智能照明系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

智能照明系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)本文結(jié)合ZigBee技術，重點分析了基于ZigBee的辦公建筑照明節(jié)能系統(tǒng)設計，并給出了智能照明系統(tǒng)的設計效果分析。標簽：智能照明系統(tǒng)；ZigBee技術；系統(tǒng)設計；效果分析引言我國電力資源緊張，國家出臺了相應的政策法規(guī)，鼓勵用戶進行用電節(jié)能改造。我國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，改進辦公建筑照明用電系統(tǒng)尤為重要。本文以ZigBee技術為核心，構(gòu)建設計辦公建筑節(jié)能照明系統(tǒng)，不但可以實現(xiàn)辦公建筑的節(jié)能降耗，而且也實現(xiàn)辦公建筑的智能監(jiān)控和科學管理，排除了安全隱患。1ZigBee技術及其優(yōu)勢ZigBee技術是一種提供傳感器等電子元器件之間短距離無線連接的通信技術，具有成本低、低功率、網(wǎng)絡容量較大、傳輸局速率較低、傳輸距離較短、組網(wǎng)靈活的特點，ZigBee技術構(gòu)建在IEEE802.15.4標準之上。IEEE802.15.4標準僅定義了PHY和MAC層規(guī)范，這遠遠不能滿足商業(yè)應用的要求，ZigBee聯(lián)盟在IEEE802.15.4標準之上制定了網(wǎng)絡層和應用層規(guī)范。除了ZigBee技術，無線通信技術還有BlueTooth、WiFi等，和這些標準相比，ZigBee更能滿足電子元器件之間無線連接的需求。通常電子元器件不要求高帶寬，而更看重低時延、低能耗和大網(wǎng)絡容量。可以看出，ZigBee技術對于智能家居、辦公建筑照明來講，具有技術和成本兩方面的優(yōu)勢，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)設計本文以辦公室為例，說明辦公室照明節(jié)能系統(tǒng)設計原理，其他如會議室照明、服務大廳的照明類似。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，以網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器、路由器和終端節(jié)點三部分組成辦公室無線傳感網(wǎng)絡，將多個辦公室終端節(jié)點互聯(lián)在一起，形成一個辦公室照明系統(tǒng)。通過ZigBee組建的網(wǎng)絡實現(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ZigBee網(wǎng)絡傳輸?shù)娇刂浦行模刂浦行耐ㄟ^運算處理，完成辦公室燈具的智能控制。網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器程序負責采集各終端節(jié)點或路由器的地址及工作狀態(tài)等信息，通過RS232總線或GPRS形式送至控制中心的計算機進行處理；它還負責將控制中心發(fā)送來的指令，通過RS232總線或GPRS形式，轉(zhuǎn)發(fā)給相應的路由器或辦公室終端節(jié)點，實現(xiàn)燈光開、關、亮度調(diào)節(jié)及照明模式的選擇。ZigBee無線傳感網(wǎng)絡在網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器與終端節(jié)點之間進行數(shù)據(jù)信息交換，無線傳感器節(jié)點通過對辦公室室內(nèi)外光線強弱與人員定位等事物的預先感知，然后分析、處理，通過路由器傳送給網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器，進而達到控制中心來采集辦公建筑辦公室照明各終端節(jié)點相關信息，實現(xiàn)對辦公現(xiàn)場的燈光的智能管理。3智能照明系統(tǒng)硬件設計分析在對系統(tǒng)芯片進行選擇的過程當中，基于對ZigBee技術的維護需求，要求芯片滿足以下幾個方面的性能要求：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。在當前的技術條件支持下，本芯片建立在CMOS工藝基礎之上形成，元器件需求較少，運行功耗低。且，芯片內(nèi)部設置有基于數(shù)字直接序列的擴頻調(diào)制解調(diào)模塊，該模塊在正常運行狀態(tài)下可實現(xiàn)的擴頻增益水平為9.0dB，同時還設置基于ZigBee技術的協(xié)議棧。整個ZigBee技術支持下智能照明系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設置為網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)模式。整個智能照明系統(tǒng)網(wǎng)絡節(jié)點由協(xié)調(diào)器設備、以及終端節(jié)點設備兩個模塊構(gòu)成。其中，對于協(xié)調(diào)器設備而言，其具有基于802.15.4ZigBee技術所對應的全部協(xié)議棧內(nèi)容，因而可以作為全功能設備應用。結(jié)合實踐經(jīng)驗來看，一般來說一個完整的ZigBee協(xié)議棧所占用空間為32.0KB，而在以上器件的配合運行下，儲存空間可降低至4.0KB，達到節(jié)約成本的目的。（1）從協(xié)調(diào)器硬件設計的角度上來說，考慮到協(xié)調(diào)器需要負責完成包括網(wǎng)絡維護、數(shù)據(jù)傳輸、指令傳輸、系統(tǒng)管理、以及運行監(jiān)測在內(nèi)的多個方面的工作任務，因而功耗相對較高，為了確保其運行的持續(xù)性與穩(wěn)定性，要求在硬件設計期間，通過外接電源的方式，確保供電可靠。同時，建立在USB接口之上實現(xiàn)與PC機的可靠聯(lián)通。具體而言，協(xié)調(diào)器的硬件設計結(jié)構(gòu)如圖2所示。（2）從終端節(jié)點硬件設計的角度上來說，通過安置光照傳感器的方式，可及時檢測環(huán)境中的光照強弱。硬件系統(tǒng)要求：在熱釋電傳感器檢測所覆蓋區(qū)域內(nèi)無人的情況下，可執(zhí)行關閉照明燈具。同時，若感知光線亮度過大，可通過光傳感器度亮度進行調(diào)整。建立在ZigBee網(wǎng)絡支持下，要求面向各個燈節(jié)點進行信息傳輸控制。具體而言，終端節(jié)點的硬件設計結(jié)構(gòu)如圖3所示。4智能照明系統(tǒng)軟件設計分析（1）從協(xié)調(diào)器裝置的角度上來說，在基于ZigBee技術所構(gòu)建的智能照明系統(tǒng)當中，協(xié)調(diào)器所具備的兩大關鍵功能為：①構(gòu)建網(wǎng)絡支持運行；②網(wǎng)絡管理。在構(gòu)建基于ZigBee網(wǎng)絡，并按照智能照明系統(tǒng)實際需求，對網(wǎng)絡進行分配，對綁定列表進行維護的過程當中，要求協(xié)調(diào)器裝置通過掃描空閑信道的方式創(chuàng)新網(wǎng)絡，并基于獨立掃描程序，保障連接設備能夠自動加入新創(chuàng)建網(wǎng)絡。按照此種方式，整個協(xié)調(diào)器裝置所對應的軟件設計結(jié)構(gòu)如圖4所示。（2）從終端節(jié)點軟件設計的角度上來說，其在智能照明系統(tǒng)當中的主要工作任務為：接受由協(xié)調(diào)器裝置所