智能照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

智能照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)本文結(jié)合ZigBee技術(shù)，重點(diǎn)分析了基于ZigBee的辦公建筑照明節(jié)能系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并給出了智能照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)效果分析。標(biāo)簽：智能照明系統(tǒng)；ZigBee技術(shù)；系統(tǒng)設(shè)計(jì)；效果分析引言我國(guó)電力資源緊張，國(guó)家出臺(tái)了相應(yīng)的政策法規(guī)，鼓勵(lì)用戶進(jìn)行用電節(jié)能改造。我國(guó)各種類型的辦公建筑基數(shù)龐大，辦公建筑空調(diào)耗電最大，照明用電緊跟其后，改進(jìn)辦公建筑照明用電系統(tǒng)尤為重要。本文以ZigBee技術(shù)為核心，構(gòu)建設(shè)計(jì)辦公建筑節(jié)能照明系統(tǒng)，不但可以實(shí)現(xiàn)辦公建筑的節(jié)能降耗，而且也實(shí)現(xiàn)辦公建筑的智能監(jiān)控和科學(xué)管理，排除了安全隱患。1ZigBee技術(shù)及其優(yōu)勢(shì)ZigBee技術(shù)是一種提供傳感器等電子元器件之間短距離無(wú)線連接的通信技術(shù)，具有成本低、低功率、網(wǎng)絡(luò)容量較大、傳輸局速率較低、傳輸距離較短、組網(wǎng)靈活的特點(diǎn)，ZigBee技術(shù)構(gòu)建在IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)之上。IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)僅定義了PHY和MAC層規(guī)范，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足商業(yè)應(yīng)用的要求，ZigBee聯(lián)盟在IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)之上制定了網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層規(guī)范。除了ZigBee技術(shù)，無(wú)線通信技術(shù)還有BlueTooth、WiFi等，和這些標(biāo)準(zhǔn)相比，ZigBee更能滿足電子元器件之間無(wú)線連接的需求。通常電子元器件不要求高帶寬，而更看重低時(shí)延、低能耗和大網(wǎng)絡(luò)容量。可以看出，ZigBee技術(shù)對(duì)于智能家居、辦公建筑照明來(lái)講，具有技術(shù)和成本兩方面的優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)在已經(jīng)成為智能照明的主流。2基于ZigBee的辦公建筑照明節(jié)能系統(tǒng)設(shè)計(jì)本文以辦公室為例，說(shuō)明辦公室照明節(jié)能系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理，其他如會(huì)議室照明、服務(wù)大廳的照明類似。辦公室照明系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。公共區(qū)域照明用電（走廊、樓梯、衛(wèi)生間等）以聲控為主，光感為輔。辦公室照明系統(tǒng)充分利用ZigBee靈活的自組網(wǎng)優(yōu)勢(shì)，以網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器、路由器和終端節(jié)點(diǎn)三部分組成辦公室無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)，將多個(gè)辦公室終端節(jié)點(diǎn)互聯(lián)在一起，形成一個(gè)辦公室照明系統(tǒng)。通過(guò)ZigBee組建的網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)終端傳感器數(shù)據(jù)信息的采集，將收集的數(shù)據(jù)信息通過(guò)ZigBee網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)娇刂浦行?，控制中心通過(guò)運(yùn)算處理，完成辦公室燈具的智能控制。網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器程序負(fù)責(zé)采集各終端節(jié)點(diǎn)或路由器的地址及工作狀態(tài)等信息，通過(guò)RS232總線或GPRS形式送至控制中心的計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理；它還負(fù)責(zé)將控制中心發(fā)送來(lái)的指令，通過(guò)RS232總線或GPRS形式，轉(zhuǎn)發(fā)給相應(yīng)的路由器或辦公室終端節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)燈光開(kāi)、關(guān)、亮度調(diào)節(jié)及照明模式的選擇。ZigBee無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)在網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器與終端節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)信息交換，無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)通過(guò)對(duì)辦公室室內(nèi)外光線強(qiáng)弱與人員定位等事物的預(yù)先感知，然后分析、處理，通過(guò)路由器傳送給網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，進(jìn)而達(dá)到控制中心來(lái)采集辦公建筑辦公室照明各終端節(jié)點(diǎn)相關(guān)信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)辦公現(xiàn)場(chǎng)的燈光的智能管理。3智能照明系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)分析在對(duì)系統(tǒng)芯片進(jìn)行選擇的過(guò)程當(dāng)中，基于對(duì)ZigBee技術(shù)的維護(hù)需求，要求芯片滿足以下幾個(gè)方面的性能要求：其一，成本低廉；其二，能耗水平低；其三，集成水平高；其四，電壓水平低。綜合以上要求，選取CC2430芯片作為優(yōu)選方案。在當(dāng)前的技術(shù)條件支持下，本芯片建立在CMOS工藝基礎(chǔ)之上形成，元器件需求較少，運(yùn)行功耗低。且，芯片內(nèi)部設(shè)置有基于數(shù)字直接序列的擴(kuò)頻調(diào)制解調(diào)模塊，該模塊在正常運(yùn)行狀態(tài)下可實(shí)現(xiàn)的擴(kuò)頻增益水平為9.0dB，同時(shí)還設(shè)置基于ZigBee技術(shù)的協(xié)議棧。整個(gè)ZigBee技術(shù)支持下智能照明系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)置為網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)模式。整個(gè)智能照明系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)由協(xié)調(diào)器設(shè)備、以及終端節(jié)點(diǎn)設(shè)備兩個(gè)模塊構(gòu)成。其中，對(duì)于協(xié)調(diào)器設(shè)備而言，其具有基于802.15.4ZigBee技術(shù)所對(duì)應(yīng)的全部協(xié)議棧內(nèi)容，因而可以作為全功能設(shè)備應(yīng)用。結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，一般來(lái)說(shuō)一個(gè)完整的ZigBee協(xié)議棧所占用空間為32.0KB，而在以上器件的配合運(yùn)行下，儲(chǔ)存空間可降低至4.0KB，達(dá)到節(jié)約成本的目的。（1）從協(xié)調(diào)器硬件設(shè)計(jì)的角度上來(lái)說(shuō)，考慮到協(xié)調(diào)器需要負(fù)責(zé)完成包括網(wǎng)絡(luò)維護(hù)、數(shù)據(jù)傳輸、指令傳輸、系統(tǒng)管理、以及運(yùn)行監(jiān)測(cè)在內(nèi)的多個(gè)方面的工作任務(wù)，因而功耗相對(duì)較高，為了確保其運(yùn)行的持續(xù)性與穩(wěn)定性，要求在硬件設(shè)計(jì)期間，通過(guò)外接電源的方式，確保供電可靠。同時(shí)，建立在USB接口之上實(shí)現(xiàn)與PC機(jī)的可靠聯(lián)通。具體而言，協(xié)調(diào)器的硬件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖2所示。（2）從終端節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)的角度上來(lái)說(shuō)，通過(guò)安置光照傳感器的方式，可及時(shí)檢測(cè)環(huán)境中的光照強(qiáng)弱。硬件系統(tǒng)要求：在熱釋電傳感器檢測(cè)所覆蓋區(qū)域內(nèi)無(wú)人的情況下，可執(zhí)行關(guān)閉照明燈具。同時(shí)，若感知光線亮度過(guò)大，可通過(guò)光傳感器度亮度進(jìn)行調(diào)整。建立在ZigBee網(wǎng)絡(luò)支持下，要求面向各個(gè)燈節(jié)點(diǎn)進(jìn)行信息傳輸控制。具體而言，終端節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖3所示。4智能照明系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)分析（1）從協(xié)調(diào)器裝置的角度上來(lái)說(shuō)，在基于ZigBee技術(shù)所構(gòu)建的智能照明系統(tǒng)當(dāng)中，協(xié)調(diào)器所具備的兩大關(guān)鍵功能為：①構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)支持運(yùn)行；②網(wǎng)絡(luò)管理。在構(gòu)建基于ZigBee網(wǎng)絡(luò)，并按照智能照明系統(tǒng)實(shí)際需求，對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分配，對(duì)綁定列表進(jìn)行維護(hù)的過(guò)程當(dāng)中，要求協(xié)調(diào)器裝置通過(guò)掃描空閑信道的方式創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)，并基于獨(dú)立掃描程序，保障連接設(shè)備能夠自動(dòng)加入新創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)。按照此種方式，整個(gè)協(xié)調(diào)器裝置所對(duì)應(yīng)的軟件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖4所示。（2）從終端節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)的角度上來(lái)說(shuō)，其在智能照明系統(tǒng)當(dāng)中的主要工作任務(wù)為：接受由協(xié)調(diào)器裝置所