林吉

摘 要：燈光是屬于家庭環(huán)境的基本需求，因此設(shè)計(jì)了一種基于Zigbee的燈光無(wú)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(jì)以C語(yǔ)言編寫(xiě)程序代碼，使用IAR開(kāi)發(fā)平臺(tái)進(jìn)行功能調(diào)試，運(yùn)用Altium Designer 10進(jìn)行系統(tǒng)PCB設(shè)計(jì)。實(shí)物最終測(cè)試結(jié)果表明，系統(tǒng)能夠有效地進(jìn)行LED和大功率燈泡的控制，效果穩(wěn)定，鋪設(shè)簡(jiǎn)單，無(wú)需重新布線，適合家庭使用。

關(guān)鍵詞：Zigbee；燈光控制；無(wú)線技術(shù)

中圖分類號(hào)：TU113 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1.系統(tǒng)總體架構(gòu)

本設(shè)計(jì)主要利用無(wú)線模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，主要包括一個(gè)控制中心，一個(gè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)和兩個(gè)終端節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)燈具開(kāi)關(guān)的控制，系統(tǒng)設(shè)計(jì)框架如圖1所示?？刂浦行呢?fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的信息存儲(chǔ)、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(guò)設(shè)定網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)來(lái)建立一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，主要檢測(cè)控制信號(hào)是否到來(lái)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)終端行為的控制。燈控終端感知燈光開(kāi)關(guān)狀態(tài)，并發(fā)送到協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)，同時(shí)它依據(jù)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)發(fā)送的燈控指令，驅(qū)動(dòng)繼電器和LED。

2.硬件選擇與設(shè)計(jì)

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(biāo)準(zhǔn)排針接口與外圍功能底板連接。CC2530是應(yīng)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(gè)時(shí)鐘電路，一個(gè)由32MHz晶振主振蕩器倍頻產(chǎn)生2.4GHz的工作頻率，另一個(gè)是32.7kHz的時(shí)鐘源晶振。無(wú)線射頻采用一個(gè)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(shí)現(xiàn)RS232轉(zhuǎn)USB的PL2303電路組成。

3.軟件設(shè)計(jì)

3.1 Zigbee協(xié)議架構(gòu)

軟件部分設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)的組網(wǎng)功能，其協(xié)議棧的實(shí)現(xiàn)是軟件設(shè)計(jì)部分的核心，整個(gè)系統(tǒng)在操作抽象層OSAL協(xié)調(diào)下運(yùn)行。Z-Stack裝載在基于IAR開(kāi)發(fā)環(huán)境中，程序采用C語(yǔ)言編寫(xiě)，使用IAR EW8051嵌入式工作臺(tái)對(duì)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(yīng)這3部分。首先設(shè)備初始化，禁止所有中斷，終端節(jié)點(diǎn)檢測(cè)是否存在網(wǎng)絡(luò)，存在則發(fā)送入網(wǎng)請(qǐng)求，加入網(wǎng)絡(luò)，不存在，協(xié)調(diào)器建立一個(gè)新網(wǎng)絡(luò)：初始化I/O口、HAL的驅(qū)動(dòng)、MAC層，系統(tǒng)分配一個(gè)64位的網(wǎng)絡(luò)地址，接受終端節(jié)點(diǎn)入網(wǎng)，允許中斷進(jìn)入，至此初始化階段完畢。然后，遍歷整個(gè)程序查找事件，檢查有無(wú)控制指令發(fā)出，若有，終端節(jié)點(diǎn)響應(yīng)指令，執(zhí)行處理動(dòng)作，若無(wú)，則進(jìn)入休眠狀態(tài)。

4.實(shí)物測(cè)試

本設(shè)計(jì)使用了兩個(gè)ZigBee模塊，一個(gè)扮演系統(tǒng)中控制部分的角色，類似使用的遙控器，另一個(gè)是實(shí)現(xiàn)具體燈控功能的燈和繼電器，通過(guò)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(diǎn)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(zhǎng)亮。圖2為終端響應(yīng)調(diào)試結(jié)果。當(dāng)協(xié)調(diào)器S1鍵按下后，LED點(diǎn)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(diǎn)亮。S2再次按鍵按下后，繼電器斷電，燈泡熄滅。

結(jié)語(yǔ)

本文給出了一種基于Zigbee的燈光無(wú)線控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，包括硬件核心部件和軟件部分設(shè)計(jì)，并且進(jìn)行了系統(tǒng)的核心功能的實(shí)物實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，此設(shè)計(jì)可以進(jìn)行LED燈組和普通家用燈泡的無(wú)線遠(yuǎn)程控制。應(yīng)用Zigbee的網(wǎng)絡(luò)容量大的特點(diǎn)還可以擴(kuò)展更大的燈控網(wǎng)絡(luò)。本系統(tǒng)對(duì)于智能家居的設(shè)計(jì)提供了一種安全簡(jiǎn)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(xiàn)

[1]李妤薇.基于ZigBee的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議研究與設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)[D].南京：南京郵電大學(xué)電子與通信工程學(xué)院，2014.

[2]朱琎，楊占勇.基于CC2530的無(wú)線振動(dòng)監(jiān)測(cè)傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)[J].儀表技術(shù)與傳感器，2012（8）：56-58+83.

[3]周飛.基于Zigbee技術(shù)的照明系統(tǒng)的應(yīng)用研究[D].武漢：武漢理工大學(xué)信息工程學(xué)院，2012.