基于基于Zigbee技术的室内照明系统设计研究技术的室内照明系统设计研究
摘要:对ZigBee 协议的特点进行了分析,设计了一种适用于智能家居的室内照明自动控制系统。分析了现有室
内照明自动控制系统中存在的问题,把ZigBee 技术应用到照明自动控制系统,在PICDEMZ 平台上构建了
ZigBee 无线网络系统,实现了室内照明系统的无线控制,提高了系统的灵活性和实用性。 1. 引言 随
着科技的进步,人们对通信技术的要求也不断增长,短距离无线通信技术也随之产生。 如今,各种短距离
无线通信技术层出不穷,其中较为成功并且应用比较广泛的有Bluetooth(蓝牙)、ZigBee、Wi-Fi、WiMAX、
无线USB 和UWB 等。 ZigBee 的协议构
摘要:对ZigBee 协议的特点进行了分析,设计了一种适用于智能家居的室内照明自动控制系统。分析了现有室内照明自
动控制系统中存在的问题,把ZigBee 技术应用到照明自动控制系统,在PICDEMZ 平台上构建了ZigBee 无线网络系统,实现
了室内照明系统的无线控制,提高了系统的灵活性和实用性。
1. 引言引言
随着科技的进步,人们对通信技术的要求也不断增长,短距离无线通信技术也随之产生。
如今,各种短距离无线通信技术层出不穷,其中较为成功并且应用比较广泛的有Bluetooth(蓝牙)、ZigBee、Wi-Fi、
WiMAX、无线USB 和UWB 等。
ZigBee 的协议构架是建立在IEEE 802.15.4 标准基础之上的。IEEE 802.15.4 标准定义了ZigBee 物理层(PHY)和媒体
访问控制层(MAC);ZigBee 联盟则定义了ZigBee 协议的网络层(ZWK)、应用层(APL)和安全服务规范。作为一种新
兴的低速率无线通信技术,ZigBee 技术拥有着速率低、功耗小、成本低、免许可无线通信频段、近距离通信、时延短、数据
传输可靠和组网方式多样等多种技术特点,这些特点使ZigBee 技术很适合应用到工业控制、智能家居、医疗护理、智能农
业、消费类电子和远程控制等领域。目前,蓝牙技术复杂,应用系统费用较高,功耗高,电池供电寿命短,在其无法突破价格
瓶颈的情况下,ZigBee 技术将拥有更加广阔的应用前景。
本文按照ZigBee 协议规范的要求,设计了一套适用于智能家居网络的室内照明自动控制系统。该系统能够准确地实现对
室内各照明器件的远程控制,并可通过监测室内光线的变化调整电灯的开断,实现对照明的智能控制,同时也使控制系统的可
靠性和灵活性得到提高。
2. 基于基于Microchip ZigBee 协议栈的室内照明自动控制系统结构协议栈的室内照明自动控制系统结构
本文所介绍的室内照明自动控制系统是 ZigBee 技术在智能家居中的一种典型应用。
Microchip ZigBee 协议栈是在ZigBee 无线协议规范的基础上定义的,但它不完全符合ZigBee 协议,不支持群集和点对点
网络,没有安全和访问控制功能,没有路由器功能,也不支持一对多绑定。使用Microchip ZigBee 协议栈设计ZigBee 节点,
需要具备的硬件条件至少要包括一个带有SPI 串口的PIC18F 单片机,一个带有所需外部元件的RF 收发器,一根天线,可以
是PCB 上的引线形成的天线或单极天线。
系统构建的是一个星状网络,即由一个协调器节点和若干终端节点构成的主从网络。启动的FFD(全功能设备)自任PAN
协调器,并选择一个和其覆盖区域内的其它PAN不同的标识符作为自己的PAN 标识符。通常在其工作区域内不存在其它PAN
时,PAN 标志符设置为0。协调器可以允许其它FFD 和RFD(精简功能设备)加入网络。在星状网络中,协调器节点和终端
节点之间可以相互发送或者接收数据,但两个终端节点之间不能进行直接通信,如果一个终端节点要向另一个终端节点发送数
据,只能通过协调器这个中间媒介完成。
依照Microchip ZigBee 协议栈的开发要求,我们设计了一个可以移植Microchip ZigBee协议栈的室内照明自动控制系统,
系统的结构框图如图1 所示。
其中协调器节点和所有终端节点共同构成了ZigBee 无线通信网络。协调器节点的作用是建立一个网络,并为加人到网络
中的节点分派网络地址,同时还负责通过串口和上位机进行通信,各个终端节点则是为了实现具体的开关电灯的功能,并将工
作的结果反馈给协调器节点。上位机除了实时监控网络工作状况外还起到家庭网关的作用,即可以提供各种远程智能控制接
口,在家庭内部的ZigBee 网络和Internet 之间建立起一种连接,使用户可以用一台连接到Internet 上的PC 机控制家里的电器
设备。