浅谈zigbee无线通信技术在智能节能照明系统中的运用

◆董天昊 王琮泽 张 豪 王 雷 张镕昊 韩 攀



浅谈zigbee无线通信技术在智能节能照明系统中的运用

◆董天昊 王琮泽 张 豪 王 雷 张镕昊 韩 攀

（吉林建筑大学电气与计算机学院 吉林 130021）

相较于传统照明发光效率低，综合布线困难，大量资源耗费的缺点，基于 zigbee无线通信技术的智能节能照明系统提供了一种新的照明理念， zigbee无线通信技术作为21世纪新兴的短距离低消耗通信技术，因其短距离、低功耗、低速率和高可靠性等特点，为新的智能节能照明系统打开了一扇新的大门，可以大胆地预料， zigbee无线通信技术必然在智能节能照明系统中大放异彩。

zigbee；智能照明；节能；低消耗

0 引言

随着电子信息技术和计算机网络技术的发展，实现节能信息化、网络化是当今节能系统发展的新趋势。智能节能照明系统能够为人类提供更加轻松、有序、高效的节能方式，是一种新的智能照明趋势。智能节能照明产品也是一个将要改变人们生活方式的产品，对于“改变”这个词而言，人们总是抱以迟疑的态度， 通常来说，因为科学技术的不断发展，居民生活水平质量的增加，在通信标准越来越规范以及通信市场越发极具规模性的前提下，智能节能照明系统将会迎来雨后春笋般的发展。本文在传统照明研究的基础上，将Zigbee无线通信技术应用于智能节能照明中，并提出一种采用Zigbee无线通信技术的智能节能设计方案。 与传统照明系统相比，具有简单、维护方便、运行费用低、实时在线监控、对照明设备内部各种数据进行无线采集和传输等特点。

1 基于zigbee无线通信技术的智能节能照明系统的特点

基于zigbee无线通信技术的智能节能照明系统作为一种独具一格的控制方式，不仅能够适应不同的建筑系统，同时在不同的照明场所中能够发挥巨大的作用。这种新兴的照明理念具有多元化，智能化的特点，与传统的照明系统相比，自身的特点也显而易见。

1.1 节约资源

布线灵活，管理方便；智能节能照明系统的节约资源主要体现在利用zigbee控制器能够实时地对不同场景和不同工作环境下的照明器具进行监控，当照明器具处于空档期时，可以通过终端系统对照明器具进行控制，避免了不必要的资源浪费；另外一方面，可以有效地利用自然光，补偿光照度，同时自给自足的完成照度的调节，在节约资源的前提下，能够保证国家规定的照度要求，有效地节约资源。zigbee无线通信技术可以将现场的设备和管理中心进行联络，解决综合布线困难的问题，能够自由灵活地完成现场布置导线的任务，更令人欣喜的是这个系统能够运用于老式楼宇中，解决了老式建筑更换系统困难的问题；基于zigbee无线通信技术的智能节能系统不仅解决了建筑中布线困难的问题，而且达到了节约资源的效果，并从中得到了经济回报。

1.2 安全性

ZigBee是一种具有高可靠性、高安全性的无线数传网络，采取了碰撞避免策略，同时为需要稳定带宽的通信业务预留了专用时隙，避开了发送数据的竞争和冲突。通常来说完整的 ZigBee的体系结构应该包括 IEEE802.15.4中定义的 PHY和 MAC层， MAC层采用了完全确认的数据传输模式，只有数据包得到接收方的确认之后，数据才能够成功的发送，出现问题时指令也能够重新发送。同时， ZigBee提供了基于循环冗余校验( CRC)的数据包完整性检查功能，支持鉴权和认证，采用了 AES-128的加密算法， ZigBee提供了三级安全模式，各个应用可以灵活确定其安全属性。ZigBee技术特有的安全机制由安全服务层提供。令人眼前一亮的是，模板级定义了系统整体的安全性能，这就说明该模板能够定义实现多种类型安全的特定网络。

1.3 照明质量高

众所周知，灯具的使用时间有一定的年限，智能节能照明系统能够有效地地抑制电网的冲击电压和浪涌电压的危害，以达到延长灯具的使用时间，更好的保证灯具的照明效果；一方面，照明系统中的谐波也是影响照明质量的一个因素，基于 zigbee无线通信技术的智能节能照明系统能够通过照明设备(如荧光灯等)实现调光控制，可调光荧光灯电子镇流器可以提高功率因数，减少谐波含量，提高照明质量，创造有效而良好的照明环境，很大程度上改善了人们的工作环境以及生活条件，更好的造福于全人类。

2 国内外研究现状

2.1 国内研究现状

近几年，我国高层建筑迅猛发展，基于zigbee无线通信技术的智能节能照明系统也已悄然进入了我国建筑行业。 众所周知，上海已经成为了中国重要的经济、交通、科技、工业、金融、会展和航运中心，是世界上规模和面积最大的城市之一，这里早已成为了高层建筑的聚集地，可以说是中国高层建筑的一处代表地。我们以上海金茂大厦为例，它是当代高层建筑科技与历史的融合，已经成为上海乃至中国高层建筑的标志。上海金茂大厦作为20世纪以来中国高层建筑的代表作之一，因其标志性地位的物化高度，以及它包含的设计思想、高水平的建筑技术和独有的文化底蕴。近一百年以来，科学技术的快速发展和人民生活水平的提升。家居和酒店智能化也不断被人们所推崇。在物联网的大时代下，智能节能系统已将成为新兴产物不可或缺的一部分，更是成为建筑装饰中的目标点。2010年6月7日，胡锦涛总书记在中国科学院第十五次院士、中国工程院第十次院士大会上提出推动科技发展工作的8点意见，首条是“大力发展智能科技，坚持节能优先、绿色低碳。智能科技已被提升到关乎国家科学技术发展和运用的战略级层面。

2.2 国外研究现状

自20世纪90年代开始，国外的智能照明系统便走入了国内，很大一部分国外商家在中国投资，事实证明国外的智能节能照明系统也在稳步发展，甚至可以说走在了中国的前面。进入21世纪以来，国外的智能节能照明系统更是得到了快速的发展，2016年3月13-18日的法兰克福照明展上，很多来自世界各地的厂商展示了不同的智能照明的产品，由此可见智能照明的发展前景是备受看好；这次展览的亮点是，荷兰皇家飞利浦在其展位主推了“LightBeyondlllumination”的概念，并发布了配备“DimTone”技术的LED灯等产品，并完整的演示了智能灯光应用于家居生活，包括了饮食、起居、健康、娱乐等多个方面。

伴随着照明行业的高速发展，国际上先后涌现了许多的知名企业，这些跨国公司随后进入中国市场，推动了国内照明行业的快速进步。索博，瑞朗、九州易居是较早进军照明行业的企业。随着智能照明行业的蓬勃发展，涌现了大量的照明企业，实现了灯光控制、节约资源，尤其是计算机行业的加入，智能照明逐渐趋于成熟。

3 结论

在新时代的背景下，智能节能照明系统的应用逐渐广泛，智能照明产品是一种新的科技，它将成为未来的趋势。伴随着智慧城市的崛起，智能节能照明系统将被很大程度的推行，以创造多元化的智能照明价值，提升照明技术以满足市场的需求。不管是对于企业还是中国消费者，智能节能照明都会带来无限的可能，我们可以尝试成为未来智能节能照明的引领者，开创智能节能照明的先河。犹记得金马在《21世纪罗曼司》的一句话“如若说，当创新尚属于人类个体或群体中的个别杰出表现时，人们循规蹈矩的生存姿态尚可为时代所容，那么，当创新将成为人类赖以进行生存竞争的不可或缺的素质时，依然采用一种循规蹈矩的生存姿态，则无异于一种自我溃败”。当下的照明产业正处于转型升级的关键时刻，物联网、信息化技术将会逐渐催生智能照明产业，未来照明将会成为物联网服务中的一环，蕴含着巨大的商业价值。在智能节能照明系统的研究中，创新依然成为一种趋势，激流勇进，方能书写新的篇章。

[1]周武斌. ZigBee 无线组网技术的研究[D].长沙: 中南大学， 2009.

[2]黄磊，付菲，闵华松.基于ZigBee 技术的智能家居方案研究[J].微计算机信息，2009.

2018年省级大学生创新训练计划项目（项目编号：201810191104）。