基于ZigBee通信可供遠程控制和節(jié)能研究

黃亮亮

摘 要：提出了遠程控制和節(jié)能空間架構(gòu)減少待機功耗，使房間更容易通過紅外遠程控制家電。提出設(shè)計自動切斷處于待機電源的插座和紅外編碼學習功能的ZigBee控制器。該電源插座按預(yù)設(shè)時間監(jiān)控電源消耗，當監(jiān)控能耗低于閥值將完全切斷電源。為有效地管理電源插座和燈，文章提出了學習紅外編碼功能的ZigBee控制器。ZigBee控制器可以指定一個特定的紅外編碼來遠程控制家用電器的電源插座或調(diào)光燈。用戶可以通過任何家電的紅外遙控來控制電源插座和調(diào)光燈。文章提議的空間建筑實現(xiàn)了可遠程控制和節(jié)能。

關(guān)鍵詞：ZigBee；遠程控制；紅外；節(jié)能；電源插座；待機功率

1 介紹

隨著越來越多的能耗電子產(chǎn)品和家用電器部署和規(guī)模越來越大，能源消耗在國內(nèi)地區(qū)傾向于增加。眾所周知，平均10%的家用電氣會產(chǎn)生能耗率當處于待機狀態(tài)。減少電氣設(shè)備的待機功率少于1 瓦，國際能源機構(gòu)（IEA）提出“1瓦計劃”。以前的系統(tǒng)只監(jiān)控能耗和保護過載的電源插座。有效的節(jié)能方法沒起到切斷無用的待機能耗。

文章中提出一個可供遠程控制和節(jié)能空間建筑。為實現(xiàn)我們提出的空間建筑， 自動切斷待機功率插座和學習紅外編碼功能ZigBee控制器及其運行機制描述解釋。在第二部分中，提出了備用電源自動切斷插座和ZigBee控制器詳細描述。

2 提出了電源插座和ZigBee控制器

2.1 自動切斷待機功率插座

該電源插座是為了能自動切斷處于待機狀態(tài)的電源插座。如圖1顯示電源插座的構(gòu)造。它的組成由：一個AC/DC轉(zhuǎn)換器，一個兩個觸點繼電器，電源監(jiān)控電路和單片機。交流電輸入點接到繼電器兩個觸點，繼電器的輸出端其中一個點接到交流輸出插座，另外一個點聯(lián)到電源監(jiān)控電路。電源監(jiān)控電路由變壓器、整流二極管和其他的元器件組成。它將功耗測量值轉(zhuǎn)換為電壓，單片機通過電壓數(shù)值計算功耗?；谟嬎愎膩砜刂评^電器切斷電源。AC / DC轉(zhuǎn)換電路提供所需的直流電源給單片機，單片機集成ZigBee射頻（RF）模塊可遠程控制單元通信。

該電源插座的周期循環(huán)監(jiān)控電源能耗通過電源監(jiān)控電路。電源插座有四種狀態(tài)：啟動，運行，正常和關(guān)閉狀態(tài)。當交流電源開始供電給電源插座，單片機激活并執(zhí)行軟件。啟動后，單片機進入運行狀態(tài)。在這種狀態(tài)下，單片機不監(jiān)控消耗功率，但打開繼電器和等待保護時間，比如，兩分鐘。保護時間過后，進入正常狀態(tài)。正常狀態(tài)單片機監(jiān)控消耗功率。所監(jiān)控的能耗是呈波形，通過平均了數(shù)百個波形能耗。當檢測值低于先前設(shè)定的閥值功耗，比如兩分鐘，單片機將關(guān)掉繼電器來完全切換交流電源。然后進入關(guān)閉狀態(tài)。這個時候單片機不再監(jiān)控功耗，直到收到通過ZigBee通訊傳來的激活指令。當它收到激活指令，將吸合繼電器的觸點，供電至電源輸出點。又進入了運行狀態(tài)。不斷地重復著這個狀態(tài)轉(zhuǎn)換。

2.2 具有學習紅外編碼功能ZigBee控制器

在普通的房間里，有好幾個電源插座，若干個燈和一個可調(diào)光燈。為控制這些電源插座和燈，必須安裝ZigBee控制器到房間里。圖2顯示了ZigBee控制器與通過ZigBee通訊的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。ZigBee控制器由一個交流/直流轉(zhuǎn)換電路，一個有ZigBee射頻模塊單片機，幾個按鈕開關(guān)和一個紅外接收器。如果第一個按鈕是分配給第一個電源插座，按第一個按鈕喚醒來第一個電源插座和使它轉(zhuǎn)為運行狀態(tài)。其他兩個按鈕可以分配給調(diào)光燈，一個用于“亮”功能，另一個用于“暗”功能。

連接到電源插座的家電一旦改變，待機功率將會與之前家用電器待機功率不一樣。在這種情況下，閾值功率應(yīng)配置適當?shù)牟僮?。通過鏈接新家電，啟動與關(guān)閉來測量相關(guān)功率參數(shù)，單片機通過使用這兩個測量的功率來計算閾值功率。比如通過計算待機功率和正常功率算術(shù)平均值。

當用戶想要打開連接到電源插座的家電，他需要通過按下相應(yīng)的按鈕喚醒電源插座，然后通過紅外遠程控制打開家電。用戶通過ZigBee控制器和按相應(yīng)的按鈕來打開一個家電。將學習紅外編碼功能添加到ZigBee控制器。圖3展示紅外編碼模塊細節(jié)。它可以被視為一種脈沖流高電平時間和低電平時間如圖3所示。載波信號可以通過測量的紅外PD的輸出信號抽樣和記錄高電平時間和低電平時間。高電平時間通過測量上升沿和下降沿之間的時間來計算。低電平時間通過測量下降沿和上升沿之間的時間來計算。由于載波信號脈沖流不是恒定脈沖信號流。它可以被視為重復脈沖流具有不同脈沖持續(xù)時間。用帶通濾波器元件拒絕載波頻率通過后，它也可以抽樣和記錄通過測量的高電平和低電平時間重復脈沖連續(xù)反相脈沖時間可以描述倍基帶信號。

ZigBee控制器有兩種模式。學習模式和操作模式。在學習模式中，用戶可以指定特定的按鈕來控制某部分紅外編碼：用戶連續(xù)兩次按下一個按鈕，觸發(fā)ZigBee控制器進入學習模式。然后他發(fā)送遠程控制紅外編碼到紅外接收模塊。核心處理單元記錄載波和基帶信號，并將它們存儲在紅外編碼存儲并關(guān)聯(lián)相應(yīng)的按鈕。用戶發(fā)送遠程控制紅外編碼到紅外接收模塊，核心處理單元記錄載波和基帶信號，然后對紅外編碼與存儲的記錄進行比較。搜索找到匹配的編碼，核心處理單元執(zhí)行相應(yīng)的按鈕命令。如果有足夠的內(nèi)存來存儲編碼，可以將許多紅外編碼分配給一個按鈕。所以各種遠程紅外編碼可以方便地被記錄下來。

隨著ZigBee推廣，通過遙控器，可以隨時在家中的任何一個地方對各種家電設(shè)備進行智能控制，借助于網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，可以實現(xiàn)一個更為便利、舒適、高效的無線智能家居系統(tǒng)。

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