智能照明系统的设计与实现

智能照明系统的设计与实现本文结合ZigBee技术，重点分析了基于ZigBee的办公建筑照明节能系统设计，并给出了智能照明系统的设计效果分析。标签：智能照明系统；ZigBee技术；系统设计；效果分析引言我国电力资源紧张，国家出台了相应的政策法规，鼓励用户进行用电节能改造。我国各种类型的办公建筑基数庞大，办公建筑空调耗电最大，照明用电紧跟其后，改进办公建筑照明用电系统尤为重要。本文以ZigBee技术为核心，构建设计办公建筑节能照明系统，不但可以实现办公建筑的节能降耗，而且也实现办公建筑的智能监控和科学管理，排除了安全隐患。1ZigBee技术及其优势ZigBee技术是一种提供传感器等电子元器件之间短距离无线连接的通信技术，具有成本低、低功率、网络容量较大、传输局速率较低、传输距离较短、组网灵活的特点，ZigBee技术构建在IEEE802.15.4标准之上。IEEE802.15.4标准仅定义了PHY和MAC层规范，这远远不能满足商业应用的要求，ZigBee联盟在IEEE802.15.4标准之上制定了网络层和应用层规范。除了ZigBee技术，无线通信技术还有BlueTooth、WiFi等，和这些标准相比，ZigBee更能满足电子元器件之间无线连接的需求。通常电子元器件不要求高带宽，而更看重低时延、低能耗和大网络容量。可以看出，ZigBee技术对于智能家居、办公建筑照明来讲，具有技术和成本两方面的优势，现在已经成为智能照明的主流。2基于ZigBee的办公建筑照明节能系统设计本文以办公室为例，说明办公室照明节能系统设计原理，其他如会议室照明、服务大厅的照明类似。办公室照明系统架构如图1所示。公共区域照明用电（走廊、楼梯、卫生间等）以声控为主，光感为辅。办公室照明系统充分利用ZigBee灵活的自组网优势，以网络协调器、路由器和终端节点三部分组成办公室无线传感网络，将多个办公室终端节点互联在一起，形成一个办公室照明系统。通过ZigBee组建的网络实现终端传感器数据信息的采集，将收集的数据信息通过ZigBee网络传输到控制中心，控制中心通过运算处理，完成办公室灯具的智能控制。网络协调器程序负责采集各终端节点或路由器的地址及工作状态等信息，通过RS232总线或GPRS形式送至控制中心的计算机进行处理；它还负责将控制中心发送来的指令，通过RS232总线或GPRS形式，转发给相应的路由器或办公室终端节点，实现灯光开、关、亮度调节及照明模式的选择。ZigBee无线传感网络在网络协调器与终端节点之间进行数据信息交换，无线传感器节点通过对办公室室内外光线强弱与人员定位等事物的预先感知，然后分析、处理，通过路由器传送给网络协调器，进而达到控制中心来采集办公建筑办公室照明各终端节点相关信息，实现对办公现场的灯光的智能管理。3智能照明系统硬件设计分析在对系统芯片进行选择的过程当中，基于对ZigBee技术的维护需求，要求芯片满足以下几个方面的性能要求：其一，成本低廉；其二，能耗水平低；其三，集成水平高；其四，电压水平低。综合以上要求，选取CC2430芯片作为优选方案。在当前的技术条件支持下，本芯片建立在CMOS工艺基础之上形成，元器件需求较少，运行功耗低。且，芯片内部设置有基于数字直接序列的扩频调制解调模块，该模块在正常运行状态下可实现的扩频增益水平为9.0dB，同时还设置基于ZigBee技术的协议栈。整个ZigBee技术支持下智能照明系统硬件结构设置为网络拓扑结构模式。整个智能照明系统网络节点由协调器设备、以及终端节点设备两个模块构成。其中，对于协调器设备而言，其具有基于802.15.4ZigBee技术所对应的全部协议栈内容，因而可以作为全功能设备应用。结合实践经验来看，一般来说一个完整的ZigBee协议栈所占用空间为32.0KB，而在以上器件的配合运行下，储存空间可降低至4.0KB，达到节约成本的目的。（1）从协调器硬件设计的角度上来说，考虑到协调器需要负责完成包括网络维护、数据传输、指令传输、系统管理、以及运行监测在内的多个方面的工作任务，因而功耗相对较高，为了确保其运行的持续性与稳定性，要求在硬件设计期间，通过外接电源的方式，确保供电可靠。同时，建立在USB接口之上实现与PC机的可靠联通。具体而言，协调器的硬件设计结构如图2所示。（2）从终端节点硬件设计的角度上来说，通过安置光照传感器的方式，可及时检测环境中的光照强弱。硬件系统要求：在热释电传感器检测所覆盖区域内无人的情况下，可执行关闭照明灯具。同时，若感知光线亮度过大，可通过光传感器度亮度进行调整。建立在ZigBee网络支持下，要求面向各个灯节点进行信息传输控制。具体而言，终端节点的硬件设计结构如图3所示。4智能照明系统软件设计分析（1）从协调器装置的角度上来说，在基于ZigBee技术所构建的智能照明系统当中，协调器所具备的两大关键功能为：①构建网络支持运行；②网络管理。在构建基于ZigBee网络，并按照智能照明系统实际需求，对网络进行分配，对绑定列表进行维护的过程当中，要求协调器装置通过扫描空闲信道的方式创新网络，并基于独立扫描程序，保障连接设备能够自动加入新创建网络。按照此种方式，整个协调器装置所对应的软件设计结构如图4所示。（2）从终端节点软件设计的角度上来说，其在智能照明系统当中的主要工作任务为：接受由协调器装置所