基于Zigbee無線通信協(xié)議的智能燈光控制系統(tǒng)設(shè)計

摘要：文章以樓宇自動化中教室照明系統(tǒng)為對象，介紹了以ZigBee為無線通信協(xié)議，以STM32W108為處理器，開發(fā)的一種基于ZigBee無線通信協(xié)議的智能燈光控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由智能燈光節(jié)點、網(wǎng)關(guān)節(jié)點和數(shù)據(jù)中心(主控制室)三個部分組成，其中智能燈光節(jié)點通過光亮度傳感器和紅外線傳感器的數(shù)據(jù)采集，智能調(diào)節(jié)一定區(qū)域內(nèi)的燈光(系統(tǒng)判定無人的情況下)，并且可以通過無線傳感網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)給網(wǎng)關(guān)節(jié)點，最后把數(shù)據(jù)傳輸?shù)街骺刂剖遥瑥亩_到對教室照明系統(tǒng)的智能控制。
關(guān)鍵詞：ZigBee協(xié)議；STM32W108微處理器；智能燈光節(jié)點；光亮度傳感器

0 引言
照明設(shè)備在日常生活中是必不可少的，而對于照明系統(tǒng)的控制，一直是樓宇控制系統(tǒng)中至關(guān)重要的部分。然而，隨著經(jīng)濟的飛速發(fā)展，能源短缺問題日益突出，但是目前，在很多大中專院校、企業(yè)辦公大樓、政府機關(guān)單位及醫(yī)院等一些公共場所，普遍存在著室內(nèi)無人卻“燈火通明”的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象造成了嚴重的資源浪費，節(jié)約照明所用的電能已經(jīng)成為建筑節(jié)能的重點，所以智能照明控制系統(tǒng)變得尤為重要。為此，本設(shè)計采用了ZigBee無線通信技術(shù)組建網(wǎng)絡(luò)，以高校中一棟大型教學(xué)樓為對象，實現(xiàn)對照明系統(tǒng)的智能控制，從而很好地節(jié)約了電能的使用。
ZigBee技術(shù)是一種應(yīng)用于短距離范圍內(nèi)、低傳輸速率下的各種電子設(shè)備之間的無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)。ZigBee技術(shù)具有成本低、可靠性好、時延短、網(wǎng)絡(luò)容量大、覆蓋范圍廣等特點。
對于無線技術(shù)，節(jié)點的功耗問題一直是限制無線技術(shù)發(fā)展的主要問題之一，而本設(shè)計的一個顯著特點是，節(jié)點并不是使用電池供電，而是直接取用原有照明系統(tǒng)的電能，這樣既解決了無線節(jié)點的功耗問題，又不會過多影響原有的照明系統(tǒng)，從而也降低了成本。

1 系統(tǒng)綜述
圖1為本設(shè)計的整體框圖，教學(xué)樓中每間教室均至少分布一個終端節(jié)點，處在一定區(qū)域的多個節(jié)點構(gòu)成一個網(wǎng)絡(luò)，整棟教學(xué)樓有多個這樣的網(wǎng)絡(luò)組成，當分布在終端節(jié)點的光亮度傳感器和紅外傳感器采集到數(shù)據(jù)后，無線發(fā)送到處在本區(qū)域的全功能節(jié)點，全功能節(jié)點(FFD)本身具有終端節(jié)點的作用，然后再由全功能節(jié)點無線發(fā)送的協(xié)調(diào)器(Coordinator)，最后通過有線傳送到主控室上位機。

在本設(shè)計中，每一個節(jié)點，包括全功能節(jié)點、協(xié)調(diào)器都具有唯一的地址，這樣，協(xié)調(diào)器具有對本網(wǎng)絡(luò)的管理功能；同樣，也可以通過對主控室上位機進行操作，實現(xiàn)對本網(wǎng)絡(luò)中任一個節(jié)點進行參數(shù)設(shè)定或控制，以達到對全網(wǎng)的控制。
對于教室的單個節(jié)點，當采集到光亮度信息和紅外信息后，經(jīng)MCU處理后，對本節(jié)點繼電器進行控制，從而實現(xiàn)對室內(nèi)燈光的控制。