(fā)，從而對(duì)LED節(jié)點(diǎn)發(fā)送命令，實(shí)行智能控制LED的目的。ZigBee協(xié)議主要是分成兩部分，IEEE 802.15.4 定義了 PHY（物理層）和 MAC（介質(zhì)訪問層）技術(shù)規(guī)范；ZigBee聯(lián)盟主要是定義了 NWK（網(wǎng)絡(luò)層）、APS（應(yīng)用程序支持子層）、APL（應(yīng)用層）的技術(shù)規(guī)范。而ZigBee 協(xié)議棧就是將各個(gè)層定義的協(xié)議及函數(shù)都集中在一起，并以函數(shù)的形式實(shí)現(xiàn)，給用戶提供 API(應(yīng)用層)，讓用戶可以直接調(diào)用，十分方便。本軟件設(shè)計(jì)流程圖如圖3所示。

4 結(jié)論

傳統(tǒng)LED燈具經(jīng)過ZigBee組網(wǎng)，已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)無線智能開關(guān)，大大減少了以前布線的成本，通過設(shè)計(jì)上位機(jī)軟件，還可以實(shí)現(xiàn)PC端遠(yuǎn)程控制LED的亮滅，節(jié)省人工開關(guān)時(shí)間，并可以設(shè)置定時(shí)開關(guān)，充分體現(xiàn)了智能化的特點(diǎn)，是未來商場(chǎng)、學(xué)校、醫(yī)院LED智能改造的一個(gè)發(fā)展方向。

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