陳海松，夏繼媛

（1.深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院 工業(yè)中心，廣東 深圳 518055；2.深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電通學(xué)院，廣東 深圳 518055）

隨著面向家庭、辦公大樓控制及自動(dòng)化的短距離無線技術(shù)的發(fā)展，無線控制智能化所帶來的機(jī)遇正開始成為現(xiàn)實(shí)。在已出現(xiàn)的各種短距離無線通信技術(shù)中，ZigBee憑借領(lǐng)先的技術(shù)和性能水平成為短距離無線通信技術(shù)中的強(qiáng)有力的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手[1]。

現(xiàn)在市場(chǎng)上，很多智能窗的產(chǎn)品難以做到集中控制，即使可以做到集中控制也無法實(shí)現(xiàn)無線控制，而本系統(tǒng)可針對(duì)整棟辦公大樓的窗簾（大廈幕墻）進(jìn)行無線控制、集中管理，美化整棟建筑外觀的同時(shí)，讓外界感覺有一種整齊一致的感覺。

系統(tǒng)還考慮到人性化管理，用戶只要?jiǎng)觿?dòng)手中的遙控器就可以控制產(chǎn)品。同時(shí)，系統(tǒng)通過傳感器檢測(cè)到的光照強(qiáng)度和空氣濕度，就可自動(dòng)調(diào)節(jié)產(chǎn)品的位置，不用人為干預(yù)，實(shí)現(xiàn)智能化管理。

系統(tǒng)只須在一個(gè)樓層的控制節(jié)點(diǎn)中安裝傳感器就可對(duì)整棟辦公大樓的窗簾實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理，無須每個(gè)樓層都安裝傳感器，極大節(jié)約系統(tǒng)成本。

通過Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)連接，樓層之間無須布線，安裝方便。此項(xiàng)目把Zigbee技術(shù)應(yīng)用于整棟建筑的集中、聯(lián)動(dòng)控制，在國(guó)際上處于領(lǐng)先地位，具有很大應(yīng)用前景。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1）系統(tǒng)組成

作為一種基于IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的無線傳輸技術(shù)，ZigBee可滿足遠(yuǎn)程監(jiān)視、控制和傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用等需求。它具有低速率、低功耗、低成本的特點(diǎn)，主要用于距離短、功耗低且傳輸速率不高的各種電子設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸以及典型的有周期性數(shù)據(jù)、間歇性數(shù)據(jù)和低反應(yīng)時(shí)間數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用，工作頻率為868 MHz、915 MHz或2.4 GHz，其中2.4 GHz是一個(gè)全球通用的ISM頻率[2]。

系統(tǒng)的射頻通信采用Chipcon公司的CC2530，通過Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，以簇狀連接方式組網(wǎng)[3]。中心控制節(jié)點(diǎn)通過定期檢測(cè)傳感器的狀態(tài)來判斷天氣狀況，根據(jù)室外溫度、光照強(qiáng)度和空氣濕度來統(tǒng)一調(diào)節(jié)百葉窗的傾斜角度，避免陽光直射進(jìn)入辦公區(qū)域，如需窗簾動(dòng)作，則向各無線路由或終端節(jié)點(diǎn)廣播消息，各無線網(wǎng)絡(luò)終端節(jié)點(diǎn)根據(jù)中心節(jié)點(diǎn)的廣播消息來分別控制各自樓層的窗簾動(dòng)作、燈光亮度調(diào)節(jié)、空調(diào)的開關(guān)，無線路由節(jié)點(diǎn)除完成本樓層控制外，還將該消息轉(zhuǎn)發(fā)至鄰近節(jié)點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)整棟大樓窗簾的集中控制與管理，同時(shí)，通過各個(gè)樓層的控制節(jié)點(diǎn)也可以單獨(dú)控制各自窗簾、照明及空調(diào)，滿足個(gè)性化需要。系統(tǒng)硬件框圖如圖1、2、3所示。

圖1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱DFig.1 System network topology map

圖2 中央控制單元硬件框圖Fig.2 Central control unit hardware block diagram

圖3 無線節(jié)點(diǎn)硬件框圖Fig.3 Wireless node hardware block diagram

2）系統(tǒng)工作流程

采用對(duì)整棟辦公大樓進(jìn)行集中式的總線型控制，系統(tǒng)只需在一個(gè)樓層的控制節(jié)點(diǎn)中安裝傳感器就可對(duì)整棟辦公大樓的窗簾實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理，無需在每個(gè)樓層都安裝傳感器，對(duì)整棟辦公大樓的窗簾（大廈幕墻）進(jìn)行無線控制、集中管理，美化整棟建筑外觀的同時(shí)，同時(shí)極大節(jié)約系統(tǒng)成本。通過Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)連接，樓層之間無需布線，安裝方便。系統(tǒng)還考慮到人性化管理，用戶只要?jiǎng)觿?dòng)手中的遙控器就可以控制產(chǎn)品。同時(shí)，系統(tǒng)通過傳感器檢測(cè)到的光照強(qiáng)度和空氣濕度，就可自動(dòng)調(diào)節(jié)產(chǎn)品的位置，不用人為干預(yù)，實(shí)現(xiàn)智能化管理[4]。本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，主要分為兩個(gè)部分：Coordinator中央處理單元，這個(gè)部分由AVR單片機(jī)負(fù)責(zé)處理，主要解決傳感器檢測(cè)的信號(hào)處理，和串口通訊的通訊協(xié)議；Zigbee模塊負(fù)責(zé)處理AVR單片機(jī)傳送的信號(hào)，和對(duì)全部End-device進(jìn)行控制；End-device無線節(jié)點(diǎn)，這個(gè)部分是由Zigbee模塊負(fù)責(zé)，主要負(fù)責(zé)對(duì)窗進(jìn)行控制和及時(shí)反饋信息給Coordinator。系統(tǒng)的工作流程如圖4~圖7所示。

圖4 系統(tǒng)控制器工作流程Fig.4 System controller working process

圖7 紅外控制模塊Fig.7 Infrared control module

2 系統(tǒng)調(diào)試

由于Zigbee模塊的標(biāo)準(zhǔn)通訊距離是在75 m，很難實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通訊，所以在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)加入路由節(jié)點(diǎn)，由控制單元發(fā)送指令到最近的路由節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)通過算法選擇下一個(gè)路由或者終端節(jié)點(diǎn)[5]。通過對(duì)環(huán)境的光照強(qiáng)度、濕度的變化以及紅外遙控來對(duì)智能窗簾網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，光照強(qiáng)度強(qiáng)時(shí)，窗簾關(guān)起；濕度低時(shí)，窗簾關(guān)起，反之開啟；按下紅外遙控，電機(jī)取反；Zigbee技術(shù)傳輸距離，測(cè)試結(jié)果如表1所示。

表1 Zigbee技術(shù)的智能窗簾網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)調(diào)試Tab.1 Zigbee technology intelligent curtain networked control system

圖5 Coordinator中央處理單元的Zigbee模塊Fig.5 Coordinator central processing unit Zigbee module

圖6 各節(jié)點(diǎn)ZigBee模塊Fig.6 Each node ZigBee module

3 結(jié)束語

本項(xiàng)目研發(fā)的網(wǎng)絡(luò)化智能樓宇控制系統(tǒng)，除適用于商業(yè)辦公大樓外，也可應(yīng)用于住宅小區(qū)，實(shí)現(xiàn)對(duì)小區(qū)整棟住宅樓的集中控制管理，使家庭現(xiàn)代化程度顯著提高。此外，有別于一般紅外或自有射頻無線通訊解決方案的是，這種建構(gòu)于IEEE 802.15.4物理射頻標(biāo)準(zhǔn)之上的無線技術(shù)能夠解決不同制造商產(chǎn)品之間的互操作能力，網(wǎng)絡(luò)組成部分只需通過增加更多的FFD或者RFD就能擴(kuò)展[6]，可與樓內(nèi)智能安防、監(jiān)控等其他系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，為各種應(yīng)用提供了巨大的靈活性，在未來幾年有不可抗拒的發(fā)展趨勢(shì)，市場(chǎng)前景巨大，利潤(rùn)豐厚。

[1]NIU Dou，YANG Mei.111e networking technology within Smart Home system-ZigBee Technology[J].International Forum on Computer Science-Technology and Applications，2009（2）：29－33.

[2]張維勇，馮琳.ZigBee實(shí)現(xiàn)家庭組網(wǎng)技術(shù)的研究[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2005，28（7）：755－759.ZHANG Wei-yong，F(xiàn)ENG Lin.ZigBee implementation of home network technology[J].Journal of HeFei University of Technology：Natural Science Edition，2005，28（7）：755－759.

[3]徐方榮.無線智能家居控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代建筑電氣，2010（1）：24－27.XU Fang-rong.Wireless intelligent home furnishing design of control system[J].Modern Building Electrical，2010（1）：24－27.

[4]申利民，翁桂鵬.基于ZigBee的智能小區(qū)LED路燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].中國(guó)照明電器，2011（2）：26－29.SHEN Li-min，WENG Gui-peng.Intelligent community based on ZigBee LED street lamp control system design[J].Lighting Appliances in China，2011（2）：26－29.

[5]Abdulla R，Ismail W.Extend active RFID with a ZigBee network[J].Microwaves&RF，2011，50（2）：79－87.

[6]PENG Jun-jie，HE Hui，ZHU Ping-an，et al.Zigbee-based new approach to smart home[J].Journal of Shanghai University，2010，14（1）：12－16.