基于Jennet-IP的智能照明系統設計

王　慧

（成都師范學院 網絡與信息管理中心，四川　成都　611130）

基于Jennet-IP的智能照明系統設計

王慧

（成都師范學院 網絡與信息管理中心，四川成都611130）

文章旨在設計一個以恩智浦半導體公司的JN5168芯片為核心，結合Jennet-IP協議的無線智能照明系統。該系統在控制終端與各照明節點之間構建無線通信網絡，用戶可以通過控制終端實時控制各照明節點并能實時監控各節點的狀態，如電壓、電流和溫度等。文章分析了系統的工作原理、硬件架構和軟件設計。實驗結果表明，該系統具有誤包率低、穩定、可靠和成本低等優點，實現了照明系統的網絡化管理。

智能照明；Jennet-IP；無線通信；網絡化

隨著網絡技術和通信技術的快速發展和人們生活水平的提高，智能家居早已為大眾所熟知，而智能照明系統作為智能家居的重要組成部分，具有廣泛的應用前景。目前，傳統照明還存在著一系列缺點，如發光效率低、使用壽命短、布線麻煩和系統可擴展性低等，遠遠不能滿足現代社會對高效、自動化和節能照明技術的現實需求。

近年來，近距離無線通信技術得到了相當迅猛的發展，常見的有WiFi，藍牙（Bluetooth），ZigBee和Jennet-IP等技術。WiFi的主要用途是接入無線網絡，提供高達幾十兆的網絡速度，但這是以犧牲低功耗為代價，限制了它在工業場合的應用和推廣；藍牙是一種一對多的無線傳輸技術，但其存在著傳輸距離近和組網能力差的缺點；ZigBee是一種基于802.15.4的物理層協議，支持自組網、多點中繼，可實現網狀拓撲的復雜的組網協議，加上其低功耗的特點，使得網絡間的設備能各司其職，有效地協同工作，但是其存在授權收取專利費的問題，開發成本較高。

Jennet-IP協議是由恩智浦半導體開發的一種無線網絡協議棧，其適用于住宅、商業和工業等物聯網應用，是一種以IEEE 802.15.4標準為基礎的超低功耗網絡設計。Jennet-IP最多接入500個終端設備，具有網絡自修復、功耗超低、遠距離傳輸，成本低和安全性高等特點，與ZigBee相比，Jennet-IP可以隨意組建私有網絡而無須授權，在縮短了認證時間及步驟的同時也節省了授權認證費用。

1　系統架構

本文所設計的無線智能照明系統由基于Jennet-IP協議的無線網絡和電腦、手持終端設備組成，以恩智浦公司的JN5168為核心，實現對LED照明的亮度控制以及溫度、運行時間的采集。網絡協調器是Jennet-IP網絡的創建者，允許其他節點加入。路由節點能加入到網絡協調器或者是其他路由節點，也允許其他路由節點或者是終端節點加入，其能轉發數據，起到中繼傳輸的作用，不能進入睡眠模式。終端節點同樣能加入到網絡協調器或路由節點，但是不允許其他路由節點或是終端節點加入，可以進入睡眠模式。本文中，路由節點和終端節點的硬件電路完全一樣，故著重于路由節點部分的設計。

2　硬件設計

路由節點由電源單元、無線收發單元、數據處理單元、調光單元和溫度采樣單元等幾部分組成。電源單元實現220V交流電到15V直流電和3.3V直流電的轉換；無線收發單元實現控制數據的接收和監控數據的反饋；數據處理單元對接收/監控到的數據進行處理；調光單元通過對脈寬調制信號（Pulse Width Modulation，PWM）進行處理以實現對LED的亮度控制；溫度采樣單元通過數字溫度傳感器DS18B20獲取環境溫度。

無線收發單元和數據處理單元采用恩智浦公司的無線處理芯片JN5168實現，該芯片內嵌高性能32位RISC處理器，帶256kB嵌入式內存，32kB RAM和4kB EEPROM，并且集成了各種模擬和數字外設。同時，該芯片集成兼容2.4GHz IEEE802.15.4標準的射頻收發器，支持JenNet-IP和ZigBee等多種無線網絡協議棧。

為了兼容市面上的大部分LED控制接口，調光單元提供了電平輸出和PWM輸出兩種接口模式，其中電平輸出是使用LT1006對JN5168輸出的頻率為50KHz的PWM信號進行調制，從而將其轉換為0～10V的電平信號，PWM輸出則是對JN5168輸出的頻率為500Hz的PWM信號進行了電平放大（幅度放大到10V，JN5168的輸出電平僅為3.3V）和驅動增強，兩種輸出接口的實質都是通過調整PWM的占空比來實現對LED的亮度調整。數字溫度傳感器DS18B20采用獨特的單線接口方式，其僅需要占用JN5168的一個端口即可完成兩者之間的雙向通訊。

3　軟件設計

路由節點的主要功能為通過Jennet-IP協議棧接收用戶指令調節LED的亮度并監控LED的工作狀態，其還具有中繼數據傳輸的功能。路由節點的工作流程如圖1所示。

圖1　路由節點工作流程

路由節點在完成設備初始化后會在指定的網絡參數要求下選擇加入網絡。在Jennet-IP協議中，協調器所發起的網絡標識和路由節點的網絡標識必須一致才能加入網絡，在成功加入網絡后，路由節點的協議棧會產生一個E_STACK_ JOINED事件并獲得一個由協調器分配的IPV6地址。

LED的控制/監控數據結構體為：

typedef struct｛

uint8u8OnOff，// 開關控制

uint8u8Level，// 亮度控制

uint32 u32RunTime，// 運行累計時間

foatfTemperature，// 溫度采集

｝ tsMibledControl

LED的亮度變化通過階梯式修改PWM的輸出占空比來實現，這樣在亮度變化較大時避免出現亮度突變的情況同時也提高了人眼的舒適度；當LED的亮度參數不為0時，本文對其運行時間的進行累加統計，以小時為單位，有助于預測LED的壽命；溫度采集每分鐘進行一次，設置采樣精度為0.25℃，其采樣流程如圖2所示。

圖2　DS18B20溫度采樣流程

本系統還實現了LED的分組功能，多個路由節點/終端節點可以分配到同一個多播地址，實現對多個LED的一鍵控制，并且每個節點可以分配最多8個不同的多播地址，可以方便快捷地實現情景模式。

4　結語

本文基于Jennet-IP實現了無線智能照明系統，用戶可以通過電腦或手持終端等設備對照明系統進行控制，可以實現定時控制和情景分組等功能，可以廣泛地應用于家庭、會議室和停車場等領域。另外，本系統通過接入光照傳感器實現了亮度的自動控制，接入微波傳感器或者紅外傳感器實現“人在燈亮，人走燈滅”的功能，從而達到節能減排的目的。

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Design of intelligent lighting system based on Jennet-IP

Wang Hui
（Network and Information Management Center of Chengdu Normal University， Chengdu 611130， China）

The purpose of this paper is to design a wireless intelligent lighting system taking NXP semiconductor JN5168 chip as the core and combined with Jennet-IP protocol. Which constructs wireless communication network between the control terminal and each illumination node. The user can control each illumination node and monitor the status of each node， such as voltage， current and temperature through the control terminal. This paper analyzes the working principle of the system， the hardware architecture and software design. Experimental results show that the system possesses characteristics such as packet error rate is low， stable， reliable and cost is low，implementing the network management of illumination system.

intelligent lighting； Jennet-IP； wireless communication； networking

王慧（1981— ），女，四川成都，碩士，助理研究員；研究方向：電子信息技術。