浅谈基于Zigbee的LED照明控制研究

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目前好多学校的照明设备可以统一操纵其照明时间，但其不能操纵照亮堂度，尤其外界光强足够强的时候，灯管的持续工作会导致能源的滥用。学校整个照明系统开关操纵是由人员实际按键操作，不能通过上位机操作；每栋楼开关操纵都需要人来值守，无法做到统一监视、模范管理。针对布线繁琐、扩展性差、功能单一、人工管理、“长明灯”耗能严重等诸多缺陷，传统的照明系统已无法得志现代人旳生活品质和节能减排低碳生活的需求，在此背景下智能照明系统变得特别必要。LED与无线传感网络技术给照明系“网络化、智能化、节能化”的数字家园带来了广阔的进展空间和应用前景。

本文主要针对学校教室内的智能照明操纵系统举行了研究，操纵对象釆用白光LED灯，并集成恒流驱动与PWM脉冲调光技术，完成根据光强变化PWM线性调光。操纵策略采用CC2530芯片与Zigbee无线传感网络技术，并结合网状拓扑布局的Zigbee2022协议栈，实时采集LED照明现场的环境参数，并实现点对点通信，CC2530芯片规律判断与智能分析后，实现根据光强变化智能调光等繁杂功能。PC机实时显示照明现场的环境参数（光强变化），对LED智能照明系统举行集中操纵与管理。

ZigBee无线传感网络白光LED智能CC2530

一、系统总体布局：

在室内照明中，Zigbee无线通讯的网络布局可以得志系统的工作需要，2.4GHz无线频段为其工作频率，最多可以同时容纳六万多个节点，操纵范围有一万米之多。由于Zigbee具有自组织、低功耗和便当定位的优点，在构建无线传感器和照明系统的网络组建方面都具有很强的优势。

该照明系统主要有两个片面构成，一个是协调器和多个路由器或是终端设备。协调器负责发送命令和收集消息，将来自电脑的命令通过zigbee网络发送到终端，同时采纳消息传给微机。路由或是终端设备根据指令操纵LED灯组的亮堂，还可以检测电压、电流和外界光强并把得到的数据传给微机。协调器选用CC2530模块和串口模块组成。

ZigBee的组网方式与拓扑布局

二、系统涉及的技术

（一）白光LED驱动技术。LED驱动技术是LED照明应用的一个很关键的技术，影响到照明电路的诸多性能，虽然目前各种LED照明驱动电路层出不穷，但照旧存在好多技术短板。白光LED驱动器的设计除了要达成普遍LED要求外，还应有高的功率转换效率、与各白光LED电流相匹配、功耗要低、静态电流小、便于其调光、有过压养护、过热养护、低压锁存、输出开路或短路养护等各项要求。

（二）PWM调光技术。本课题调光方式采用PWM（脉冲宽度调制），我们采用定时器来模拟PWM信号。本设计中采用方波周期不变，而只变更占空比的方案来实现软件PWM。PWM调光的原理是利用人们的视觉残留效应，当LED亮暗频率大于100Hz时，人们就不会感觉到闪烁，而认为灯是一向亮着的。

（三）照明信息采集技术。为了充分利用自然光来操纵室内亮灯的数量与亮度，达成更好的节能的效果，光照度传感器在室内合理的布置以检测实际光照度很有必要。检测室内光照度需采用光照度传感器，光照度传感器采用光敏元件，将光照度转换为模拟电信号，经运算放大器放大后再转换为数字信号输出。本课题采用光敏电阻5516，通过CC2530内部的14位模数转换模块实现数字信号输出。

（四）ZigBee技术的应用。ZigBee网络是基于ZigBee技术而构建的一种低速短距离无线个域网络LR-WPAN），这种低速个人区域网具有布局简朴、本金低、功耗低、安好稳当性强、数据传输生动、组建网络生动且其拥有一个简朴生动的通信协议。ZigBee协议模范使用IEEE802.15.4标准作为介质访问层（MAC）和物理层（PHY），并在此根基上定义了应用层（APL）、网络层（NWK）以及用户应用框架（AF）。它是一种高稳当的无线数据传输网络，通讯距离从标准的75m到几百米、几公里，且支持无限扩展。在整个网络范围内，每一个ZigBee网络模块节点之间可以相互通信，每个网络节点间的数据传输距离可无限扩展。

三、硬件电路的组成

（一）LED照明采用直流驱动，属电流驱动器件。其亮度与正向电流成比例，一般采用两种方法操纵其正向电流。一种是据LED伏安曲线的预期正向电流来确定所需外加电压。驱动电路一般采用一个电压源串联一个限流电阻的形式。由于LED的外加电压波动很小会使流过其电流急剧变化的特性，使这种操纵方法有好多缺乏。另外，限流电阻的压降与功耗会滥用电能和裁减电池使用寿命。另一种是用恒流电源来驱动LED，这种方法解决了LED正向电压变化导致电流急剧变化的问题，可维持LED亮度的恒定。

（二）Zigbee芯片是采用TI公司的CC2530，为了更完备地实现智能操纵与无线通信的功能，结合CC2530综合开发板举行设计研究。Zigbee2022协议栈与CC2530相对应，IAR7.50是其开发工具。在概括的实施过程中，想要更好的实施分布式操纵电路，就得通过Zigbee各节点之间组建网状网络，全功能设备FFD一般都在每一个模块中举行配备，把设备类型设定为协调器或是路由器。每个协调器只在每个网络中，那么就得在启动之前对每个协调器举行判断，确定其存在后再用路由器的方式进入网络作业。

（三）PWM调光操纵方法。在LED照明应用中都需举行亮度调理，调光方式有模拟方式和PWM方式两种。模拟方式不仅会展现LED颜色偏移，还会影响LED照明灯具使用寿命，很少使用。PWM调光是一种调理频率大于100Hz数字电流信号的占空比来确定LED光亮的方法，其设计的驱动电路应