应用zigbee的照明控制技术.ppt

无线照明控制系统在小空间的应用 复旦大学光源与照明工程系 2008-6-26 讲课内容 基于Zigbee的照明控制技术 需求 Zigbee 优点 构架实现 照明控 制应用 3 节能效果显著 图2 节能效果实验 4 4、舒适、高效与健康 n随着科技的发展和人民生活水平的提高，人们 对楼宇的照明系统提出了新的要求。一个优秀 的智能照明系统可以提高工作效率，提升生活 环境的品质人体功效学。 人体功效学基础 6 电子学相关的问题(信道、组网) 7 项目的多学科性（电子、电气、生物） 8 二、照明控制技术 照明控制技术 电力电子技术 镇流器 人体功效 学 控制规则 光源技术 通讯技术 控制网络 图3 光源控制技术的基础 9 常见的网络结构实现方法 n传统灯光控制只能是机械式直接开关，不存在控制流 ，由动力线连接的灯具光源子系统和灯光驱动子系统 通过网络线连接的控制子系统组成智能化照明控制系 统； n网络的传输介质和拓扑结构主要是应用现有的计算机 网络； n常见的局域网拓扑结构有: 星形, 总线,环形, 树形和混 合形等。不同拓扑结构的网络各有特点,有着不同的可 靠性、经济性、相关性和灵活性等指标。 n智能照明控制系统按其网络的拓扑结构大致可分为以 下几种：中央集中控制式，集散型控制系统，分布式 控制系统。 10 常见的系统组网络方式 nDALI协议、Lonworks等有线控制网络。这些控制网 络大多数是现场总线网络在照明控制中的延伸和应用 ； n电力载波。电力线是这个入户率最高和分布最广泛的 物理网络； n无线控制网络，目前成熟的应用大多采用工业频段或 利用GPRS、GSM等公众网，但是这些网络功耗大， 造价高。 n新型无线网络，基于ZigBee的智能照明控制系统 ； 11 ZigBee ZigBee 联盟成员 ZigBee应用领域 ZigBee技术的优势及运用 n数据传输速率低：只有10k字节/秒到250k字节/秒，专注于低传输应 用。 n功耗低：在低耗电待机模式下，两节普通5号干电池可使用六个月到 两年，免去了充电或者频繁更换电池的麻烦。 n网络容量大：每个ZigBee网络最多可支持255个设备。 n时延短：通常时延都在15毫秒至30毫秒之间。 n安全：ZigBee提供了数据完整性检查和鉴别功能，采用AES-128加密 算法。 n有效范围小：有效覆盖范围1075米之间，具体依据实际发射功率的 大小和各种不同的应用模式而定，基本上能够覆盖普通的家庭或办公 室环境。 n工作频段灵活：使用频段为2。4GHz、868MHz(欧洲)及915MHz(美 国)，均为免执照频段。 15 ZigBee n是一种有希望大量推广的无线组网控制方式，ZigBee 专为低速率传感器和控制网络设计的无线网络协议， 与其他无线协议相比， ZigBee 无线协议提供了低复 杂性、缩减的资源要求，最重要的是它提供了一组标 准的规范。 n提供了三个工作频带，以及一些网络配置和可选的安 全功能。 n特别是它采用802.15.4标准通讯协议，可以做到类似 Windows“即插即用”的功能，组网十分方便。 n功耗极低，据研究报道，5电池可以用一年。 n这将使部分替代RS422/RS485网络成为下一代的主 流之一成为可能 考虑采用ZigBee技术 n设备成本很低，传输的数据量很小。 n设备体积很小，不便放置较大的充电电池或者 电源模块。 n没有充足的电力支持，只能使用一次性电池。 n频繁地更换电池或者反复地充电无法做到或者 很困难。 n需要较大范围的通信覆盖，网络中的设备非常 多，但仅仅用于监测或控制。 一些应用方向 n空调系统的温度控制器，灯光、窗帘的自动控 制 n老年人与行动不便者的紧急呼叫器 n电视与音响的万用遥控器，无线键盘、滑鼠、 摇杆、玩具 n烟雾侦测器 n智慧型标签 在照明控制中特有的优势 n基于ZigBee的低功耗的网络控制和监控信道的建立 ； n以及利用无线网络组成的具有空间定位、日光感应功 能的传感器，可以发展工作面控制、光感分布的照度 控制等智能照明控制技术； n价格日趋下降 无线网络的对比 ZigBee灯光控制具有以下特点 nZigBee灯光定义了灯光开关、调光器、感测设备的规范，保证各个厂 商的相同产品之间混用或互换，从而保障生产商和用户的利益和成本 投入。 nZigBee网络的最大特点就是布网和建网灵活。原则上说：无论是灯光 开关、调光器、遥控器，甚至感测器都可以作为网络的协调器或路由 器。经过合理地布局，保证建筑物内没有无线通讯的盲区。 n通过ZigBee网络协调器，用户可以在任何时候方便地添加、删除照明 设备，任意组合各类控制器与照明设备的对应关系，最大限度地展现 无线控制的优势特点。 nZigBee网络技术是短程无线控制网络的发展趋势。无论是智能楼宇还 是今后的民用住宅，安防、家电控制、老人及儿童保全都会用到 ZigBee无线控制网络。ZigBee灯光控制网络非常容易地延伸到这个 大网络之中。 网络结构和组网 星型网络以网络协调器为中心，所有设备 只能与网络协调器进行通信，因此在星型 网络的形成过程中，第一步就是建立网络 协调器。任何一个FFD设备都有成为网络 协调器的可能，一个网络如何确定自己的 网络协调器由上层协议决定。一种简单的 策略是：一个FFD设备在第一次被激活后 ，首先广播查询网络协调器的请求，如果 接到回应说明网络中已经存在网络协调器 ，再通过一系列认证过程，设备就成了这 个网络中的普通设备。如果没有收到回应 ，或者认证过程不成功，这个FFD设备就 可以建立自己的网络，并且成为这个网络 的网络协调器 点对点网络中，任意两个设备只要能够彼此受到对方的无线信号，就可以 进行直接通信，不需要其他设备的转发。但点对点网络中仍需要一个网络 协调器，不过该协调器的功能不再是为其他设备转发数据，而是完成注册 和访问控制等基本的网络管理功能。 如何编程 ZigBee 协议栈结构图 端点、接口、群集、属性和配置文件 n在整个网络中，每个群集都被分配了一个惟一的群集ID。 每个群集最多有65，536个属性。ZigBee 协议还定义了一 个称为配置文件的术语。配置文件就是指对分布式应用的 描述。它根据应用必须处理的数据包和必须执行的操作来 描述分布式应用。使用描述符对配置文件进行描述，描述 符仅仅是各种值的复杂结构。此配置文件使ZigBee 设备 可以互操作。 nZigBee 联盟已经定义了很多标准的配置文件，比如远程 控制开关配置文件和光传感器配置文件等。任何遵循某一 标准配置文件的节点都可以与其他实现相同配置文件的节 点进行互操作。 目标应用的过程 硬件组成示意图 n通信不是总是成功的！ 802.15.4802.15.4组网方式组网方式 X x n找到能够与问题设备通信的多个中间设备！ 802.15.4802.15.4组网方式组网方式 x n选择最佳的中继设备！ x 802.15.4802.15.4组网方式组网方式 n构成完美的系统！ 自动自动、动态中继技术：解决问题的关键（续）、动态中继技术：解决问题的关键（续） x 32 Zigbee在照明中的应用实例 便利店应用的讨论 Lux 传感器 Lux 传感器 室内灯光可根据室外的光线来调节，Zigbee定位和调光策略 室外灯光 调光器镇流器 室内灯光 Zigbee 会议室的应用 全开”场景“会议”场景 “操作电脑”场景“自动”场景