基于ZigBee通信可供远程控制和节能研究

黄亮亮

摘 要：提出了远程控制和节能空间架构减少待机功耗，使房间更容易通过红外远程控制家电。提出设计自动切断处于待机电源的插座和红外编码学习功能的ZigBee控制器。该电源插座按预设时间监控电源消耗，当监控能耗低于阀值将完全切断电源。为有效地管理电源插座和灯，文章提出了学习红外编码功能的ZigBee控制器。ZigBee控制器可以指定一个特定的红外编码来远程控制家用电器的电源插座或调光灯。用户可以通过任何家电的红外遥控来控制电源插座和调光灯。文章提议的空间建筑实现了可远程控制和节能。

关键词：ZigBee；远程控制；红外；节能；电源插座；待机功率

1 介绍

随着越来越多的能耗电子产品和家用电器部署和规模越来越大，能源消耗在国内地区倾向于增加。众所周知，平均10%的家用电气会产生能耗率当处于待机状态。减少电气设备的待机功率少于1 瓦，国际能源机构（IEA）提出“1瓦计划”。以前的系统只监控能耗和保护过载的电源插座。有效的节能方法没起到切断无用的待机能耗。

文章中提出一个可供远程控制和节能空间建筑。为实现我们提出的空间建筑， 自动切断待机功率插座和学习红外编码功能ZigBee控制器及其运行机制描述解释。在第二部分中，提出了备用电源自动切断插座和ZigBee控制器详细描述。

2 提出了电源插座和ZigBee控制器

2.1 自动切断待机功率插座

该电源插座是为了能自动切断处于待机状态的电源插座。如图1显示电源插座的构造。它的组成由：一个AC/DC转换器，一个两个触点继电器，电源监控电路和单片机。交流电输入点接到继电器两个触点，继电器的输出端其中一个点接到交流输出插座，另外一个点联到电源监控电路。电源监控电路由变压器、整流二极管和其他的元器件组成。它将功耗测量值转换为电压，单片机通过电压数值计算功耗。基于计算功耗来控制继电器切断电源。AC / DC转换电路提供所需的直流电源给单片机，单片机集成ZigBee射频（RF）模块可远程控制单元通信。

该电源插座的周期循环监控电源能耗通过电源监控电路。电源插座有四种状态：启动，运行，正常和关闭状态。当交流电源开始供电给电源插座，单片机激活并执行软件。启动后，单片机进入运行状态。在这种状态下，单片机不监控消耗功率，但打开继电器和等待保护时间，比如，两分钟。保护时间过后，进入正常状态。正常状态单片机监控消耗功率。所监控的能耗是呈波形，通过平均了数百个波形能耗。当检测值低于先前设定的阀值功耗，比如两分钟，单片机将关掉继电器来完全切换交流电源。然后进入关闭状态。这个时候单片机不再监控功耗，直到收到通过ZigBee通讯传来的激活指令。当它收到激活指令，将吸合继电器的触点，供电至电源输出点。又进入了运行状态。不断地重复着这个状态转换。

2.2 具有学习红外编码功能ZigBee控制器

在普通的房间里，有好几个电源插座，若干个灯和一个可调光灯。为控制这些电源插座和灯，必须安装ZigBee控制器到房间里。图2显示了ZigBee控制器与通过ZigBee通讯的系统结构。ZigBee控制器由一个交流/直流转换电路，一个有ZigBee射频模块单片机，几个按钮开关和一个红外接收器。如果第一个按钮是分配给第一个电源插座，按第一个按钮唤醒来第一个电源插座和使它转为运行状态。其他两个按钮可以分配给调光灯，一个用于“亮”功能，另一个用于“暗”功能。

连接到电源插座的家电一旦改变，待机功率将会与之前家用电器待机功率不一样。在这种情况下，阈值功率应配置适当的操作。通过链接新家电，启动与关闭来测量相关功率参数，单片机通过使用这两个测量的功率来计算阈值功率。比如通过计算待机功率和正常功率算术平均值。

当用户想要打开连接到电源插座的家电，他需要通过按下相应的按钮唤醒电源插座，然后通过红外远程控制打开家电。用户通过ZigBee控制器和按相应的按钮来打开一个家电。将学习红外编码功能添加到ZigBee控制器。图3展示红外编码模块细节。它可以被视为一种脉冲流高电平时间和低电平时间如图3所示。载波信号可以通过测量的红外PD的输出信号抽样和记录高电平时间和低电平时间。高电平时间通过测量上升沿和下降沿之间的时间来计算。低电平时间通过测量下降沿和上升沿之间的时间来计算。由于载波信号脉冲流不是恒定脉冲信号流。它可以被视为重复脉冲流具有不同脉冲持续时间。用带通滤波器元件拒绝载波频率通过后，它也可以抽样和记录通过测量的高电平和低电平时间重复脉冲连续反相脉冲时间可以描述倍基带信号。

ZigBee控制器有两种模式。学习模式和操作模式。在学习模式中，用户可以指定特定的按钮来控制某部分红外编码：用户连续两次按下一个按钮，触发ZigBee控制器进入学习模式。然后他发送远程控制红外编码到红外接收模块。核心处理单元记录载波和基带信号，并将它们存储在红外编码存储并关联相应的按钮。用户发送远程控制红外编码到红外接收模块，核心处理单元记录载波和基带信号，然后对红外编码与存储的记录进行比较。搜索找到匹配的编码，核心处理单元执行相应的按钮命令。如果有足够的内存来存储编码，可以将许多红外编码分配给一个按钮。所以各种远程红外编码可以方便地被记录下来。

随着ZigBee推广，通过遥控器，可以随时在家中的任何一个地方对各种家电设备进行智能控制，借助于网络系统，可以实现一个更为便利、舒适、高效的无线智能家居系统。

参考文献

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