基于Zigbee的家庭燈光無線控制系統設計

林吉

摘 要：燈光是屬于家庭環境的基本需求，因此設計了一種基于Zigbee的燈光無線控制系統。系統硬件框架以芯片CC2530為核心，軟件設計以C語言編寫程序代碼，使用IAR開發平臺進行功能調試，運用Altium Designer 10進行系統PCB設計。實物最終測試結果表明，系統能夠有效地進行LED和大功率燈泡的控制，效果穩定，鋪設簡單，無需重新布線，適合家庭使用。

關鍵詞：Zigbee；燈光控制；無線技術

中圖分類號：TU113 文獻標識碼：A

1.系統總體架構

本設計主要利用無線模塊進行數據傳輸，主要包括一個控制中心，一個網絡協調節點和兩個終端節點，實現對燈具開關的控制，系統設計框架如圖1所示。控制中心負責網絡節點的信息存儲、信息的發送與接收，并向傳感器網絡發送控制指令。協調器通過設定網絡標識來建立一個網絡，主要檢測控制信號是否到來，進而實現對終端行為的控制。燈控終端感知燈光開關狀態，并發送到協調器節點，同時它依據協調器節點發送的燈控指令，驅動繼電器和LED。

2.硬件選擇與設計

硬件系統以CC2530芯片為核心，將Zigbee天線SMA接口、晶振、電源電路和阻抗匹配電路集成一塊到Zigbee射頻PCB板上，并配備標準排針接口與外圍功能底板連接。CC2530是應用了2.4GHz頻段IEEE802.15.4協議Zigbee和RF4CE的片上系統，配備8051CPU，自帶可編程閃存，8KB RAM。兩個時鐘電路，一個由32MHz晶振主振蕩器倍頻產生2.4GHz的工作頻率，另一個是32.7kHz的時鐘源晶振。無線射頻采用一個SMA連接器與單極天線連接。底板主要由USB轉串口模塊、控制按鍵和指示燈，以及實現RS232轉USB的PL2303電路組成。

3.軟件設計

3.1 Zigbee協議架構

軟件部分設計移植了Z-Stack協議棧，Z-stack協議是在網絡層以及更高層上實現的組網功能，其協議棧的實現是軟件設計部分的核心，整個系統在操作抽象層OSAL協調下運行。Z-Stack裝載在基于IAR開發環境中，程序采用C語言編寫，使用IAR EW8051嵌入式工作臺對其編譯和調試，并下載到功能模塊。

3.2 燈控系統軟件流程

軟件流程可分為系統初始化、組建網絡；發送控制指令；終端響應這3部分。首先設備初始化，禁止所有中斷，終端節點檢測是否存在網絡，存在則發送入網請求，加入網絡，不存在，協調器建立一個新網絡：初始化I/O口、HAL的驅動、MAC層，系統分配一個64位的網絡地址，接受終端節點入網，允許中斷進入，至此初始化階段完畢。然后，遍歷整個程序查找事件，檢查有無控制指令發出，若有，終端節點響應指令，執行處理動作，若無，則進入休眠狀態。

4.實物測試

本設計使用了兩個ZigBee模塊，一個扮演系統中控制部分的角色，類似使用的遙控器，另一個是實現具體燈控功能的燈和繼電器，通過按鍵的次數操縱燈的亮滅。

終端模塊左下角有電源指示燈，上電后點亮，左上角是聯網狀態指示燈，上電后處于閃爍狀態，表示正在搜索相關網絡，加入網絡后長亮。圖2為終端響應調試結果。當協調器S1鍵按下后，LED點亮，再次按下，熄滅；按鍵S2按下后繼電器上電，繼電器指示燈點亮。S2再次按鍵按下后，繼電器斷電，燈泡熄滅。

結語

本文給出了一種基于Zigbee的燈光無線控制系統設計，包括硬件核心部件和軟件部分設計，并且進行了系統的核心功能的實物實驗。實驗結果表明，此設計可以進行LED燈組和普通家用燈泡的無線遠程控制。應用Zigbee的網絡容量大的特點還可以擴展更大的燈控網絡。本系統對于智能家居的設計提供了一種安全簡便的方案，減少用戶的布線成本，滿足用戶的基本需求。

參考文獻

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