基于ZigBee无线通信的LED调光系统设计

罗俊坚　周坤鹏　梁卓麟　唐坚锐　麦铭强　梁佩莹

摘 要：文章介绍了一种利用ZigBee实现无线通信的灯光调节系统，实现对LED灯的开合、亮度的调节。系统包括 CC2530模块、光传感模块、LED灯控制模块。其中，CC2530模块负责信息通信，LED控制灯模块负责驱动LED灯，光传感模块负责采集光照信息。系统通过光传感模块获得光强度，将所得数据传送到控制模块，控制模块根据特定算法得出数据，传输到LED灯模块即可对LED灯的亮度进行调节，降低系统功耗。

关键词：ZigBee技术 物联网 PWM调光 CC2530

中图分类号：TM923.34 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）05（c）-0003-02

目前科技高速发展，机械全自动化趋势促使我们走向智能化的方向。在物联网的范畴内，物物相联实现智能化是其中应用热点。ZigBee是一种新兴的短距离、低速率无线网络技术[1-2]。当今人们越来也重视环境的保护，火力发电带来的环境问题已经不太适应社会的发展了，我们要在积极发展新能源的同时降低对于电能的需求。传统白炽灯固然成本低，当其耗电和布线费用却比LED高的多。科学的管理可以选择LED灯进入ZigBee网络进行管理[3]，这种物联网的技术是新兴的技术，也是今后世界发展的趋势。将管理系统信息化，系统能做出智能的处理，减少人力成本、简化管理过程、节省电能。

1 基于ZigBee的LED灯光调节系统设计方案

基于Zigbee无线组网的LED智能调光系统是一套以外界自然光强度为参考，自主调节LED灯灯光强度的系统。系统可分为三大模块直流电压源、无线通信模块、LED调光模块。系统硬件逻辑结构如图1所示，系统实物图如图2所示。

（1）开启系统，用户通过调节发射端的UP和DOWN两个按钮对当前环境的亮度进行调节直到用户认为当前亮度时舒适亮度。

（2）接收端接收到发送端的信号后，调节PWM 的输出，不同的PWM输出对电流进行调整从而达到调节LED亮度的目的。

（3）用户不在控制端进行操作，即发送端不再发送信号时，系统会把当前环境中的亮度默认为用户的满意亮度，然后记录下当前的环境的亮度并且把其设置为标准值。

（4）通过光传感器采集系统工作环境中的光照强度，并将传感器中光强信号传送回系统的处理模块中。

（5）根据采集到的环境光照强度与用户设置的舒适光照强度对比，然后調节LED灯亮度。以保证当前环境真实亮度检测值基本与设置的标准值接近。

通过以上步骤即可根据工作环境中自然光的变化，自动调整到设置好的环境亮度的整体光照，充分的控制了环境亮度和LED电能消耗的关系从而达到节省能源的目的。

由飞比公司FB2530BB与2530射频板组成的光传感器节点。在FB2530BB电池扩展板上由一个光传感器。该板上的CC2530组要就是收集传输光强信息。协调器节点设计由扩展板和射频板组成。该节点复制网络的初始化。LED灯驱动板会接受到控制节点发送的信号对通过LED灯电流进行调整。

2 ZigBee组网

协调器是ZigBee网络的建造者，协调需要配置稳定的信道和建立唯一的网络ID[4]。未加入任何网络具有协调功能的Zigbee节点，该节点具有发起网络建立的功能。首先，让可以充当协调器功能的节点设备激活网络，并执行网络初始化功能。扫描并探测无线信道的使用情况。从信道的能量值占用情况来进行最佳信道的选择。设置网络PAN ID等初始化后。在通信范围内而且还没有加进网络中的节点均成为子节点，向已建立的网络发送入网请求。父亲节点收到请求后，根据请求的信息批准是否可以入网。若允许将会非子节点分配地址，并发送响应。子节点收到响应后将会得到该网络唯一的身份识别标识，也就是其网络地址。

3 ZigBee通信的程序流程

如图3所示，系统初始化后，根据用户通过UP和DOWN键进行调节LED灯的亮度。用户按下UP或DOWN按键时，无线网络实时的把数据包发送出去。当输出端接收到数据包后，根据指令调节PWM占空比。通过调节PWM的手段控制流过LED灯的电流控制LED灯的亮度。自然光照和LED光照共同决定当前系统光照的调控。当用户不在按下按钮时，系统会选择当前的亮度作为调控亮度的标准。发射端停止发送上升或下降指令。当前的工作环境亮度作为标准值，然后系统根据自然光照的变化进行对LED的亮度进行调节，以达到系统的最终目的是当前的亮度保持在用户认为舒适的光照强度下。若用户想再次调节舒适光照强度可以通过按键再次调整，系统将会记录新的光照强度作为标准值并维持亮度在标准值附近。

无线通信模块CC2530具有领先的射频收发的性能，因其具有不同的运行模式和运行模式切换的短时间和低功耗是的其在低能源消耗的领域有其独有的优势。此系统采用的是飞比公司的CC2530的开发板，结合德州仪器在行业上的ZigBee协议栈。首先，系统主流程对CC2530寄存器写入配置，然后会调用ZigBeeAllowBind（）函数发出允许绑定的命令，允许绑定后，路由器会调用menudis（）函数进行绑定[5-8]。

LED亮度需要根据当前环境的亮度进行调节，所以需要试试采集环境的亮度。根据亮度的反馈在对比之前设定的标准亮度进行对比，然后调整PWM的输出以控制通过LED灯的电流从而达到对LED亮度的控制[9]。

4 结语

文章分析描述了ZigBee技术的架构，硬件模块以及单片机组网等整体设计。在整个系统中，利用LED低功耗与ZigBee技术的低成本等优点相结合，实现无线LED灯光控制，达到节约电力和能源的目的。

参考文献

[1] 张延丽，阎有运，屠东兵.基于ARM9和ZigBee的智能家居系统的设计[J].现代计算机，2008（5）：112-114.

[2] 李兰英，杨晨.基于S3C44B0X的智能家居终端控制系统的设计与实现[J].哈尔滨理工大学学报，2007（3）：84-86，90.

[3] 李智华，周峰，王元章，等.基于ZigBee的LED智能照明控制系统[J].现代建筑电气，2013，4（6）：9-13.

[4] 李智，涂亮，孙先松.基于ZigBee技术的智能照明系统设计[J].物联网技术，2012，2（4）：29-31.

[5] 李鑫，毛陆虹，王巍，等.基于ZigBee网络的无线智能照明系统设计[J].微型机与应用，2010（5）：15-17.

[6] 彭天笑，缪小红.基于ZigBee的WPAN构建方案[J].电信 工程技术与标准化，2003（8）：40-44.

[7] Teger， Sandg， Waks，et al. Enduser perspectives on home networking[J].IEEE Communications Magazine， 2002，40（4）：114-119.

[8] Parker A D.IEEE 802.15.4 standard for low-rate wireless personal area network [J].IEEE Communications Magazine，2004（5）：172-180.

[9] 裴岩明，刘蕴红.基于ZigBee技术的智能调光系统[J].现代电子技术，2011，34（3）：208-210.