ZigBee無線自組網的LED節能燈控制系統

摘要：設計了一種基于ZigBee無線自組網控制LED節能燈的控制系統。以TI公司的CC2530為主要硬件平臺，利用ZigBee Pro協議棧組建了Mesh網絡，在上位機上實現了LED燈亮度的調整和環境溫度、電壓的監控功能。使用PT4115作為驅動芯片，能耗低，達到了節能減排的效果。
關鍵詞：自組網；ZigBee技術；無線數據傳輸；WSN；LED

引言
伴隨電子技術與無線通信技術的發展，人們對生活水平的追求越來越高。智能化被人們所熟知，作為智能化之一的智能照明系統在未來照明領域中具有很好的發展前景。傳統的照明系統大多采用有線連接，鋪線麻煩，價格昂貴，不易擴展，安裝復雜，不易移動維護，能量消耗大。針對傳統照明的不足，可以采用無線數據傳輸來代替有線傳輸。ZigBee技術是一種新型的具有統一技術標準的無線通信技術，應用于短距離范圍內的低速率傳輸，具有功耗低、成本低、數據傳輸可靠、網絡容量大等特點，非常適合照明系統的使用。另外，可以利用現在IC行業的快速發展，使用高效低能的驅動技術來減少照明成本，從而達到節能減排的目的。本文介紹了一種利用ZigBee無線傳感器網絡技術對LED節能燈實現遠程控制的方案，給出了詳細的軟硬件設計。

1 自組網控制系統及工作原理
為實現故障檢測、溫度檢測、電壓檢測、亮度檢測和控制以及故障報警等功能，自組網控制系統采用了圖1所示的設計。

整個無線網絡是由終端節點(ZigBee Endpoint，ZE)、路由(ZigBee Router，ZR)、和協調器(ZigBee Coordinator，ZC)3種設備構成。其中終端是簡化功能設備(Reduced Function Device，RFD)，只能與路由或者協調器直接通信。路由是全功能設備(FuU Function Device，FFD)，既可以和路由和終端直接通信，也可以和協調器直接通信。協調器是PAN協調器(PANC)，負責一個PAN區域的網絡建立及管理。協調器收集所有節點和路由的信息，通過RS232發給監控計算機來確定燈的亮度、環境溫度、電池電量等。
工作原理：系統中每個終端、路由分別控制一盞燈，每個燈對應一個ID(終端或路由加入網絡時由協調器自動分配)，各個節點和路由將傳感器收集的數據通過無線發送到協調器，協調器將收到的數據通過串口發送到監控計算機。如果LED燈出現故障，檢測電路會產生報警信號，報警信號最終會發送到監控計算機，計算機會提示工作人員故障燈的ID，讓維護更便利。另外終端的光敏傳感器會收集光照的程度，然后由終端自動的調整光照的亮度。
終端也會將自身的供電電壓傳送到監控計算機，以防節點缺電而影響使用。

2 系統硬件設計
系統是由電源模塊、無線傳輸模塊(CC2530、溫度檢測、電壓檢測)、LED驅動模塊、LED檢測模塊等組成，具體硬件電路邏輯結構如圖2所示。其中電源模塊是采用市面常用的ASM1117-5．0和ASM1117-3．3，原理簡單易懂。下面主要介紹無線通信模塊和LED驅動模塊。