基于ZigBee無線通信的LED調(diào)光系統(tǒng)設(shè)計

羅俊堅　周坤鵬　梁卓麟　唐堅銳　麥銘強　梁佩瑩

摘 要：文章介紹了一種利用ZigBee實現(xiàn)無線通信的燈光調(diào)節(jié)系統(tǒng)，實現(xiàn)對LED燈的開合、亮度的調(diào)節(jié)。系統(tǒng)包括 CC2530模塊、光傳感模塊、LED燈控制模塊。其中，CC2530模塊負責信息通信，LED控制燈模塊負責驅(qū)動LED燈，光傳感模塊負責采集光照信息。系統(tǒng)通過光傳感模塊獲得光強度，將所得數(shù)據(jù)傳送到控制模塊，控制模塊根據(jù)特定算法得出數(shù)據(jù)，傳輸?shù)絃ED燈模塊即可對LED燈的亮度進行調(diào)節(jié)，降低系統(tǒng)功耗。

關(guān)鍵詞：ZigBee技術(shù) 物聯(lián)網(wǎng) PWM調(diào)光 CC2530

中圖分類號：TM923.34 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）05（c）-0003-02

目前科技高速發(fā)展，機械全自動化趨勢促使我們走向智能化的方向。在物聯(lián)網(wǎng)的范疇內(nèi)，物物相聯(lián)實現(xiàn)智能化是其中應(yīng)用熱點。ZigBee是一種新興的短距離、低速率無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)[1-2]。當今人們越來也重視環(huán)境的保護，火力發(fā)電帶來的環(huán)境問題已經(jīng)不太適應(yīng)社會的發(fā)展了，我們要在積極發(fā)展新能源的同時降低對于電能的需求。傳統(tǒng)白熾燈固然成本低，當其耗電和布線費用卻比LED高的多。科學的管理可以選擇LED燈進入ZigBee網(wǎng)絡(luò)進行管理[3]，這種物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)是新興的技術(shù)，也是今后世界發(fā)展的趨勢。將管理系統(tǒng)信息化，系統(tǒng)能做出智能的處理，減少人力成本、簡化管理過程、節(jié)省電能。

1 基于ZigBee的LED燈光調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計方案

基于Zigbee無線組網(wǎng)的LED智能調(diào)光系統(tǒng)是一套以外界自然光強度為參考，自主調(diào)節(jié)LED燈燈光強度的系統(tǒng)。系統(tǒng)可分為三大模塊直流電壓源、無線通信模塊、LED調(diào)光模塊。系統(tǒng)硬件邏輯結(jié)構(gòu)如圖1所示，系統(tǒng)實物圖如圖2所示。

（1）開啟系統(tǒng)，用戶通過調(diào)節(jié)發(fā)射端的UP和DOWN兩個按鈕對當前環(huán)境的亮度進行調(diào)節(jié)直到用戶認為當前亮度時舒適亮度。

（2）接收端接收到發(fā)送端的信號后，調(diào)節(jié)PWM 的輸出，不同的PWM輸出對電流進行調(diào)整從而達到調(diào)節(jié)LED亮度的目的。

（3）用戶不在控制端進行操作，即發(fā)送端不再發(fā)送信號時，系統(tǒng)會把當前環(huán)境中的亮度默認為用戶的滿意亮度，然后記錄下當前的環(huán)境的亮度并且把其設(shè)置為標準值。

（4）通過光傳感器采集系統(tǒng)工作環(huán)境中的光照強度，并將傳感器中光強信號傳送回系統(tǒng)的處理模塊中。

（5）根據(jù)采集到的環(huán)境光照強度與用戶設(shè)置的舒適光照強度對比，然后調(diào)節(jié)LED燈亮度。以保證當前環(huán)境真實亮度檢測值基本與設(shè)置的標準值接近。

通過以上步驟即可根據(jù)工作環(huán)境中自然光的變化，自動調(diào)整到設(shè)置好的環(huán)境亮度的整體光照，充分的控制了環(huán)境亮度和LED電能消耗的關(guān)系從而達到節(jié)省能源的目的。

由飛比公司FB2530BB與2530射頻板組成的光傳感器節(jié)點。在FB2530BB電池擴展板上由一個光傳感器。該板上的CC2530組要就是收集傳輸光強信息。協(xié)調(diào)器節(jié)點設(shè)計由擴展板和射頻板組成。該節(jié)點復制網(wǎng)絡(luò)的初始化。LED燈驅(qū)動板會接受到控制節(jié)點發(fā)送的信號對通過LED燈電流進行調(diào)整。

2 ZigBee組網(wǎng)

協(xié)調(diào)器是ZigBee網(wǎng)絡(luò)的建造者，協(xié)調(diào)需要配置穩(wěn)定的信道和建立唯一的網(wǎng)絡(luò)ID[4]。未加入任何網(wǎng)絡(luò)具有協(xié)調(diào)功能的Zigbee節(jié)點，該節(jié)點具有發(fā)起網(wǎng)絡(luò)建立的功能。首先，讓可以充當協(xié)調(diào)器功能的節(jié)點設(shè)備激活網(wǎng)絡(luò)，并執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)初始化功能。掃描并探測無線信道的使用情況。從信道的能量值占用情況來進行最佳信道的選擇。設(shè)置網(wǎng)絡(luò)PAN ID等初始化后。在通信范圍內(nèi)而且還沒有加進網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點均成為子節(jié)點，向已建立的網(wǎng)絡(luò)發(fā)送入網(wǎng)請求。父親節(jié)點收到請求后，根據(jù)請求的信息批準是否可以入網(wǎng)。若允許將會非子節(jié)點分配地址，并發(fā)送響應(yīng)。子節(jié)點收到響應(yīng)后將會得到該網(wǎng)絡(luò)唯一的身份識別標識，也就是其網(wǎng)絡(luò)地址。

3 ZigBee通信的程序流程

如圖3所示，系統(tǒng)初始化后，根據(jù)用戶通過UP和DOWN鍵進行調(diào)節(jié)LED燈的亮度。用戶按下UP或DOWN按鍵時，無線網(wǎng)絡(luò)實時的把數(shù)據(jù)包發(fā)送出去。當輸出端接收到數(shù)據(jù)包后，根據(jù)指令調(diào)節(jié)PWM占空比。通過調(diào)節(jié)PWM的手段控制流過LED燈的電流控制LED燈的亮度。自然光照和LED光照共同決定當前系統(tǒng)光照的調(diào)控。當用戶不在按下按鈕時，系統(tǒng)會選擇當前的亮度作為調(diào)控亮度的標準。發(fā)射端停止發(fā)送上升或下降指令。當前的工作環(huán)境亮度作為標準值，然后系統(tǒng)根據(jù)自然光照的變化進行對LED的亮度進行調(diào)節(jié)，以達到系統(tǒng)的最終目的是當前的亮度保持在用戶認為舒適的光照強度下。若用戶想再次調(diào)節(jié)舒適光照強度可以通過按鍵再次調(diào)整，系統(tǒng)將會記錄新的光照強度作為標準值并維持亮度在標準值附近。

無線通信模塊CC2530具有領(lǐng)先的射頻收發(fā)的性能，因其具有不同的運行模式和運行模式切換的短時間和低功耗是的其在低能源消耗的領(lǐng)域有其獨有的優(yōu)勢。此系統(tǒng)采用的是飛比公司的CC2530的開發(fā)板，結(jié)合德州儀器在行業(yè)上的ZigBee協(xié)議棧。首先，系統(tǒng)主流程對CC2530寄存器寫入配置，然后會調(diào)用ZigBeeAllowBind（）函數(shù)發(fā)出允許綁定的命令，允許綁定后，路由器會調(diào)用menudis（）函數(shù)進行綁定[5-8]。

LED亮度需要根據(jù)當前環(huán)境的亮度進行調(diào)節(jié)，所以需要試試采集環(huán)境的亮度。根據(jù)亮度的反饋在對比之前設(shè)定的標準亮度進行對比，然后調(diào)整PWM的輸出以控制通過LED燈的電流從而達到對LED亮度的控制[9]。

4 結(jié)語

文章分析描述了ZigBee技術(shù)的架構(gòu)，硬件模塊以及單片機組網(wǎng)等整體設(shè)計。在整個系統(tǒng)中，利用LED低功耗與ZigBee技術(shù)的低成本等優(yōu)點相結(jié)合，實現(xiàn)無線LED燈光控制，達到節(jié)約電力和能源的目的。

參考文獻

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