基于ZigBee技术的智能调光系统

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能源危机正在威胁着人类,要想可持续发展,节能环保势在必行。一直以来,千家万户的照明灯都是用白炽灯和荧光灯,但是它们的发光效率低,造成了大量的电能浪费。白光LED照明灯的出现,解决了原有灯具发光效率低等缺点,但是,在外界不是特别暗的时候,如果将室内的白光LED灯全部打开,又会造成不必要的电能浪费。因此,本文提出了一种可以根据外界自然光强度变化而自动调整白光LED灯亮度的智能照明系统,并且可通过ZigBee网络进行本地无线开灯或关灯,不仅省时省力、无额外的无线通信费用,而且通过以太网,还可以实现远程监控。

1 整体设计方案

智能调光系统主要为教室、大型办公场所等建筑而设计,因此,以某个教学楼为例,讲述了方案整体设计思路,系统硬件结构图如图1所示。该系统由远程监控机、主监控机、ZigBee网络协调器、ZigBee终端设备、白光LED和光照传感器等部分组成。

 

工作过程如下:

ZigBee网络协调器组建网络成功后,将ZigBee终端设备加入网络。光敏电阻对室内工作面上的光照强度进行光强采集,将采集的实时光强信号传送给ZigBee终端设备,对检测值和给定值进行对比,调节输出的PWM波占空比,即可调节自光LED的光强;同时,ZigBee终端设备将刚采集的光强信号传送给ZigBee网络协调器,网络协调器通过串口将数据传送给主监控机进行显示;同时,在主监控机上点击一键开灯或一键关灯,可以通过ZigBee网络打开白光LED灯或将其关闭。另外,通过以太网,异地的远程监控机也可以对室内照明灯进行控制、监视。

2 系统硬件部分

2.1 ZigBee网络协调器

系统的硬件核心是CC2430芯片,ZigBee网络协调器和终端节点均由CC2430芯片构成。它是一个真正的系统芯片(SoC)COMS解决方案,可以满足ZigBee为基础的2.4 GHz ISM波段应用,且成本低,功耗小。它包括1个高性能的2.4 GHz直接序列扩频射频收发器核心和1个工业级小巧高效的8051控制器,芯片上集成了ZigBee射频(RF)前端、内存和微控制器。

ZigBee网络协调器负责ZigBee网络的建立、节点的管理等任务,需要对接收的数据进行处理,以及通过RS 232串口与PC机连接通信。

本系统选择CC2430的UART0作为串口通信接口,其对应的管脚如表1所示。

 

为了使系统稳定工作,CC2430芯片要求供电电压为3.3 V。为此设计了一种基于AMS1117-3.3的稳压电路,将5 V左右的电压稳定在3.3 V。

CC2430与PC机之间可以通过RS 232通信协议,选用MAX232芯片实现串口电平转换功能。ZigBee网络协调器原理图如图2所示。

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