基于Zigbee技術的LED燈光控制器的設計及應用

　　本設計主要是將Zigbee 無線技術應用在LED 照明工程中，解決了白熾燈耗電嚴重，使用壽命短的問題，同時解決照明工程中布線復雜、高功耗、資源浪費大、受距離限制、維護困難的問題。基于Zigbee 技術具有短距離、低功耗、低數據速率、低成本、低復雜度等優點，設計出基于Zigbee 技術的智能家居LED 燈光無線控制系統。主要利用Zigbee無線自組網技術，實現了對LED 燈的開關和亮度調節的無線控制，并且功能細致可以分為單個燈光控制和局域燈光控制。

　　目前我國大力推行用LED 燈取代白熾燈的政策，而且將在五年內實施完成，這一政策解決了照明耗電嚴重，使用壽命短的問題，此外，工程布線繁瑣安裝復雜，不易移動控制，能量消耗大、施工周期長、后期維護困難等這些問題仍然需要解決，Zigbee 技術的廣泛應用給目前的問題提供了一種解決方式，并且對于家庭生活和辦公樓宇而言達到了方便快捷的目的，對于綜合管理人員達到高效安全目的。文中提出了一種Zigbee 無線自組網技術與LED 節能燈相結合的設計方案， 實現對LED 燈的亮度進行連續調節和遠程控制的功能，詳細的介紹了軟硬件設計系統。

　　1 Zigbee 無線技術

　　Zigbee 技術是一種應用于短距離范圍內，低傳輸數據速率下的各種電子設備之間無線通信技術， 是一組基于IEEE批準通過的802.15.4 無線標準研制開發的，這就確定了可以再不同制造商之間共享的應用綱要。Zigbee 兼容的產品工作在2.4 GHz 這個全球通用的免費開放頻段， 這個頻段提供了16 個傳輸信道，每次通信都會自主選擇一個最干凈干擾最小的信道進行數據傳輸。在網絡層方面，可以采用星形和網狀拓撲，根據節點的不同功能，可分為中央協調器 Coordinator，路由節點Router 和終端節點FFD.在這3 種拓撲結構中，在星型網絡中不易實現Zigbee 的高級特色功能，即路由功能的，每個Zigbee 設備只能和PANC 直接通訊。網狀網絡是最復雜的，允許路由，而且路由的路徑是自動計算出來的最佳路徑，而且網絡建立后，任何一個設備失效，網絡中的設備會重新計算路由的路徑， 使得不影響網絡其他設備正常通訊。

　　所以本系統采用的是樹狀網絡結構，簡單且易于實現功能。

　　1.1 Zigbee 的優點與特性

　　1) 低功耗是Zigbee 技術最具優勢的地方。在通信狀態，Zigbee 終端耗電在幾十毫瓦左右，在省電模式下，耗電僅僅幾十μW，相當有一節干電池可以工作近一年。

　　2) 可靠性：采用避免碰撞機制，同時為需要固定帶寬的通信業務預留了專用時隙，避免發送數據時產生沖突;節點模塊之間具有自動動態組網的功能， 傳遞的信息在整個Zigbee 網絡中通過自動路由的方式進行傳輸，從而保證了信息傳輸的可靠性。

　　3) 網絡容量大：在同一個WPAN 上，可以存在65 536 個ZigBee 裝置，彼此可通過多重跳點的方式傳遞信息，而且具有無線網絡自愈功能。

　　4) 有效范圍大：有效范圍在10~75 m 之間，如果前置功放可以達到1 000 m 的通信距離。

　　5) 成本低：Zigbee 數據傳輸速率低， 協議簡單且免收專利費，所以降低成本。

　　1.2 Zigbee 無線組網原理

　　在網絡層中，ZigBee 定義了3 種角色： 第一個是中央協調器(Coordinator)，負責建立網絡，以及分配網絡各個節點地置;第二個是路由器(Router)，主要負責查找網絡、建立以及修復數據的路由路徑，并負責轉送數據，路由器可以與協調器通信，也可以與終端節點進行通信，路由之間也可以進行通信;第三個是終端節點(FFD)，只能選擇加入已經形成的網絡，可以與路由器進行收發數據信息，但不能轉發信息，不具備路由功能。通信圖解如圖1 所示。

　　圖1 通信圖解

　　工作原理：系統中每個終端節點或路由器分別控制一盞燈或多盞燈，每個節點會有單獨的網絡地址，手持控制終端通過無線模塊發送命令到協調器，協調器將收到的命令通過無線傳輸發送到各個節點。