王青青 袁海潮

摘要：本項(xiàng)目主要是將ZigBee無線通信技術(shù)、傳感器檢測技術(shù)應(yīng)用到大眾家居中，使用傳感器實(shí)時(shí)采集相關(guān)數(shù)據(jù)信息。采用ZigBee技術(shù)實(shí)現(xiàn)WSN通信，無須布線，實(shí)現(xiàn)靈活，不需要對傳統(tǒng)的照明線路進(jìn)行全面的改造，無須更換開關(guān)，并且在不影響傳統(tǒng)照明系統(tǒng)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)對夜起智能照明，為老年人的夜起提供很大的便利。且本系統(tǒng)擁有感應(yīng)自動照明、節(jié)能、管理簡單、成本負(fù)擔(dān)小等特點(diǎn)，易進(jìn)入人們生活中，并且擁有非常廣闊的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：ZigBee無線通信技術(shù);CC2530;傳感器;WSN通信

中圖分類號：TP3? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? 文章編號：1009-3044（2018）35-0259-03

智能照明系統(tǒng)，是一個(gè)集多種照明控制方式、現(xiàn)代數(shù)字控制技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)于一體的控制系統(tǒng)，目前智能照明系統(tǒng)主要有以下幾種：1）有線智能控制系統(tǒng);2）電力線路載波（Power Line Communication）;3）無線智能照明系統(tǒng)。智能照明系統(tǒng)是隨著計(jì)算機(jī)、傳感器、通訊、網(wǎng)絡(luò)與自動控制技術(shù)而發(fā)展起來的綜合技術(shù)，極大地方便了人們的日常生活，并且實(shí)現(xiàn)照明的自動化、場景化、節(jié)能化。隨著老齡化的增長，獨(dú)居老人也變得越來越多，由于老年人在夜起時(shí)行動不便，帶來很多不便。針對這一現(xiàn)狀，實(shí)現(xiàn)一套夜起智能照明系統(tǒng)。通過ZigBee無線通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)夜起自動照明系統(tǒng)，以解決生活中遇到的問題，并且將傳統(tǒng)的人工開關(guān)照明轉(zhuǎn)變?yōu)樽詣娱_、關(guān)照明，以用來使系統(tǒng)能夠最大限度地節(jié)約能源的損耗。

1 本項(xiàng)目的目的與意義

1.1 項(xiàng)目簡介

智能照明是隨著計(jì)算機(jī)、傳感器、通訊、網(wǎng)絡(luò)與自動化控制技術(shù)而發(fā)展起來的綜合技術(shù)。近幾年來隨著老齡化社會的到來，我國老齡化愈來愈嚴(yán)重，獨(dú)居老人也越來越多，很多老年人的生活行動不是很方便，特別是在夜間起居，給他們平時(shí)的生活帶來很多困擾。本項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)的夜起自動照明系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)夜間起床時(shí)自動開燈照明，以用來解決老年人夜間起床開燈不便的問題。當(dāng)晚上夜起的時(shí)候，通過傳感器和ZigBee無線通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)夜間起床自動開關(guān)照明。

1.2 項(xiàng)目的市場前景

隨著現(xiàn)代化科技技術(shù)的進(jìn)步，自動化產(chǎn)品已經(jīng)進(jìn)入人們的生活環(huán)境，智能照明系統(tǒng)作為智能家居系統(tǒng)的一個(gè)分支，擁有著自動感應(yīng)、自動照明、節(jié)能、管理簡單、成本負(fù)擔(dān)小、易進(jìn)入人們生活中的優(yōu)勢。本項(xiàng)目面向大眾家居，進(jìn)行研究和開發(fā)，可以成功完成一種成本較低的夜起智能照明系統(tǒng)，適合有老年人的家庭、養(yǎng)老院、福利院等住所，在即將步入老齡化社會的今天，有著廣闊的應(yīng)用前景。

2 項(xiàng)目研究內(nèi)容總體

2.1 項(xiàng)目的科技創(chuàng)新

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、智能家居發(fā)展十分迅速，但現(xiàn)階段對于大部分家庭來說還是采用傳統(tǒng)的照明。此項(xiàng)目的科技創(chuàng)新主要是將ZigBee無線通信技術(shù)、傳感器檢測技術(shù)應(yīng)用到大眾家居，設(shè)計(jì)上使用傳感器實(shí)現(xiàn)采集相關(guān)信息，采用ZigBee技術(shù)實(shí)現(xiàn)WSN的通信，無須布線，實(shí)現(xiàn)過程靈活，無需對傳統(tǒng)的照明線路進(jìn)行全面的改造、無須更換開關(guān)，在不影響傳統(tǒng)照明系統(tǒng)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)夜起智能照明，為人們的生活特別是老年人的生活帶來極大的便利。

2.2 項(xiàng)目相關(guān)的技術(shù)與知識

一般而言，智能照明系統(tǒng)中最核心的部分是系統(tǒng)中所使用的協(xié)議，根據(jù)不同的環(huán)境采用不同的協(xié)議會對照明系統(tǒng)效果影響很大，因此，國內(nèi)外眾多學(xué)者對其做了大量研究，經(jīng)查閱大量的文獻(xiàn)資料，總結(jié)常用的幾種協(xié)議有：C-Bus 協(xié)議、Dynet 協(xié)議、DALI 協(xié)議和 ZigBee協(xié)議。

本項(xiàng)目主要采用ZigBee協(xié)議：此協(xié)議就是通常使用的IEEE802.15.4協(xié)議，該技術(shù)是國際性統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，能夠在較短的距離和時(shí)間上使用無線通信技術(shù)，其中主要是應(yīng)用到PHY和MAC，此外網(wǎng)絡(luò)側(cè)主要使用該項(xiàng)技術(shù)的結(jié)合和聯(lián)盟制定而成，應(yīng)用層使用自己的需要，對自身的開發(fā)和利用，從而對于該項(xiàng)技術(shù)使用提供相應(yīng)的靈活和激動的形式。該項(xiàng)技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)在于采用一種獨(dú)特的加密辦法，對傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息進(jìn)行加密處理，較為容易地應(yīng)用、成本低、功耗低、使用2.4GHz，采用擴(kuò)頻技術(shù)。

2.3 項(xiàng)目重點(diǎn)解決的關(guān)鍵技術(shù)問題

1） 選擇合適的芯片和電氣接口進(jìn)行硬件模塊的設(shè)計(jì)，包括發(fā)送模塊和接收模塊;

2） 硬件中所有功能模塊驅(qū)動程序的編寫和調(diào)試，如WSN監(jiān)測節(jié)點(diǎn)的驅(qū)動和無線通信等。

3 項(xiàng)目實(shí)施

通過ZigBee無線通信技術(shù)，無須布線，在臥室中安裝光敏，通過光敏對光強(qiáng)度檢測，在床邊安裝帶有壓力傳感器的終端節(jié)點(diǎn)，通過壓力傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測有沒有人下床，將采集到的信息通過無線發(fā)送到協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)，發(fā)送開燈命令，從而點(diǎn)亮臥室及衛(wèi)生間燈。衛(wèi)生間節(jié)點(diǎn)通過紅外傳感器監(jiān)測紅外信號，當(dāng)離開洗手間上床后，監(jiān)測不到紅外信號，延時(shí)一段時(shí)間自動關(guān)燈，并且發(fā)送無線信號到臥室，自動關(guān)燈。

系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡介，實(shí)施布設(shè)簡單，不需要對傳統(tǒng)的照明系統(tǒng)進(jìn)行改造，能夠充分利用現(xiàn)有的資源。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示：

通過光敏傳感器檢測室內(nèi)光照度，若有光則不開燈，若無光則是夜間關(guān)燈的情況，隨之壓力傳感器檢測壓力值，從而在夜間智能控制燈光的開關(guān)。當(dāng)夜間需要起床時(shí)，用腳踩到床邊，床邊的壓力傳感器受壓，通過ZigBee發(fā)送開燈信號，臥室的燈光開啟，隨之衛(wèi)生間的燈光也開啟，方便使用。自動開燈流程圖如圖2所示：

衛(wèi)生間節(jié)點(diǎn)會在設(shè)定的夜間時(shí)間段內(nèi)通過紅外傳感器監(jiān)測紅外信號，當(dāng)離開洗手間上床后，檢測不到紅外信號，延時(shí)5分鐘自動關(guān)燈，并發(fā)送無線信號到臥室，自動關(guān)燈，自動關(guān)燈流程圖如圖3所示。

4 系統(tǒng)調(diào)試及分析

4.1 調(diào)試目的

通過床兩邊地毯上安裝的壓力傳感器監(jiān)測有沒有人踩在上面，當(dāng)有壓力時(shí)，同時(shí)判斷光敏傳感器所采集的光照值，如果有光照值（白天或者有燈亮），則不做任何處理;如果判斷是夜晚，則立刻通過ZigBee無線通信向臥室，洗手間的節(jié)點(diǎn)發(fā)送開燈命令，自動打開臥室，洗手間的燈。當(dāng)上完洗手間回到床上睡覺后，洗手間的ZigBee節(jié)點(diǎn)會通過紅外傳感器監(jiān)測有沒有人，如果監(jiān)測不到人，洗手間的燈則會自動關(guān)閉，同時(shí)通過ZigBee發(fā)送消息到臥室，臥室的燈也會自動關(guān)閉，用來調(diào)試系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)。

4.2 系統(tǒng)整體搭建

協(xié)調(diào)器：每個(gè)zigbee網(wǎng)絡(luò)只允許有一個(gè)zigbee的協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器首先選擇一個(gè)信道和網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識（PAN ID），然后開始這個(gè)網(wǎng)絡(luò).因?yàn)閰f(xié)調(diào)器是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的開始，它具有網(wǎng)絡(luò)的最高權(quán)限，是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)者，還可以保持間接尋址用的表格綁定，同時(shí)還可以設(shè)計(jì)安全中心和執(zhí)行其他動作，保持網(wǎng)絡(luò)其他設(shè)備的通信[12]。

終端：Zigbee終端節(jié)點(diǎn)是具體執(zhí)行的數(shù)據(jù)采集傳輸?shù)脑O(shè)備。

系統(tǒng)整體搭建如圖4所示：

4.3 自動開燈的調(diào)試

根據(jù)自動開燈的功能設(shè)計(jì)，分為兩種情況：

第一種情況當(dāng)臥室的光敏傳感器檢測到無光照時(shí)，通時(shí)地毯上的壓力傳感器感? 受到壓力值時(shí)（本系統(tǒng)設(shè)置為大于1kg時(shí)），然后發(fā)送開燈命令，臥室的燈和洗手間的燈將亮起。如圖5所示：

第二種情況臥室的光敏傳感器檢測到有光照時(shí)，無論壓力傳感器是否受到力，臥室的燈和洗手間的燈都不做處理。如圖6所示：

4.4 自動關(guān)燈的調(diào)試

燈光打開情況下，洗手間節(jié)點(diǎn)上的紅外傳感器一直監(jiān)測紅外信號，當(dāng)監(jiān)測不到紅外信號時(shí)，說明人已經(jīng)離開洗手間繼續(xù)睡覺去了，這時(shí)開始計(jì)時(shí)，當(dāng)計(jì)時(shí)到一定時(shí)間后，自動關(guān)閉洗手間的燈，并發(fā)關(guān)燈信號到臥室。燈光開燈狀態(tài)和自動關(guān)燈狀態(tài)如圖7、圖8所示。

5 結(jié)論

智能照明系統(tǒng)，它是一個(gè)集多種照明控制方式、現(xiàn)代數(shù)字控制技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)于一身的控制系統(tǒng)，本項(xiàng)目主要利用傳感器和ZigBee無線通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)了智能照明的效果，系統(tǒng)的每個(gè)控制單元所發(fā)出的控制信號都以無線電波盡享傳輸，各個(gè)系統(tǒng)控制單元接收這些傳播信息，然后根據(jù)系統(tǒng)通訊協(xié)議的規(guī)定執(zhí)行相應(yīng)的動作，從而實(shí)現(xiàn)智能網(wǎng)絡(luò)控制。對于ZigBee系統(tǒng)可以使用電池供電，不用連接電源線，使用非常靈活方便，同時(shí)也降低了用戶的總體應(yīng)用成本。經(jīng)過這次實(shí)驗(yàn)，成功地調(diào)試了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的功能，達(dá)到了我們實(shí)驗(yàn)的目的。

參考文獻(xiàn)：

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[通聯(lián)編輯：張薇]