基于Zigbee無線通信協議的智能燈光控制系統設計

摘要：文章以樓宇自動化中教室照明系統為對象，介紹了以ZigBee為無線通信協議，以STM32W108為處理器，開發的一種基于ZigBee無線通信協議的智能燈光控制系統。該系統主要由智能燈光節點、網關節點和數據中心(主控制室)三個部分組成，其中智能燈光節點通過光亮度傳感器和紅外線傳感器的數據采集，智能調節一定區域內的燈光(系統判定無人的情況下)，并且可以通過無線傳感網絡轉發給網關節點，最后把數據傳輸到主控制室，從而達到對教室照明系統的智能控制。
關鍵詞：ZigBee協議；STM32W108微處理器；智能燈光節點；光亮度傳感器

0 引言
照明設備在日常生活中是必不可少的，而對于照明系統的控制，一直是樓宇控制系統中至關重要的部分。然而，隨著經濟的飛速發展，能源短缺問題日益突出，但是目前，在很多大中專院校、企業辦公大樓、政府機關單位及醫院等一些公共場所，普遍存在著室內無人卻“燈火通明”的現象，這種現象造成了嚴重的資源浪費，節約照明所用的電能已經成為建筑節能的重點，所以智能照明控制系統變得尤為重要。為此，本設計采用了ZigBee無線通信技術組建網絡，以高校中一棟大型教學樓為對象，實現對照明系統的智能控制，從而很好地節約了電能的使用。
ZigBee技術是一種應用于短距離范圍內、低傳輸速率下的各種電子設備之間的無線網絡通信技術。ZigBee技術具有成本低、可靠性好、時延短、網絡容量大、覆蓋范圍廣等特點。
對于無線技術，節點的功耗問題一直是限制無線技術發展的主要問題之一，而本設計的一個顯著特點是，節點并不是使用電池供電，而是直接取用原有照明系統的電能，這樣既解決了無線節點的功耗問題，又不會過多影響原有的照明系統，從而也降低了成本。

1 系統綜述
圖1為本設計的整體框圖，教學樓中每間教室均至少分布一個終端節點，處在一定區域的多個節點構成一個網絡，整棟教學樓有多個這樣的網絡組成，當分布在終端節點的光亮度傳感器和紅外傳感器采集到數據后，無線發送到處在本區域的全功能節點，全功能節點(FFD)本身具有終端節點的作用，然后再由全功能節點無線發送的協調器(Coordinator)，最后通過有線傳送到主控室上位機。

在本設計中，每一個節點，包括全功能節點、協調器都具有唯一的地址，這樣，協調器具有對本網絡的管理功能；同樣，也可以通過對主控室上位機進行操作，實現對本網絡中任一個節點進行參數設定或控制，以達到對全網的控制。
對于教室的單個節點，當采集到光亮度信息和紅外信息后，經MCU處理后，對本節點繼電器進行控制，從而實現對室內燈光的控制。