楊 鵑，韓雪松

(承德石油高等?？茖W(xué)校計算機與信息工程系，河北 承德 067000)

智能家居控制系統(tǒng)的使用過程中，有一些特定的情景是每天都可能需要用到的。如果每天在此情景下逐一設(shè)定各個設(shè)備，繁瑣又浪費時間。Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議內(nèi)容中，提供了綁定的技術(shù)，采用該綁定技術(shù)，可在設(shè)定的某個情景模式下，一鍵啟動所需設(shè)定的終端設(shè)備，無需逐一操作，充分體現(xiàn)了系統(tǒng)的智能化，并滿足了人們的生活需求。

1 情景模式的設(shè)定

根據(jù)人們在家庭內(nèi)部所處的空間位置的不同，首先將情景模式分為客廳、餐廳和臥室三個區(qū)域。再根據(jù)所處的場合的不同，將情景模式分為會客、休閑、聚會、離家、用餐、深夜、睡覺、閱讀等八個情景［1］。

以深夜模式為例，當(dāng)人們從熟睡狀態(tài)起床去洗手間時，用戶按動觸摸屏上的深夜模式，為了避免燈光的開啟使人的大腦清醒起來，影響后續(xù)的睡眠，走廊過道的筒燈緩慢地開啟50%，洗手間內(nèi)部的LED燈開啟30%，在此設(shè)定下，用戶可看清楚路徑，又不會徹底地從半夢半醒間清醒過來。離家模式是比較特殊的，它代表主人離家后啟動的模式，在此模式下，自動關(guān)閉家庭的燈光電源，門窗上所安裝的傳感器處于啟動狀態(tài)，如果遭遇強制入侵，自動發(fā)送短信給主人，等待后續(xù)處理指令。

2 燈光的調(diào)整

情景模式所需控制的終端設(shè)備主要為燈光、窗簾、音響以及家庭影院。根據(jù)家庭的裝修需求，家庭內(nèi)部安裝的燈光有多種形式，包括熒光燈、射燈、筒燈以及吊燈等。其中熒光燈不適宜添加調(diào)光裝置，故設(shè)定成為非調(diào)光裝置;而射燈、筒燈以及吊燈目前采用的多為led燈，可安裝調(diào)光裝置，設(shè)定為可調(diào)光裝置。

目前采用的調(diào)光技術(shù)共有三種形式:正向電流調(diào)節(jié)、PWM調(diào)光以及可控硅電路調(diào)光［2］。

2.1 正向電流的調(diào)節(jié)

LED亮度與驅(qū)動電流之間幾乎成正比關(guān)系，正向電流調(diào)節(jié)利用該原理實現(xiàn)燈光的調(diào)節(jié)，改變驅(qū)動電流的大小即可改變燈光的亮度。正向電流的調(diào)光是最容易實現(xiàn)的，出現(xiàn)的主要問題有光譜偏移、無法精確調(diào)光;低亮度的工作可使降壓型的恒流源效率降低，導(dǎo)致?lián)p耗功率增加，引起系統(tǒng)溫度升高，嚴(yán)重時會燒毀芯片。

2.2 脈寬調(diào)制(PWM)的調(diào)節(jié)

PWM的調(diào)光方法，其原理是通過改變脈沖恒流源的脈沖寬度，即改變恒流源脈沖信號的工作比，實現(xiàn)亮度的調(diào)節(jié)。PWM被認(rèn)為針對于LED燈調(diào)光技術(shù)最佳的方法，通常是在電路的恒流源上，外接一個DC/DC的變換器。該方法的優(yōu)點是不會出現(xiàn)色譜偏移，調(diào)光的精確度較高。

2.3 可控硅電路調(diào)光

可控硅調(diào)光是通過改變可變電阻的分壓改變導(dǎo)通角，輸入電壓經(jīng)過導(dǎo)通角調(diào)制后，改變了輸入電壓的有效值，實現(xiàn)了調(diào)光操作。由于白熾燈、節(jié)能燈和鹵素?zé)舳际羌冸娮杵骷?，輸入電壓有效值的改變就能實現(xiàn)燈光的調(diào)節(jié)?？煽毓桦娐窇?yīng)用到LED燈調(diào)節(jié)時，可控硅的信號振蕩可能會產(chǎn)生噪聲和閃爍，目前解決辦法就是采用兼容可控硅調(diào)光IC的LED燈具。

通過三種調(diào)光方式的比較，考慮實際應(yīng)用的可行性，智能家居系統(tǒng)是由主控制器發(fā)送控制命令，命令以數(shù)字信號的形式傳遞給設(shè)備終端，燈光調(diào)節(jié)選用PWM技術(shù)，該技術(shù)適合于數(shù)字控制器的信息處理。

3 無線網(wǎng)絡(luò)的通信技術(shù)

本論文的智能家居系統(tǒng)中室內(nèi)控制采用zigbee無線網(wǎng)絡(luò)作為網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，控制形式采用多種形式包括觸摸屏、紅外遙控以及互聯(lián)網(wǎng)遠程控制等形式。整個系統(tǒng)由主控制器實現(xiàn)室內(nèi)家居系統(tǒng)的管理操作，主控制器由嵌入式處理器和無線收發(fā)模塊組成，既可接收終端設(shè)備的數(shù)據(jù)，也可處理控制命令，實現(xiàn)數(shù)據(jù)管理操作。智能家居系統(tǒng)的通信結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

Zigbee無線傳感網(wǎng)絡(luò)作為系統(tǒng)的通信模式，具有低功耗、低成本和網(wǎng)絡(luò)容量大的特點。綁定技術(shù)是zigbee協(xié)議中所具有的一個特定的功能，Zigbee2006協(xié)議規(guī)定，節(jié)點間數(shù)據(jù)流信息傳送可采用綁定機制，綁定，相當(dāng)于是在兩個節(jié)點間建立一條通道［1］，一個節(jié)點可與多個節(jié)點實現(xiàn)綁定，綁定之后的節(jié)點間信息進行傳送時，應(yīng)用支持子層從節(jié)點的綁定表中確定目的地址，將信息傳送給目的節(jié)點。綁定表放置在源節(jié)點處，綁定表條目存放著目的地址。綁定表通常存放在內(nèi)存中，如果編譯選項NV_RESTORE設(shè)置為允許，綁定表會被存放在非易失性的存儲器中。本系統(tǒng)設(shè)計默認(rèn)設(shè)定了8種情境模式，可由綁定機制實現(xiàn)一鍵式的控制，即燈光、窗簾和音響的使用。以會客模式為例如圖2所示。

4 綁定的實現(xiàn)

Zigbee網(wǎng)絡(luò)協(xié)議中共提供了四種綁定方法，自動綁定、輔助綁定、集中式綁定和應(yīng)用API函數(shù)綁定。自動綁定調(diào)用zdp_matchdescreq()函數(shù)，終端用戶不用都發(fā)送綁定請求、無需添加工具的優(yōu)點，缺點是配置不夠靈活。輔助綁定調(diào)用zdp_bindreq()函數(shù)，終端設(shè)備利用網(wǎng)絡(luò)信道向另一個設(shè)備發(fā)送綁定請求，zigbee協(xié)調(diào)器將根據(jù)簇標(biāo)識號決定是否實施綁定。集中式綁定使用zdapp_sendenddevicebindreq()函數(shù)，終端設(shè)備發(fā)送綁定請求給協(xié)調(diào)器，在協(xié)調(diào)器設(shè)定的閾值時間內(nèi)，如果兩個匹配設(shè)備都發(fā)送綁定請求給閾值時間，則協(xié)調(diào)器建立綁定條目。API函數(shù)綁定是由應(yīng)用程序本身實現(xiàn)綁定表的管理。Zigbee協(xié)議提供了管理綁定表所需的多種API函數(shù)，通過函數(shù)的調(diào)用也可實現(xiàn)綁定的操作。本文的綁定操作選用自動綁定的形式，其綁定的流程如圖3所示。

首先定義中斷設(shè)備的結(jié)構(gòu)體，指明設(shè)備地址、標(biāo)識符以及簇集合列表:

設(shè)備創(chuàng)建綁定時，首先應(yīng)將命令I(lǐng)D設(shè)為同一個，并且節(jié)點為互補設(shè)置，即一個輸入，另一個設(shè)為輸出。這就要求在端點結(jié)構(gòu)體定義的內(nèi)容中，設(shè)置兩個節(jié)點的性質(zhì)為in還是out。在結(jié)構(gòu)體定義中，注意兩個參變量，command_id的匹配其實質(zhì)就是profile_id(框架id)和cluster ID的匹配。以圖2為例，設(shè)定按鍵1的endpoint的值為1，在設(shè)備的結(jié)構(gòu)體定義中，將其簇類型定義為輸出性質(zhì)，即:

則綁定設(shè)備的結(jié)構(gòu)體定義說明中應(yīng)做如下定義，以筒燈為例，將其將其簇類型定義為輸入性質(zhì)。

終端節(jié)點發(fā)送匹配請求申請綁定。具體程序定義如下所示:

終端節(jié)點接收到綁定終端的綁定響應(yīng)，將綁定響應(yīng)傳送給serialapp任務(wù)事件處理函數(shù)，其中會調(diào)用SerialApp_ProcessZDOMsgs()函數(shù)。進行事件處理。

調(diào)用建立綁定表時，如果目標(biāo)設(shè)備的MAC地址未知，則要在綁定的設(shè)備上設(shè)置策略實現(xiàn)一個綁定，再執(zhí)行Zb_binddevice().將Zb_binddevice()目標(biāo)參數(shù)地址設(shè)備為無效(0xFFFE)，實現(xiàn)綁定服務(wù)。

5 總結(jié)

本文通過采用zigbee技術(shù)中的自動綁定技術(shù)，實現(xiàn)了情景模式的控制，簡化了控制模式，提高了系統(tǒng)的可操作性和智能化的水平，滿足了人們所需要的舒適快捷的控制需求，充分利用了zigbee無線網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢，在聯(lián)動系統(tǒng)的控制設(shè)計中可進行廣泛的推廣應(yīng)用。

［1］甘華能.智能家居控制系統(tǒng)的應(yīng)用及實現(xiàn)［J］.智能建筑電氣技術(shù)，2012(06):54－57.

［2］詹良.基于zigbee技術(shù)的智能家居無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)［D］.北京:北京郵電大學(xué)，2008.

［3］李文仲，段朝玉.zigbee無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)入門與實戰(zhàn)［M］.北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2007.