基于ZigBee的智能照明系統(tǒng)的設(shè)計

1、基于ZigBee的智能照明系統(tǒng)的設(shè)計1.1課題的研究意義和目的隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人們生活水平的提高，智能家居、家庭自動化等早已為大眾所熟知，而智能照明系統(tǒng)作為家庭自動化的應(yīng)用之一，具有廣闊的應(yīng)用前景。目前，傳統(tǒng)照明存在著一系列缺點，如發(fā)光效率低、使用壽命短、布線麻煩、系統(tǒng)可擴展性差，遠遠不能滿足現(xiàn)代社會對高效、自動化和節(jié)能照明技術(shù)的現(xiàn)實需求1。針對傳統(tǒng)照明系統(tǒng)的不足，采用無線通信技術(shù)是實現(xiàn)智能照明系統(tǒng)的理想選擇。ZigBee技術(shù)作為一種新興的近距離無線通信技術(shù)，具有短距離、低功耗、低速率和高可靠性等特點，因而是無線智能照明系統(tǒng)的最佳解決方案。智能照明控制系統(tǒng)就是為了適應(yīng)各種不同建筑物的結(jié)

2、構(gòu)和布局，適應(yīng)各種不同照明設(shè)備的選型與配置，以達到照明設(shè)備的多元化控制的目的，本系統(tǒng)中更采用了較為先進的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，結(jié)合于智能照明系統(tǒng)中，其目的和意義在于：（1)節(jié)約能源；智能照明控制系統(tǒng)借助各種不同的預(yù)先設(shè)置控制方式，對不同時間不同環(huán)境進行分場景地設(shè)置和管理，充分利用自然光，同時自動調(diào)節(jié)照度，利用最少的能源保證所要求的照度水平，從而達到節(jié)能的效果。（2)安裝布置靈活，管理維護方便；采用了ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進行各種設(shè)備與控制中心的通信，減少了有線線路鋪設(shè)的麻煩，使系統(tǒng)安裝布線方便靈活，可移動性強，管理維修方便。（3)提高照明質(zhì)量，創(chuàng)造有效而良好的照明環(huán)境，從而大大改善工作和生活環(huán)境，提

3、高工作效率、生活品質(zhì)。（4)延長光源壽命，智能照明控制系統(tǒng)可以成功地抑制電網(wǎng)的沖擊電壓和浪涌電壓，從而延長燈具的使用壽命。（5)改善電網(wǎng)質(zhì)量，智能照明控制系統(tǒng)對照明設(shè)備(如熒光燈等)實現(xiàn)調(diào)光控制，可調(diào)光熒光燈電子鎮(zhèn)流器可以提高功率因數(shù)，減少諧波含量2。（6)有較高的經(jīng)濟回報率，智能照明控制和管理系統(tǒng)通過合理管理可節(jié)約能源和降低運行費用，并從中得到經(jīng)濟回報。智能照明屬于一個新興產(chǎn)業(yè)，智能照明產(chǎn)品也是一個將要改變?nèi)藗兩罘绞降漠a(chǎn)品，對于改變，人們往往是被推著來的。當然，隨著各種技術(shù)的不斷發(fā)展，生活水平的不斷提高，各類通信標準和市場不斷規(guī)范，智能照明將真正進入尋常百姓家?；叵胍幌?，智能手機市場占領(lǐng)功

4、能機市場用了多長時間，觸摸屏手機占領(lǐng)按鍵手機用了多長時間，產(chǎn)品一旦被認同，就會爆發(fā)式的發(fā)展，相信智能照明憑借其靈活、節(jié)能、人性化的優(yōu)勢也會迎來爆發(fā)式發(fā)展，像人們購買智能手機，觸摸屏手機一樣，為智能照明買單，也只是一個時間的問題3。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1 國外研究現(xiàn)狀從20世紀60年代開發(fā)了白熾燈、熒光燈、高強度放電燈所使用的電子調(diào)光器，到20世紀90年代以來，國外以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)開發(fā)出燈光自動調(diào)光系統(tǒng)、自動關(guān)停系統(tǒng)和自動補償系統(tǒng)，也稱“智能照明”的新型照明控制系統(tǒng)，并已有定型產(chǎn)品得以良好的推廣和運用，使建筑照明由傳統(tǒng)控制走向計算機控制或無人控制的新領(lǐng)域。自1984年美國建成第一座智

5、能建筑以來的十幾年中在世界范圍內(nèi)智能建筑以一種嶄新的面貌和技術(shù)迅速在各地展開4。尤其是亞洲的日本、新加坡、臺灣等國家和地區(qū)為了適應(yīng)智能建筑的發(fā)展進行了大量的研究和實踐相繼建成了一批具有智能化的建筑4。以美國為例，智能照明在智能家居的比重占到了第一位，甚至超過了安防的需求。雖然美國是最早開始研究智能家居的，但普及工作做得最好的卻是在韓國，這和韓國先進的電子技術(shù)是分不開的，同時也歸功于政府的政策支持，因此韓國產(chǎn)生了像三星、LG等知名的智能家居品牌。澳大利亞奇勝場景照明控制系統(tǒng)，可以對同一個場所中最多18個燈區(qū)(照明回路)供電和調(diào)節(jié)亮度。用戶可以調(diào)節(jié)和預(yù)設(shè)每個燈區(qū)的亮度以適應(yīng)最多5種場景，只需按一下

6、按鍵就可以為你的活動選擇滿意的照明環(huán)境5。1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀我國在20世紀80年代也開始涉及到智能建筑的理念并提到了樓宇自動化和辦公自動化直到90年代初智能建筑這一概念才逐漸被越來越多的人們所認識和接受尤其是在1993-1995年期間全國上下許多大中城市的房地產(chǎn)商都將自己開發(fā)的建筑標以“智能建筑”,“全智慧型建筑”等等一時間智能建筑成了房地產(chǎn)商開發(fā)銷售的熱點6。近幾年，我國高層建筑迅猛發(fā)展，這種智能型照明控制系統(tǒng)也已悄然進入了我國建筑行業(yè)。目前，上海金茂大廈，山東世界貿(mào)易中心等建筑已應(yīng)用了這種智能型照明控制系統(tǒng)。近幾年來，隨著科技的發(fā)展和物質(zhì)生活水平的不斷提高。家居、酒店智能化也不斷被人

7、們所推崇。作為智能化的組成部分智能照明系統(tǒng)更成為當今裝飾、裝修的關(guān)注點。自從愛迪生發(fā)明電燈以來，給人類帶來無窮的利益。如今電燈已不僅僅用于照明，而更多是用來營造溫馨、浪漫、多彩、絢麗、奢華的氛圍。智能照明行業(yè)自從上世紀九十年代進入中國市場以來由于市場的消費意識，市場環(huán)境、產(chǎn)品價格、推廣力度等各方面的原因一直沒有大的動作和起色7。國外智能照明產(chǎn)品價格太高，相關(guān)產(chǎn)品往往只是把智能照明作為其智能產(chǎn)品的一個子系統(tǒng)來運作，定位高端，造成曲高和寡，這如同八九十年代的家電市場。另外，國內(nèi)的產(chǎn)品推廣力度遠遠不夠。由于這是一個全新的行業(yè)，不同于快速消費品，渠道的建設(shè)，觀念的形成等等都是摸著石頭過河，所以也不敢投

8、入過多的精力與資源。但是隨著數(shù)字化家居概念的提出和發(fā)展以及部分國際品牌的入駐如：Dynalite、路創(chuàng)、WIELAND等等，推動了這個行業(yè)的快速增長，智能照明作為數(shù)字化家居的重要組成部分而被各個智能化廠家所重視起來，智能照明進入初級快速發(fā)展階段8。1.3課題的主要研究內(nèi)容本論文的結(jié)構(gòu)和章節(jié)如下：第一章：介紹課題的研究目的和意義，分析了智能照明系統(tǒng)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，簡要概括本文的主要研究內(nèi)容；第二章：介紹基于無線傳感網(wǎng)的智能照明系統(tǒng)的設(shè)計中使用到的關(guān)鍵技術(shù)，包括無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、ZigBee技術(shù);第三章：對系統(tǒng)進行需求分析，提出無線傳感網(wǎng)絡(luò)智能照明系統(tǒng)的總體設(shè)計，并進行系統(tǒng)的硬件設(shè)計；第四章：提

9、出了系統(tǒng)的軟件設(shè)計，包括網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器、設(shè)備終端、遙控器的軟件設(shè)計；第五章：對論文進行總結(jié)，并指出后續(xù)工作；第二章無線傳感器網(wǎng)絡(luò)及ZigBee技術(shù)介紹2.1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)2.1.1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)簡介無線傳感器網(wǎng)絡(luò)WSN（Wireless Sensor Network）是一種由傳感器節(jié)點構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，能夠?qū)崟r地監(jiān)測、感知和采集節(jié)點部署區(qū)中觀察者感興趣的感知對象的各種信息（如光強、溫度、濕度、噪音和有害氣體濃度等物理現(xiàn)象），并對這些信息進行處理后以無線的方式發(fā)送出去，通過無線網(wǎng)絡(luò)最終發(fā)送給觀察者9。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)綜合了現(xiàn)代傳感器技術(shù)、微電子技術(shù)、通信技術(shù)、嵌入式計算技術(shù)和分布式信息處理技術(shù)等多

10、個學(xué)科，是新興的交叉研究領(lǐng)域。它的出現(xiàn)引起了全世界范圍的廣泛關(guān)注，被稱為二十一世紀最具影響的技術(shù)之一。工業(yè)自動化就是工業(yè)生產(chǎn)中的各種參數(shù)為控制目的，實現(xiàn)各種過程控制，在整個工業(yè)生產(chǎn)中，盡量減少人力的操作，而能充分利用動物以外的能源與各種資訊來進行生產(chǎn)工作，即稱為工業(yè)自動化生產(chǎn)，而使工業(yè)能進行自動生產(chǎn)之過程稱為工業(yè)自動化。2.1.2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)及特點圖2.1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的一般形式如圖2.1 所示。在傳感器網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點任意散落在被監(jiān)測區(qū)域內(nèi)，除了感測特定的對象，還進行簡單的計算并維持互相之間的網(wǎng)絡(luò)連接。傳感器網(wǎng)絡(luò)具有自組織的功能，單個節(jié)點經(jīng)過初始的通信

11、和協(xié)商，形成一個傳輸信息的多跳網(wǎng)絡(luò)10。還有就是每個傳感網(wǎng)絡(luò)裝備有一個連接到傳輸網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)，傳輸網(wǎng)絡(luò)是由一個單跳鏈接或一系列的無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點組成的。網(wǎng)關(guān)通過這個傳輸網(wǎng)絡(luò)把感測數(shù)據(jù)從傳感區(qū)域發(fā)送到提供遠程連接和數(shù)據(jù)處理的基站，基站再通過Internet 聯(lián)系到遠程數(shù)據(jù)庫。最后采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過分析、挖掘后通過一個界面提供給終端用戶。傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點一般由處理器單元、無線傳輸單元、傳感器單元和電源模塊單元4 部分組成，如圖2.2所示。傳感器節(jié)點的一個重要組成部分是電源，電源為傳感器提供正常工作所必須的能源，可以使用太陽能電池等11。節(jié)點在網(wǎng)絡(luò)中可以充當數(shù)據(jù)采集者、數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)站或簇頭節(jié)點（ Cluster-

12、Headnode）的角色。作為數(shù)據(jù)采集者，數(shù)據(jù)采集模塊收集周圍環(huán)境的數(shù)據(jù)，通過通信路由協(xié)議直接或間接將數(shù)據(jù)傳輸給遠方基站（Base Station）或Sink 節(jié)點；作為數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)站，節(jié)點除了完成數(shù)據(jù)采集任務(wù)外，還要接收鄰居節(jié)點的數(shù)據(jù)，將轉(zhuǎn)發(fā)給距離基站更近的鄰居節(jié)點或者直接轉(zhuǎn)發(fā)到基站或Sink 節(jié)點；作為簇頭節(jié)點，節(jié)點負責收集該簇內(nèi)所有節(jié)點采集的數(shù)據(jù)，經(jīng)數(shù)據(jù)融合后，發(fā)送到基站或Sink 節(jié)點。圖2.2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點典型組成2.1.3 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)工作方式這些傳感器相互連接的方式類似于無線筆記本電腦、臺式機和PDA與互聯(lián)網(wǎng)連接的方式。它們只需極少功率，同時隨著其價格在未來幾年的不斷降低，相

13、關(guān)應(yīng)用將可以得到進一步推廣。它們?nèi)缤N子一樣遍布每個角落，彼此互通，可在環(huán)境監(jiān)視和信息收集過程中發(fā)揮重要作用。傳感器網(wǎng)絡(luò)可以告訴您發(fā)動機什么時候需要維護，監(jiān)視建筑物或森林以預(yù)防火災(zāi)，或警告使用微塵地區(qū)的水壩是否出現(xiàn)坍塌跡象。這些傳感器為實現(xiàn)“主動式計算”奠定了堅實基礎(chǔ)，通過數(shù)百個小型計算機共同協(xié)作來預(yù)測人類的切實需要。英特爾研究總監(jiān)David表示：“現(xiàn)在，要么電腦等待我們，要么我們等待電腦，在主動式計算世界里，計算機將能夠預(yù)測出您的需要，甚至有時會代表您執(zhí)行某些職能12?！?.1.4無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用（1）軍事防御軍事傳感器網(wǎng)絡(luò)探測和獲取敵軍情報。由于戰(zhàn)場情況復(fù)雜，如果靠人去收集敵方情報是很

14、危險的，而通過將傳感器網(wǎng)絡(luò)放置在敵軍陣地卻可以安全地獲得精確的信息，同時也不容易被敵軍察覺。在士兵、裝備及軍火上加裝傳感器以供識別，分清敵我，防止誤打。監(jiān)控戰(zhàn)場上的狀態(tài)。通過飛機空投等方式將大量廉價微型的傳感器節(jié)點散布在預(yù)定區(qū)域，通過這些傳感器節(jié)點實時監(jiān)測周圍環(huán)境的變化，并將監(jiān)測到的數(shù)據(jù)通過衛(wèi)星信道等方式發(fā)回基地，這樣就可以實時地監(jiān)控戰(zhàn)場上的狀態(tài)。跟蹤射擊對象的位置。通過傳感器節(jié)點對射擊對象的跟蹤、定位，實現(xiàn)精確制導(dǎo)。探測及判定化學(xué)、生物、放射、核子等物質(zhì)和攻擊。利用傳感器網(wǎng)絡(luò)及時、準確地判斷是否有生化武器及核武器的攻擊，確定生化源、爆炸中心的位置，為軍隊提供反應(yīng)時間，從而最大可能地減小傷亡1

15、3。（2）環(huán)境監(jiān)測隨著人們對環(huán)境的日益關(guān)注，環(huán)境科學(xué)所涉及的范圍越來越廣泛。通過傳統(tǒng)的方式采集原始數(shù)據(jù)是一件很困難的工作。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)為野外隨機性的數(shù)據(jù)獲取提供了方便。比如，跟蹤候鳥和昆蟲的遷移，研究環(huán)境變化對農(nóng)作物的影響，監(jiān)測海洋、大氣和土壤的成分等14。ALERT 系統(tǒng)中就有數(shù)種傳感器來監(jiān)測降雨量、河水水位和土壤水分，并依此預(yù)測爆發(fā)山洪的可能性14。類似地，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)對森林火災(zāi)準確、及時地預(yù)報也應(yīng)該是有幫助的。此外，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)也可以應(yīng)用在精細農(nóng)業(yè)中，以監(jiān)測農(nóng)作物中的害蟲、土壤的酸堿度和施肥狀況等。（3）醫(yī)療衛(wèi)生無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在醫(yī)療研究、護理領(lǐng)域也是大有所為。例如，在住院的病人身上

16、安裝上具有特殊用途的傳感器節(jié)點，醫(yī)生就能隨時了解到病人的情況，進行遠程監(jiān)控，了解他們的身體情況，如血壓、脈搏等等，一旦發(fā)現(xiàn)有危險，就能在第一時間進行救助。因此，利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)不僅能快速、方便的使病人得到醫(yī)治，而且還大大的減輕了護理人員的負擔15。（4）反恐救災(zāi)美國911 事件的發(fā)生，使反恐成為各國普遍關(guān)注的問題。反恐問題主要是要及時的收集信息，加強對周圍環(huán)境的監(jiān)測，能夠及時有效地應(yīng)對突發(fā)事件，將傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于反恐問題，可以有效地防止恐怖襲擊事件的發(fā)生16。（5）其他應(yīng)用無線傳感網(wǎng)絡(luò)還被應(yīng)用于其它一些領(lǐng)域。如井礦、核電廠等危險的工業(yè)環(huán)境，工作人員可以通過它來實施安全監(jiān)測；也可以用在交通

17、領(lǐng)域作為車輛監(jiān)控的有力工具，此外還可以運用到工業(yè)自動化生產(chǎn)線等諸多領(lǐng)域17。Intel 正在對工廠中的一個無線網(wǎng)絡(luò)進行測試，該網(wǎng)絡(luò)由40臺機器上的210個傳感器組成，這個無線傳感網(wǎng)絡(luò)組成的監(jiān)控系統(tǒng)將可以大大改善工廠的運作條件，它可以大幅降低檢查設(shè)備的成本，同時由于可以提前發(fā)現(xiàn)問題，因此將能夠縮短停機時間，提高效率，并延長設(shè)備的使用時間。無線傳感器技術(shù)目前仍處于初步應(yīng)用階段，但已經(jīng)展示出了非凡的應(yīng)用價值，相信隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和推進，一定會得到更大的應(yīng)用。2.2 ZigBee技術(shù)概述2.2.1 ZigBee技術(shù)簡介及其特點ZigBee是一種新興的短距離、低速率、低復(fù)雜度、低功耗、低成本的無線網(wǎng)絡(luò)

18、技術(shù)ZigBee技術(shù)是一種介于無線標記技術(shù)和藍牙之間的技術(shù)方案，在發(fā)展最初時，曾經(jīng)用過HomeRF Lite或者FireFly無線技術(shù)的叫法18。ZigBee技術(shù)的基礎(chǔ)是IEEE 802.15.4標準。這是IEEE無線個人區(qū)域(Personal Area Network，PAN)工作組所定的一項標準，被稱為IEEE 802154(ZigBee)技術(shù)標準，而遵循此標準的無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)則是由國際ZigBee聯(lián)盟所定義的。國際ZigBee聯(lián)盟在2001年8月成立，此聯(lián)盟是由英國的lnvensys公司、日本的三菱電氣公司、美國的摩托羅拉公司以及荷蘭的飛利浦半導(dǎo)體公司所組成，該聯(lián)盟的主要任務(wù)是旨在研發(fā)

19、被命名為ZigBee的下一代無線通信標準。如今，該聯(lián)盟已經(jīng)吸引了上百家芯片公司、無線設(shè)備公司、消費類電子廠商和OEM商等的加入。ZigBee技術(shù)的特點主要包括以下方面：1.省電：兩節(jié)五號電池即可支持一個節(jié)點長達6個月到2年的使用時間，省電，節(jié)約成本。2.可靠：ZigBee技術(shù)采用了碰撞避免機制，同時為需要固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預(yù)留了專用時隙，避免發(fā)送數(shù)據(jù)時的競爭和沖突：節(jié)點模塊之間具有自動動態(tài)組網(wǎng)的功能，信息在整個ZigBee網(wǎng)絡(luò)中通過自動路由的方式進行傳輸，從而保證了信息傳輸?shù)目煽啃?9。3.時延短：針對時延敏感的應(yīng)用做了一定的優(yōu)化，通信時延短，從休眠狀態(tài)激活的時延也非常短，一般從睡眠轉(zhuǎn)入工作狀

20、態(tài)只需15ms，節(jié)點連接進人網(wǎng)絡(luò)只需30ms，不但時延短，這也在一定程度上進一步節(jié)省了電能。4.網(wǎng)絡(luò)容量大：ZigBee有多種網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，由一個主節(jié)點管理若干個子節(jié)點，最多一個主節(jié)點可以管理254個子節(jié)點；主節(jié)點還可以由上一層的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點來管理，最多可支持65000個節(jié)點20。5.低速率：ZigBee技術(shù)分別提供了250kbps(此時頻段為24GHz)，以及頻段在915MHz時的40kbps和868MHz時的20kbps，三種原始數(shù)據(jù)的吞吐率，完全可以滿足低速率傳輸數(shù)據(jù)的應(yīng)用需求。6.短距離通信，覆蓋范圍廣：ZigBee的數(shù)據(jù)傳輸覆蓋范圍一般介于10100m之間，而且在增加了RF發(fā)射功率后，是

21、可以將范圍擴大到1-3km的，這只是相鄰節(jié)點之間的距離。如果再通過路由器和節(jié)點之間通信的接力，ZigBee網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸范圍可以達到更遠。7.高安全：ZigBee提供了數(shù)據(jù)完整性檢查和鑒權(quán)功能，加密算法采用通用的高級加密標準AES-12821。8.免執(zhí)照頻段:采用直接序列擴頻在工業(yè)科學(xué)醫(yī)療(ISM)頻段，2.4GHz（全球)、915MHz(美國)和868MHz(歐洲)。2.2.2 ZigBee協(xié)議棧概述ZigBee聯(lián)盟于2005年公布了第一份ZigBee規(guī)范“ZigBee Specification V1.0”。ZigBee協(xié)議規(guī)范使用了IEEE 802.15.4定義的物理層（PHY）和媒體介

22、質(zhì)訪問層（MAC），并在此基礎(chǔ)上定義了網(wǎng)絡(luò)層（NWK）和應(yīng)用層（APL）架構(gòu)22。ZigBee的體系結(jié)構(gòu)由稱為層的各模塊組成。每一層為其上層提供特定的服務(wù)：即由數(shù)據(jù)服務(wù)實體提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)；管理實體提供所有的其他管理服務(wù)。每個服務(wù)實體通過相應(yīng)的服務(wù)接入點(SAP)為其上層提供一個接口，每個服務(wù)接入點通過服務(wù)原語來完成所對應(yīng)的功能23。ZigBee協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)如圖2.3所示：圖2.3 ZigBee體系結(jié)構(gòu)模型2.2.2.1 物理層（PHY）物理層定義了物理無線信道和MAC子層之間的接口，提供物理層數(shù)據(jù)服務(wù)和物理層管理服務(wù)24。物理層內(nèi)容：（1）ZigBee的激活；（2)當前信道的能量檢測；（3

23、)接收鏈路服務(wù)質(zhì)量信息；（4)ZigBee信道接入方式；（5)信道頻率選擇；（6)數(shù)據(jù)傳輸和接收。如圖2.4所示。圖2.4 物理層2.2.2.2 介質(zhì)訪問層（MAC）MAC層負責處理所有的物理無線信道訪問，并產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)信號、同步信號；支持PAN連接和分離，提供兩個對等MAC實體之間可靠的鏈路25。如圖2.5所示MAC層功能：（1）網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器產(chǎn)生信標；（2）與信標同步；（3）支持PAN(個域網(wǎng))鏈路的建立和斷開；（4）為設(shè)備的安全性提供支持；（5）信道接入方式采用免沖突載波檢測多址接入(CSMA-CA)機制；（6）處理和維護保護時隙(GTS)機制；（7)在兩個對等的MAC實體之間提供一個可靠的通信

24、鏈路；圖2.5 MAC層2.2.2.3 網(wǎng)絡(luò)層（NWK）ZigBee協(xié)議棧的核心部分在網(wǎng)絡(luò)層。網(wǎng)絡(luò)層主要實現(xiàn)節(jié)點加入或離開網(wǎng)絡(luò)、接收或拋棄其他節(jié)點、路由查找及傳送數(shù)據(jù)等功能26。其結(jié)構(gòu)如圖2.6所示。網(wǎng)絡(luò)層功能：（1）網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)；（2）網(wǎng)絡(luò)形成；（3）允許設(shè)備連接；（4）路由器初始化；（5）直接將設(shè)備同網(wǎng)絡(luò)連接；（6）斷開網(wǎng)絡(luò)連接；（7）重新復(fù)位設(shè)備；（8）接收機同步；（9）信息庫維護；圖2.6 網(wǎng)絡(luò)層2.2.2.4 應(yīng)用層（APL）（1)ZigBee應(yīng)用層框架包括應(yīng)用支持層(APS)、ZigBee設(shè)備對象(ZDO)和制造商所定義的應(yīng)用對象27。（2)應(yīng)用支持層的功能包括：維持綁定表、在綁定的設(shè)

25、備之間傳送消息。（3）ZigBee設(shè)備對象的功能包括：定義設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)中的角色(如ZigBee協(xié)調(diào)器和終端設(shè)備)，發(fā)起和響應(yīng)綁定請求，在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間建立安全機制。ZigBee設(shè)備對象還負責發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備，并且決定向他們提供何種應(yīng)用服務(wù)28。（4）ZigBee應(yīng)用層除了提供一些必要函數(shù)以及為網(wǎng)絡(luò)層提供合適的服務(wù)接口外，一個重要的功能是應(yīng)用者可在這層定義自己的應(yīng)用對象。應(yīng)用層（APL)：應(yīng)用支持層維持器件的功能屬性，發(fā)現(xiàn)該器件工作空間中其他器件的工作，根據(jù)服務(wù)和需求使多個器件之間通信，根據(jù)具體應(yīng)用由用戶開發(fā)29。其結(jié)構(gòu)如圖2.7所示。圖2.7 應(yīng)用層第三章系統(tǒng)需求分析及系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1系統(tǒng)需求分

26、析一個實際的照明控制系統(tǒng)主要是包括了安裝在照明設(shè)備上的微處理控制系統(tǒng)，控制中心的監(jiān)控系統(tǒng)，以及實現(xiàn)這兩者之間聯(lián)系的無線通信系統(tǒng)，這三個主要組成部分30。針對本設(shè)計中的基于無線通信網(wǎng)絡(luò)的照明控制系統(tǒng)，系統(tǒng)的基本實現(xiàn)功能主要有：可以通過遙控器實現(xiàn)對燈的開關(guān)控制；能夠?qū)⒄彰髟O(shè)備分組，并設(shè)置各種不同的燈光場景，可以方便地使照明設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)或者離開網(wǎng)絡(luò)等，并能夠便于控制中心進行統(tǒng)一控制；而且，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點需具有一定的存儲記憶功能，可以保存已經(jīng)設(shè)置的場景，不需要重新確認照明設(shè)備或重新設(shè)置就可以正常地進行使用。以上這些都是從用戶角度考慮，所需要達到的要求。對于無線燈光控制系統(tǒng)本身來說，也有一些必須的要求，例如應(yīng)

27、該要求網(wǎng)絡(luò)節(jié)點電路在體積上足夠小，遙控器也應(yīng)該盡量簡單便于用戶操作。在軟件方面，要求所有模塊的軟件部分都盡量精簡，沒有冗余代碼，同時也應(yīng)該縮減網(wǎng)絡(luò)節(jié)點和遙控器節(jié)點的成本。3.2 系統(tǒng)總體設(shè)計根據(jù)智能照明系統(tǒng)的特點及設(shè)計要求，本文設(shè)計的基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)及ZigBee技術(shù)的智能照明系統(tǒng)主要由網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器、終端設(shè)備和遙控器三個部分組成。如圖3.1所示。本系統(tǒng)中采用ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，采用多路，星形拓撲結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)中有一個網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器與上位機，負載建立網(wǎng)絡(luò)，并管理網(wǎng)絡(luò)，顯示相關(guān)的控制信息，以及發(fā)送控制指令；若干個RFD節(jié)點作為終端設(shè)備，根據(jù)控制信號直接控制照明設(shè)備；若干個路由節(jié)點，在網(wǎng)絡(luò)覆蓋面積較大時

28、投入系統(tǒng)中使用，負責傳遞控制信號；還有手持設(shè)備，即遙控器也可以由RFD設(shè)備充當，用于操作人員人為控制照明設(shè)備。圖3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型圖3.3 射頻芯片CC2430ZigBee節(jié)點的基本結(jié)構(gòu)框圖如圖3.2所示。為實現(xiàn)ZigBee節(jié)點的各項功能，在此采用芯片CC2430，并以CC2430芯片為主進行各種ZigBee設(shè)備的設(shè)計。下面就詳細介紹本系統(tǒng)所需要的最主要芯片CC2430。圖3.2 ZigBee節(jié)點基本結(jié)構(gòu)框圖CC2430是真正的系統(tǒng)芯片(SoC)CMOS解決方案，它結(jié)合了一個高性能的射頻收發(fā)器核心和一個高效的8051控制器，完全可以滿足ZigBee節(jié)點的結(jié)構(gòu)設(shè)計，也可以提高性能，并滿足以Zi

29、gBee為基礎(chǔ)的24GHz ISM頻段應(yīng)用的低成本、低功耗的要求31。CC2430芯片以強大的IAR集成開發(fā)環(huán)境為支持，是Chipcon公司推出的真正的單芯片ZigBee解決方案，支持2.4GHz IEEE802.15.4 ZigBee協(xié)議。CC2430芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3.3所示，它在單個芯片上集成了ZigBee射頻(RE)前端、閃存以及8位8051微控制器。它具有3264128KB的編程閃存和8KB的RAM，還集成了模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)、4個定時器、AES-128安全協(xié)同處理器、看門狗定時器(Watchdog Timer)、32kHz晶振的休眠模式定時器、上電復(fù)位電路(power onre

30、set)、掉電檢測電路(brown out detection)以及21個可編程IO引腳，可以應(yīng)用于各種ZigBee的無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，包括網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器、路由器以及終端設(shè)備。CC2430芯片采用了0.18umCOMS工藝生產(chǎn)，工作時損耗僅為27mA；在接收和發(fā)射模式下，電流損耗也小于27mA，它的休眠模式和轉(zhuǎn)換到主動模式的超短時間特性，也完全滿足低成本、低功耗的要求，適合電池壽命長的應(yīng)用。圖3.3 CC2430內(nèi)部結(jié)構(gòu)CC2430的主要特性如下所述：1.高性能和低功耗的增強型8051微控制器內(nèi)核，運行時鐘32MHz，使用標準805l指令集，具有8倍于標準805l內(nèi)核的性能。2.符合IEEE802.1

31、5.4標準的2.4GHz的RF收發(fā)器。3.極高的無線接收靈敏度和強大的抗干擾性能。4.32KB、64KB或128KB的片內(nèi)Flash塊提供電路可編程非易失性存儲器，可用于軟件安全；1個DMA控制器，8KB的靜態(tài)RAM，其中4KB是超低功耗的SRAM，在各種電源模式中具有4096字節(jié)數(shù)據(jù)保持能力。5.一個32MHz晶體振蕩器、一個16MHz的RC振蕩器、一個可選的32.678kHz晶體振蕩器和32.768lkHz的RC振蕩器，4個振蕩器用于系統(tǒng)時鐘和定時操作，可降低功耗。6.低功耗，電流消耗??；工作時的電流損耗為27mA，在接收和發(fā)射模式下，電流損耗分別低于27mA和25mA；在休眠模式時僅0.

32、9uA的電流損耗，外部的中斷或者RTC能喚醒系統(tǒng)；在待機模式時少于0.6uA的電流損耗，外部中斷能喚醒系統(tǒng)。7.硬件支持避免沖突的載波偵聽多路存取(CSMA-CA)功能。8.電壓范圍較寬(2.03.6V)。9.數(shù)字化的接收信號強度指示器鏈路質(zhì)量指示(RSSILQI)。10.具有電池監(jiān)視器和溫度傳感器。11.集成用戶用于自定義應(yīng)用的外設(shè)，集成一個AES協(xié)處理器，以支持IEEE802.15.4MAC安全所需的AES的運行，減少占用微控制器。12中斷控制器為18個中斷源提供服務(wù)；兩線串行的調(diào)試接口，可支持電路調(diào)試和外部Flash編程；IO控制器靈活分配，可靠的控制21個IO口。13.具有8路輸入81

33、4位ADC；看門狗；1個通用的16位和2個8位定時器。14.ZigBeeIEEE802.15.4全兼容的硬件層、物理層。15.強大和靈活的開發(fā)工具；小尺寸QLP-48封裝，7mm*7mm。3.3.1 CC2430引腳CC2430采用小尺寸7mm*7mm的QLP一48封裝，48個引腳，其芯片引腳圖，如圖3.4所示，全部引腳可以分為IO端口線引腳、電源線引腳和控制線引腳32。圖3.4 CC2430引腳圖CC2430有21個可編程的IO口引腳，PO(1l18)、PI(16，8，9)口是完全的8位口，而P2(43-46，48)只有5個可使用的位。IO口的關(guān)鍵特性為：可設(shè)置為通的IO口，也可以設(shè)置成為外

34、圍IO口使用；在輸入時有上拉和下拉能力：全部21個IO口引腳都有響應(yīng)外部中斷的能力。3.3.2 無線通信模塊作為無線通信芯片，最重要的就是無線通信模塊部分，而芯片CC2430的無線核心部分是一個CC2420的射頻收發(fā)器。CC2430的無線接收器是一個低中頻的接收器，接收到的射頻信號通過低噪聲放大器放大處理之后，正交降頻轉(zhuǎn)換到中頻，中頻信號只有2MHz。在中頻2MHz中，當ADC進行模數(shù)轉(zhuǎn)換時，輸入輸出調(diào)相信號被過濾和放大，而此混合VQ信號在經(jīng)過濾波、放大、AD轉(zhuǎn)換、自動增益控制、數(shù)字解調(diào)和解擴之后，最終恢復(fù)出正確的傳輸數(shù)據(jù)。CC2430的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)通過先進先出(FIFO)的方式來接收128位數(shù)

35、據(jù)，使用先進先出讀取數(shù)據(jù)時，需要通過特殊功能寄存器接口，而內(nèi)存與先進先出緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)移動則建議采用存儲器直接存取(DMA)的方式來實現(xiàn)。CRC校驗則是利用硬件來實現(xiàn)，接收信號強度指標(RSSI)和相關(guān)值添加到幀中，在接收模式中是可以利用中斷來使用清除通道評估(CCA)。CC2430的無線發(fā)送器是基于上變頻器的。接收到的信號數(shù)據(jù)是存放在一個接收先進先出(區(qū)別于發(fā)送先進先出)的128字節(jié)的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)內(nèi)，發(fā)送數(shù)據(jù)幀的前導(dǎo)符和開始符都是由硬件自動生成的，每個符號(4位)使用IEEE802.15.4擴展序列擴展為32位碼片序列，再通過數(shù)模轉(zhuǎn)換把數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號，然后再經(jīng)過低通濾波器濾波、I/Q上變

36、頻的混頻等步驟后，通過功率放大器(PA)饋送到天線再發(fā)送出去33。CC2430無線部分的主要參數(shù)有以下幾點。CC2430的工作頻帶范圍為2.4-2.4835GHz：低電壓供電(2.1-3.6v)，使其在能量消耗上很??；采用了IEEE802.15.4規(guī)范要求的直接序列擴頻方式；其傳輸速率較高，數(shù)據(jù)速率達250kbps，碎片速率達2Mbps；在調(diào)制方式上，采用的是O-QPSK調(diào)制方式；其接收靈敏度也很高(-94dB·m)，抗鄰頻道干擾的能力同樣很強(39dB)；芯片的內(nèi)部集成有VCO、LNA、PA以及電源穩(wěn)壓器，使芯片所需要的外圍擴展電路大大減少；輸出功率編程可控：IEEE802.15.

37、4MAC硬件可以支持自動幀格式生成、同步插入與檢測、10bit的CRC校驗、電源檢測、完全自動MAC層保護(CTR，CBC-MAC，CCM)。3.4 系統(tǒng)硬件設(shè)計在進行系統(tǒng)硬件設(shè)計時，主要需要完成對ZigBee網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點進行設(shè)計，包括網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器、終端設(shè)備以及遙控器等的設(shè)計。3.4.1 網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器由串口處理器、串口控制器、存儲器、射頻模塊、電源五個部分組成。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3.5所示圖3.5 網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器結(jié)構(gòu)框圖由上文的介紹可知，CC2430的內(nèi)部已經(jīng)集成了大量必要的電路，因此在進行節(jié)點設(shè)計時，CC2430所需要的外圍元件數(shù)很少，只需要加些簡單的電路即可實現(xiàn)無線的收發(fā)功能。它的常見外

38、圍電路主要是，天線部分，由于CC2430內(nèi)部采用了發(fā)送接收(TR)開關(guān)電路，天線的接口以及匹配很容易實現(xiàn)，IU為差動連接，單極天線可以使用非平衡變壓器，可以使天線的性能更好。這部分電路由電容Cl和電感L1、L2、L3，還有一個PCB微波傳輸線而組成，其中，C1為5.6pF，電感L1、L2、L3分別為1.8nH、8.2nH、22nH，這部分的整個結(jié)構(gòu)完全滿足RF輸入輸出所要求的匹配電阻(50n)。晶振部分，用一個32MHz的石英諧振器以及兩個電容(C3、C4)構(gòu)成一個32 MHz的晶體振蕩器電路，其中，C3、C4均為22pF，而偏置電阻R4則為晶振提供合適的工作電流，可選用56k；R3也為偏置電

39、阻，阻值為43k；C2和C5是220nF的去耦合電容，主要用于電源濾波；10腳外接R5與C6組成的復(fù)位電路，低電平有效。CC2430的典型外圍電路連接圖如圖3.6所示，再加上其他一些必要的擴展即可作為網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點，如網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器、路由節(jié)點，也可用于終端設(shè)備。圖3.6 CC2430典型外圍電路圖網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器是整個ZigBee網(wǎng)絡(luò)中最為重要也是必不可少的設(shè)備，也是整個照明控制系統(tǒng)中的重要部分，鑒于目前處在產(chǎn)品開發(fā)階段，在本設(shè)計中網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器的設(shè)計可以采用計算機再加上ZigBee通訊模塊的方式進行設(shè)計，前期采用臺式計算機，通過串行通訊口和通訊模塊進行通訊，由于臺式機編程方便，可以通過和市場調(diào)研人員及產(chǎn)品用

40、戶等進行溝通，方便的建立各種控制模型，設(shè)置各種場景，完成網(wǎng)絡(luò)管理和控制功能，還可以讓用戶很快看到各種方案的控制效果。在CC2430的典型外圍電路的基礎(chǔ)上，添加一個RS232接口，即可作為串口與上位機相連。因為CC2430的電源為2.0-3.6V，故在此采用SP3223E完成電平轉(zhuǎn)換；再加上按鍵部分即可成為FFD設(shè)備，擔任網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器的角色，其原理圖如圖3.7所示，與上位機的通訊，可將網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點設(shè)備以及各照明設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸至上位機顯示出來。電源管理模塊負責整個設(shè)備的能源供給和分配。本系統(tǒng)可以通過3V固定電源或電池供電。當系統(tǒng)在安裝場所裝修之前進行布置規(guī)劃時，可通過適當?shù)氖覂?nèi)有線電源布線設(shè)計為系統(tǒng)

41、供電；若安裝于已裝修場所，電源線路取電不便或無固定電源，則可依靠電池供電工作。本系統(tǒng)采用低功耗設(shè)計，更換一次電池可保障節(jié)點約兩年工作時間。雙電源供電方式的設(shè)計可充分保證系統(tǒng)對于不同安裝環(huán)境的適應(yīng)性，有效提高系統(tǒng)實用價值。圖3.7 網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器原理圖網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器的主要功能是要進行網(wǎng)絡(luò)初始化，為建立一個新的網(wǎng)絡(luò)做好準備，然后網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器開始建立一個新的網(wǎng)絡(luò)，在網(wǎng)絡(luò)組建成功后運行新網(wǎng)絡(luò)，然后，網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器就進入監(jiān)聽狀態(tài)，隨時響應(yīng)其它節(jié)點的入網(wǎng)請求，這樣在各終端設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)后，網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器即可將上位機中的控制狀態(tài)命令發(fā)送至終端設(shè)備，從而控制各照明設(shè)備；當有人員持手持設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)時，網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器也可做出響應(yīng)，并同時

42、響應(yīng)遙控器的按鍵命令，可達到無線遙控照明設(shè)備的目的。網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器還有維護網(wǎng)絡(luò)的功能，上位機定時對各設(shè)備發(fā)送命令進行輪詢，以檢測照明設(shè)備的狀態(tài)，是否與顯示或所需的控制狀態(tài)一致。同時，網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器還需要存儲下列基本信息：節(jié)點設(shè)備數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)表、設(shè)備關(guān)聯(lián)表。3.4.2 終端設(shè)備終端設(shè)備由處理器、控制模塊、存儲器、射頻模塊、電源五個部分組成。其結(jié)構(gòu)如圖3.8所示。圖3.8 終端設(shè)備結(jié)構(gòu)框圖終端設(shè)備也是ZigBee網(wǎng)絡(luò)中所不可缺少的部分，它與照明設(shè)備直接相關(guān)，接收網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器所發(fā)送的控制命令，并對照明設(shè)備進行控制。燈具大體可分為兩類，不可調(diào)光燈具與可調(diào)光燈具，因此，終端設(shè)備也可分為兩類，開關(guān)量控制的終端設(shè)備

43、與模擬量控制的終端設(shè)備。(1)開關(guān)量控制的終端設(shè)備開關(guān)量控制的終端設(shè)備，主要控制不可調(diào)光的燈具，只通過控制燈的開關(guān)以滿足不同的場景需要。作為開關(guān)量控制的終端設(shè)備，在CC2430上可直接連接繼電器控制不可調(diào)光的燈具，在本設(shè)計中一個無線控制芯片可帶8路，1路即可接一個場景中所需的照明設(shè)備數(shù)量，例如夜間場景只需要開兩盞小燈，那此路就可以同時控制這兩盞燈的開關(guān)，這樣既可節(jié)省成本，又能完整的控制場景設(shè)置中的所需燈具。其原理圖如圖3.9所示，在CC2430典型外圍電路的基礎(chǔ)上帶繼電器，電源部分，因為終端設(shè)備是與照明設(shè)備相連，因此可以直接利用燈具的供電電源，只需加一個整流電路以及降壓電路產(chǎn)生穩(wěn)定的5V電壓給

44、繼電器供電，在通過降壓穩(wěn)壓電路得到穩(wěn)定的3.3V電壓給CC2430供電。圖3.9 開關(guān)量控制終端設(shè)備原理圖(2)模擬量控制的終端設(shè)備模擬量控制的終端設(shè)備，主要是控制可調(diào)光的燈具，調(diào)節(jié)燈具的照度來滿足各個場景，以達到控制目的。對模擬量控制的終端設(shè)備的設(shè)計，CC2430只需提供一個RS485的接口，然后連接已經(jīng)設(shè)計完善的智能調(diào)光器，就可以控制可調(diào)光燈具，調(diào)節(jié)燈具的照度，在本設(shè)計中不單獨設(shè)計調(diào)光部分的原因在于節(jié)省成本，因為要設(shè)計調(diào)光模塊，勢必再增加一個無線收發(fā)控制器，而無線控制器芯片的成本遠高于RS485總線，這就在無形之中增加了很多成本，而終端設(shè)備均在燈具附近，或就與燈具相連，采用RS485總線并

45、不影響總體的無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計，因此，模擬量控制的終端設(shè)備即在CC2430的典型外圍電路的基礎(chǔ)上加一個RS485的轉(zhuǎn)換電路，提供一個RS485接口，可帶多路調(diào)光器，進行調(diào)光控制，其基本結(jié)構(gòu)原理圖如圖3.10所示。圖3.10 模擬量控制的終端設(shè)備原理圖3.4.3遙控器遙控器由處理器、控制鍵盤、存儲器、射頻模塊、電源五個部分組成。其結(jié)構(gòu)如圖3.11所示。圖3.11 遙控器結(jié)構(gòu)框圖遙控器為ZigBee網(wǎng)絡(luò)中所需要的無線手持設(shè)備，雖然不是ZigBee網(wǎng)絡(luò)中所必需的設(shè)備，但也十分重要。遙控器可以由操作人員進行控制，在操作人員拿著遙控器進入已經(jīng)形成的ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)，可自動搜尋ZigBee設(shè)備，建立通信關(guān)系

46、，并加入到網(wǎng)絡(luò)中，成為其中的一個節(jié)點，這樣也可以對照明進行遙控，使整個控制系統(tǒng)更為靈活，可真正發(fā)揮無線控制網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢34。只在CC2430的典型外圍電路中加入一些按鍵，可以組成ZigBee手持設(shè)備，遙控器。遙控器可以隨時加入所組建的ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)中，用于遙控照明設(shè)備，人員按下功能鍵，即將信息傳至網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，然后網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器即將響應(yīng)的控制狀態(tài)發(fā)送至終端設(shè)備，從而改變照明設(shè)備的狀態(tài)，這樣遙控器就可以選擇不同的場景模式，從而達到對照明設(shè)備的無線控制，其原理圖如圖3.12所示，電源部分采用電池供電。圖3.12 遙控器原理圖第四章系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1 主程序流程圖4.1.1 網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器軟件設(shè)計網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)

47、器作為中心控制平臺，其任務(wù)是首先建立新的網(wǎng)絡(luò)，完成組建網(wǎng)絡(luò)的工作，接收各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行處理，并發(fā)送相應(yīng)的控制信號35。在ZigBee協(xié)議棧中通過CurrentPrimitive這個變量跟蹤當前系統(tǒng)的狀態(tài)，并決定下一步系統(tǒng)將進行什么處理。系統(tǒng)中大部分有關(guān)協(xié)議棧的處理都由協(xié)議棧自動完成，也就是通過ZigBeeTasks(&CurrentPrimitive)函數(shù)自動處理，它要處理大部分的請求原語(request)和響應(yīng)原語(Response)，而用戶程序需要做的是檢查接收到的確認原語(Confirm)，然后做出相應(yīng)的處理。網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器流程圖如圖4.1所示，在網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器上，首先初

48、始化CC2430，然后程序開始初始化協(xié)議棧并打開中斷，之后程序開始格式化一個網(wǎng)絡(luò)，建立一個新的網(wǎng)絡(luò)，如果成功，可在上位機中看到相應(yīng)的信息。然后程序給予發(fā)送數(shù)據(jù)的地址，這個地址是可以改變的。最后，網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器循環(huán)執(zhí)行LampStateDisplay()函數(shù)，即檢測按鍵和發(fā)送按鍵值，并通過串口發(fā)送至上位機，進行顯示。場景設(shè)置，控制狀態(tài)的設(shè)置與查詢，均在上位機中編寫響應(yīng)的軟件程序。圖4.1 網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器流程圖4.1.2終端設(shè)備軟件設(shè)計在終端設(shè)備上，程序也是首先初始化CC2430，之后初始化協(xié)議棧，并開始發(fā)送加入網(wǎng)絡(luò)的信號，等待給自己分配網(wǎng)絡(luò)地址，如果加入成功，然后執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器的控制命令，通過繼電器或調(diào)光模塊等可以完成對照明設(shè)備的控制，其流程圖如圖4.2所示。圖4.2 終端設(shè)備流程圖4.1.3遙控器軟件設(shè)計在遙控器上，程序同樣是先初始化CC2430，之后初始化協(xié)