基于CC2530的智能照明控制系統設計

宋勇+項淑俊+黃小偉+裘昕月+黃雙林

【摘 要】針對目前照明系統存在輸出無節制，負載不可調，浪費電能等缺點，本設計結合無線控制系統的優點，使用目前比較成熟的ZigBee技術，通過網狀拓撲結構搭建了基于CC2530芯片的智能節能燈控制系統。該系統控制方便，安裝簡單，智能高效，可有效地解決用電量大，成本高，布線繁瑣等傳統家用、公用、工業照明方面的問題。

【關鍵詞】CC2530；ZigBee；無線傳感網絡

【Abstract】Lighting systems currently exist for the uncontrolled output， load non-adjustable， waste of energy and other shortcomings， the design combines the advantages of wireless control systems， and use relatively mature ZigBee technology， to build a smart energy-saving light control CC2530 chip based system through the mesh topology. The system is easy to control， the problem is simple to install， intelligent and efficient， can effectively solve the large power， high cost， complicated wiring and other traditional household， public and industrial lighting area.

【Key words】CC2530； ZigBee； Wireless sensor network

0 緒論

隨著科技水平和物質生活的不斷提高，人們對家居生活的要求也不斷提高，而智能化恰好滿足了人們對高效、便利、安全生活的需求。早期的智能家居主要以總線、電力線載波等有線技術為通信方式，這種方式存在著布線難、安裝難、擴展難、調試難、易受電網干擾、系統不穩定等問題，這些問題不能適應家居設備隨意分布、接口不統一的要求，嚴重影響了家居行業的發展。而這些年來無論是在系統軟件和還是硬件的研發上，智能家居技術取得了長足的進展，美國的各大公司如微軟、摩托羅拉等相繼占領了智能家居研發大軍的前列，推出了夢幻之家、居所之門等知名系統[1]。在國內，雖然智能家居起步相對較晚，但由于有其他國家的經驗和先例以及國家對該產業投資力度的加大，科研機構和高校經過近十年的深入研究，其技術正逐步走向成熟。

1 設計方案

本系統將采用 TI 公司的 Z-STACK協議棧，以 CC2530 芯片為核心，構建智能家居無線傳感器網絡。當系統啟動時，光敏傳感器和紅外傳感器同時運作，將檢測得到的光照度和人員信息后以電信號形式發送給采樣節點。當采樣節點接收到信號后，通過ZigBee無線網絡將信息傳到協調器，協調器接收到相應節點發送的數據，然后通過串口發送給上位機串口助手[2]。如果想開某個房間的燈，通過串口發送給相應的命令給協調器，協調器解析命令，得到相應燈的無線網絡的地址，以單播放的形式發送命令，節點收到命令，根據命令動作。當傳感器檢測到的信號發生變化時，采樣節點可以立刻接收并進行判斷，按照上文所述的途徑，完成新的指令傳輸，協調器也能立刻接收命令并解析。根據設置采樣節點的狀態掃描間隔時間，達到節能的目的，也可以有效防止信號干擾[3]。

2 硬件設計

硬件系統是由基于CC2530的ZigBee無線傳輸模塊 和電器控制繼電器模塊等組成。

CC2530 是用于ZigBee和RF4CE應用的一個真正的片上系統（SOC）解決方案。它結合了業界領先的RF收發器的優良性能，是標準的增強型8051CPU，該芯片有 8 KB RAM和許多其他強大的功能，外圍電路主要有晶振、天線及阻抗匹配電路（收發信息的接發器），接口電路和旁路電容和去耦濾波電路等。因此具有極高的接收靈敏度和抗干擾性能且能以非常低的成本建立強大的網絡節點[4]。

電器控制繼電器模塊是由繼電器模塊與ZigBee收發節點組成。由于我國市電電壓在220V左右，為了實現對部分家電開關的控制，采用繼電器模塊，并通過ZigBee無線傳輸模塊的CC2530芯片的IO引腳及其外圍驅動電路，實現對繼電器模塊的吸合與釋放，可以控制窗簾、燈光等開關型電器。

3 軟件設計

軟件開發環境選擇IAR，在TI公司ZStack協議棧的基礎上，編寫了系統的應用程序代碼，用VC編寫的上位機程序為ZStack提供了豐富的函數調試接口[5]。系統軟件主要包括協調器節點程序、路由器節點程序。協調器是第一級節點，負責組建網絡，網絡組建好后會分配節點ID地址，協調器接收到控制終端發送的命令，發送控制命令到節點就可以實施相應控制。如圖2是協調器的工作流程圖。

以下擴展到第2級、第3級甚至多級.只要在同一網絡就可以實施相應控制，協調器接收命令同時將控制命令發送到路由器或者終端節點，如果直接發送命令給路由器，路由器就會執行相應命令，也可以通過路由器發送給終端節點，由終端節點執行相應命令[6]。如圖是路由器（包含終端節點）工作流程圖如圖3。

功能實現：控制終端（上位機）接收來自各種傳感器的相關信息，在組建網絡時將控制終端加網絡，控制終端會自動識別每一節點的ID地址，通過對節點發送命令實現控制。可以對單個燈進行亮度調節，即向單個節點發送控制命令，也可以將部分節點組建一個局域網絡存儲到控制器中。對這個局域網絡發送命令就可以實現局域網內所有節點的燈光控制。

4 結論

本系統以 CC2530為核心，以ZigBee構建無線傳感網絡系統，通過分布在各個房間的傳感器采集相關數據，用上位機控制各個房間照明燈的開關與明暗，對建筑室內外的照明設備實現集中管理，并且按照明場所分類進行控制，根據室內外光照的不同調節照明設備的照明度，節約能源，使建筑室內外都有一個良好的光環境，具有一定的應用前景。

【參考文獻】

[1]張同翰，王正彥，袁雙，范延濱.基于CC2530的ZigBee的智能家居設計[D].青島大學，2015：28-4.

[2]高寧波，李根旺，趙富海.在智能家居控制系統中協議的實現測控技術[J].測量技術，2006（7）：26-29.

[3]趙奎兵，段富海.基于節點的智能家居系統語音控制設計[J].現代電子技術，2012：5-9.

[4]李文仲，段朝玉.無線網絡網絡技術入門與實戰[M].北京航空航天大學出版社，2007：128-157.

[5]詹良.基于Zigbee技術的智能家居無線網絡系統[D].北京郵電大學，2004.

[6]李俊斌，胡永忠.基于 CC2530 的 Zig Bee 通信網絡的應用設計[J].電子設計工程，2011，19（16）：108-111.

[責任編輯：湯靜]