淺析zigbee無線通信技術(shù)在智能照明系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、<p>　　淺析ZigBee無線通信技術(shù)在智能照明系統(tǒng)中的應(yīng)用</p><p>　　摘要：文章首先就ZigBee無線通信技術(shù)的主要應(yīng)用優(yōu)勢進行了分析，進而結(jié)合安哥拉贊谷市政照明工程實例，針對智能照明系統(tǒng)中ZigBee無線通信技術(shù)的應(yīng)用以及硬件、軟件設(shè)計的注意事項進行了綜合分析與探討，希望能夠為后續(xù)同類工程的開展提供一定的參考與借鑒。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：無線通信 Zig

2、Bee技術(shù) 智能照明系統(tǒng) 應(yīng)用 </p><p>　　當前的智能照明控制系統(tǒng)多基于有線模式，雖可達到控制效果，但施工布線比較復(fù)雜，系統(tǒng)擴展性較差，投入使用后即較為固定，難以移動。因此，為了提高智能照明系統(tǒng)的可移動性、可拓展性，就需要將智能控制建立在無線通信基礎(chǔ)上，發(fā)揮ZigBee等技術(shù)的無線通訊優(yōu)勢，從而與智能照明系統(tǒng)的發(fā)展趨勢良好配合。 </p><p>　　1 ZigBee技術(shù)無線通信

3、技術(shù)優(yōu)勢分析 </p><p>　　ZigBee技術(shù)是一種基于雙向的無線通訊技術(shù)。此種技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢體現(xiàn)在：傳輸功耗低、傳輸成本低、傳輸設(shè)備簡便等。同時，在ZigBee技術(shù)支持下所對應(yīng)的移動設(shè)備相對更加的固定與便攜。從數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕嵌壬蟻碚f，可將ZigBee技術(shù)作用于間隔距離較短、運行功耗較低的電子設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸領(lǐng)域，或者是數(shù)據(jù)周期性、間歇性傳輸作業(yè)。當前技術(shù)條件支持下，ZigBee技術(shù)所對應(yīng)的數(shù)據(jù)傳輸模塊與常規(guī)意義

4、上的移動網(wǎng)絡(luò)基站有一定的相似性，但其通訊距離范圍擴展至75米乃至百米以上單位。 </p><p>　　在將無線通信技術(shù)融入智能照明系統(tǒng)領(lǐng)域的過程當中，主要采用的無線通信技術(shù)包括以下幾種類型：其一為基于WiFi的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)；其二為基于藍牙的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)；其三為基于ZigBee的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。從協(xié)議標準的角度上來說，WiFi傳輸以802.11a.b.g為標準通訊協(xié)議，藍牙技術(shù)以802.15.1為標準通訊協(xié)議，而Zi

5、gBee技術(shù)則以802.15.4為標準通訊協(xié)議；從占用系統(tǒng)資源的角度上來說，WiFi技術(shù)系統(tǒng)資源可達到1.0 M以上，藍牙技術(shù)系統(tǒng)資源可達到250.0 Kb以上，而ZigBee技術(shù)系統(tǒng)資源可達到50.0～60.0 B左右；從支撐網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)量的角度上來說，WiFi技術(shù)對應(yīng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)為32個，藍牙技術(shù)所對應(yīng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)為7個，而ZigBee技術(shù)對應(yīng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)則為65536個；從最大通信距離的角度上來說，WiFi技術(shù)支持最大通訊直線距離為100

6、.0m，藍牙技術(shù)所支持最大通訊直線距離為10.0m，ZigBee技術(shù)所支持最大通訊直線距離為100.0m以上。 </p><p>　　綜合以上分析可知：以上三種無線通信技術(shù)均具有其獨特的優(yōu)勢，適用于不同的工作環(huán)境及領(lǐng)域。而在智能照明系統(tǒng)領(lǐng)域中，考慮到整個運行系統(tǒng)中的節(jié)點數(shù)量較多，而在光源控制的過程當中對網(wǎng)絡(luò)容量要求較大，且需要最大限度的節(jié)約功耗，建議在智能照明控制系統(tǒng)中基于ZigBee技術(shù)完成組網(wǎng)設(shè)計。 <

7、/p><p><b>　　2 工程概況 </b></p><p>　　安哥拉贊谷8000套市政電力及基礎(chǔ)道路照明工程項目由中信建設(shè)EPC總包。本項目位于首都羅安達省ZANGO地區(qū)，項目占地面積416公頃。工程內(nèi)容包括8000套公寓、5所幼兒園、4所小學和3所中學及配套的市政基礎(chǔ)工程，總居住戶數(shù)8000戶，總居住人數(shù)約48000人。 </p><p>

8、;　　道路采用桿式照明，大市政道路照明采用的路燈類型有：16米三頭路燈、16米雙頭路燈、12米單頭路燈、9.5米單頭路燈、8米雙頭路燈和8米單頭路燈等。小市政道路照明采用4.5米單頭庭院燈及3.5米單頭庭院燈。大小市政路燈總量4480余套，整個系統(tǒng)設(shè)智能照明調(diào)控裝置，優(yōu)化電力質(zhì)量，進行多時段節(jié)能電壓設(shè)置并能實時穩(wěn)壓、控壓，從而起到節(jié)電的效果，且不產(chǎn)生高次諧波，對電網(wǎng)無污染。結(jié)合本道路照明系統(tǒng)實際需求，引入ZigBee技術(shù)進行系統(tǒng)設(shè)計，現(xiàn)

9、就硬軟件應(yīng)用要點展開探討。 </p><p>　　3 智能照明系統(tǒng)硬件設(shè)計分析 </p><p>　　在對系統(tǒng)芯片進行選擇的過程當中，基于對ZigBee技術(shù)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(shù)條件支持下，本芯片建立在CMOS工藝基礎(chǔ)之上形成，元器件需

10、求較少，運行功耗低。且，芯片內(nèi)部設(shè)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，同時設(shè)置基于ZigBee技術(shù)的協(xié)議棧。 </p><p>　　整個ZigBee技術(shù)支持下智能照明系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)置為網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)模式。整個智能照明系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點由協(xié)調(diào)器設(shè)備、以及終端節(jié)點設(shè)備兩個模塊構(gòu)成。其中，對于協(xié)調(diào)器設(shè)備而言，其具有基于802.15.4 ZigBee技術(shù)所對應(yīng)的全部協(xié)議

11、棧內(nèi)容，因而可以作為全功能設(shè)備應(yīng)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。 </p><p>　　其一，從協(xié)調(diào)器硬件設(shè)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(luò)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(wù)，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

12、設(shè)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(shè)計結(jié)構(gòu)如下圖所示（見圖1）。 </p><p><b>　　■■ </b></p><p>　　其二，從終端節(jié)點硬件設(shè)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

13、關(guān)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(luò)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(shè)計結(jié)構(gòu)如下圖所示（見圖2）。 </p><p>　　4 智能照明系統(tǒng)軟件設(shè)計分析 </p><p>　　首先，從協(xié)調(diào)器裝置的角度上來說，在基于ZigBee技術(shù)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(guān)鍵功能為：①構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)支持運

14、行；②網(wǎng)絡(luò)管理。在構(gòu)建基于ZigBee網(wǎng)絡(luò)，并按照智能照明系統(tǒng)實際需求，對網(wǎng)絡(luò)地址進行分配，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(luò)，并基于獨立掃描程序，保障連接設(shè)備能夠自動加入新創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)。按照此種方式，整個協(xié)調(diào)器裝置所對應(yīng)的軟件設(shè)計結(jié)構(gòu)如下圖所示（見圖3）。 </p><p>　　其次，從終端節(jié)點軟件設(shè)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(wù)為：接受由協(xié)調(diào)器裝置所發(fā)出

15、的數(shù)據(jù)信息及操作指令，并根據(jù)對數(shù)據(jù)信息的處理結(jié)果，要求系統(tǒng)內(nèi)燈具裝置執(zhí)行開關(guān)操作。在此基礎(chǔ)之上，操作結(jié)果可反饋至協(xié)調(diào)器裝置終端節(jié)點上。終端節(jié)點獲取所反饋結(jié)果后，使用信道對近鄰的協(xié)調(diào)器進行掃描搜尋，申請加入網(wǎng)絡(luò)中，合并對系統(tǒng)進行控制。按照此種方式，整個終端節(jié)點裝置所對應(yīng)的軟件設(shè)計結(jié)構(gòu)如下圖所示（見圖4）。 </p><p><b>　　5 結(jié)束語 </b></p><p&g

16、t;　　在將ZigBee無線通信技術(shù)應(yīng)用到智能照明系統(tǒng)運行的過程當中，極大程度的節(jié)約了耗電量，且支持多時段的定時性控制，也可基于PC電腦單機實現(xiàn)遠程控制，成本低廉，體現(xiàn)了照明系統(tǒng)的智能化要求，值得在后續(xù)的實踐工作中加以應(yīng)用與推廣。 </p><p><b>　　參考文獻： </b></p><p>　　[1]陳昌鵬，繆希仁.基于DALI協(xié)議的智能照明系統(tǒng)研究與開發(fā)[J

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