基于ZigBee無線通信的LED調光系統設計

羅俊堅　周坤鵬　梁卓麟　唐堅銳　麥銘強　梁佩瑩

摘 要：文章介紹了一種利用ZigBee實現無線通信的燈光調節系統，實現對LED燈的開合、亮度的調節。系統包括 CC2530模塊、光傳感模塊、LED燈控制模塊。其中，CC2530模塊負責信息通信，LED控制燈模塊負責驅動LED燈，光傳感模塊負責采集光照信息。系統通過光傳感模塊獲得光強度，將所得數據傳送到控制模塊，控制模塊根據特定算法得出數據，傳輸到LED燈模塊即可對LED燈的亮度進行調節，降低系統功耗。

關鍵詞：ZigBee技術 物聯網 PWM調光 CC2530

中圖分類號：TM923.34 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）05（c）-0003-02

目前科技高速發展，機械全自動化趨勢促使我們走向智能化的方向。在物聯網的范疇內，物物相聯實現智能化是其中應用熱點。ZigBee是一種新興的短距離、低速率無線網絡技術[1-2]。當今人們越來也重視環境的保護，火力發電帶來的環境問題已經不太適應社會的發展了，我們要在積極發展新能源的同時降低對于電能的需求。傳統白熾燈固然成本低，當其耗電和布線費用卻比LED高的多。科學的管理可以選擇LED燈進入ZigBee網絡進行管理[3]，這種物聯網的技術是新興的技術，也是今后世界發展的趨勢。將管理系統信息化，系統能做出智能的處理，減少人力成本、簡化管理過程、節省電能。

1 基于ZigBee的LED燈光調節系統設計方案

基于Zigbee無線組網的LED智能調光系統是一套以外界自然光強度為參考，自主調節LED燈燈光強度的系統。系統可分為三大模塊直流電壓源、無線通信模塊、LED調光模塊。系統硬件邏輯結構如圖1所示，系統實物圖如圖2所示。

（1）開啟系統，用戶通過調節發射端的UP和DOWN兩個按鈕對當前環境的亮度進行調節直到用戶認為當前亮度時舒適亮度。

（2）接收端接收到發送端的信號后，調節PWM 的輸出，不同的PWM輸出對電流進行調整從而達到調節LED亮度的目的。

（3）用戶不在控制端進行操作，即發送端不再發送信號時，系統會把當前環境中的亮度默認為用戶的滿意亮度，然后記錄下當前的環境的亮度并且把其設置為標準值。

（4）通過光傳感器采集系統工作環境中的光照強度，并將傳感器中光強信號傳送回系統的處理模塊中。

（5）根據采集到的環境光照強度與用戶設置的舒適光照強度對比，然后調節LED燈亮度。以保證當前環境真實亮度檢測值基本與設置的標準值接近。

通過以上步驟即可根據工作環境中自然光的變化，自動調整到設置好的環境亮度的整體光照，充分的控制了環境亮度和LED電能消耗的關系從而達到節省能源的目的。

由飛比公司FB2530BB與2530射頻板組成的光傳感器節點。在FB2530BB電池擴展板上由一個光傳感器。該板上的CC2530組要就是收集傳輸光強信息。協調器節點設計由擴展板和射頻板組成。該節點復制網絡的初始化。LED燈驅動板會接受到控制節點發送的信號對通過LED燈電流進行調整。

2 ZigBee組網

協調器是ZigBee網絡的建造者，協調需要配置穩定的信道和建立唯一的網絡ID[4]。未加入任何網絡具有協調功能的Zigbee節點，該節點具有發起網絡建立的功能。首先，讓可以充當協調器功能的節點設備激活網絡，并執行網絡初始化功能。掃描并探測無線信道的使用情況。從信道的能量值占用情況來進行最佳信道的選擇。設置網絡PAN ID等初始化后。在通信范圍內而且還沒有加進網絡中的節點均成為子節點，向已建立的網絡發送入網請求。父親節點收到請求后，根據請求的信息批準是否可以入網。若允許將會非子節點分配地址，并發送響應。子節點收到響應后將會得到該網絡唯一的身份識別標識，也就是其網絡地址。

3 ZigBee通信的程序流程

如圖3所示，系統初始化后，根據用戶通過UP和DOWN鍵進行調節LED燈的亮度。用戶按下UP或DOWN按鍵時，無線網絡實時的把數據包發送出去。當輸出端接收到數據包后，根據指令調節PWM占空比。通過調節PWM的手段控制流過LED燈的電流控制LED燈的亮度。自然光照和LED光照共同決定當前系統光照的調控。當用戶不在按下按鈕時，系統會選擇當前的亮度作為調控亮度的標準。發射端停止發送上升或下降指令。當前的工作環境亮度作為標準值，然后系統根據自然光照的變化進行對LED的亮度進行調節，以達到系統的最終目的是當前的亮度保持在用戶認為舒適的光照強度下。若用戶想再次調節舒適光照強度可以通過按鍵再次調整，系統將會記錄新的光照強度作為標準值并維持亮度在標準值附近。

無線通信模塊CC2530具有領先的射頻收發的性能，因其具有不同的運行模式和運行模式切換的短時間和低功耗是的其在低能源消耗的領域有其獨有的優勢。此系統采用的是飛比公司的CC2530的開發板，結合德州儀器在行業上的ZigBee協議棧。首先，系統主流程對CC2530寄存器寫入配置，然后會調用ZigBeeAllowBind（）函數發出允許綁定的命令，允許綁定后，路由器會調用menudis（）函數進行綁定[5-8]。

LED亮度需要根據當前環境的亮度進行調節，所以需要試試采集環境的亮度。根據亮度的反饋在對比之前設定的標準亮度進行對比，然后調整PWM的輸出以控制通過LED燈的電流從而達到對LED亮度的控制[9]。

4 結語

文章分析描述了ZigBee技術的架構，硬件模塊以及單片機組網等整體設計。在整個系統中，利用LED低功耗與ZigBee技術的低成本等優點相結合，實現無線LED燈光控制，達到節約電力和能源的目的。

參考文獻

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