淺析zigbee無線通信技術在智能照明系統(tǒng)中的應用

1、<p>　　淺析ZigBee無線通信技術在智能照明系統(tǒng)中的應用</p><p>　　摘要：文章首先就ZigBee無線通信技術的主要應用優(yōu)勢進行了分析，進而結合安哥拉贊谷市政照明工程實例，針對智能照明系統(tǒng)中ZigBee無線通信技術的應用以及硬件、軟件設計的注意事項進行了綜合分析與探討，希望能夠為后續(xù)同類工程的開展提供一定的參考與借鑒。 </p><p>　　關鍵詞：無線通信 Zig

2、Bee技術 智能照明系統(tǒng) 應用 </p><p>　　當前的智能照明控制系統(tǒng)多基于有線模式，雖可達到控制效果，但施工布線比較復雜，系統(tǒng)擴展性較差，投入使用后即較為固定，難以移動。因此，為了提高智能照明系統(tǒng)的可移動性、可拓展性，就需要將智能控制建立在無線通信基礎上，發(fā)揮ZigBee等技術的無線通訊優(yōu)勢，從而與智能照明系統(tǒng)的發(fā)展趨勢良好配合。 </p><p>　　1 ZigBee技術無線通信

3、技術優(yōu)勢分析 </p><p>　　ZigBee技術是一種基于雙向的無線通訊技術。此種技術的應用優(yōu)勢體現(xiàn)在：傳輸功耗低、傳輸成本低、傳輸設備簡便等。同時，在ZigBee技術支持下所對應的移動設備相對更加的固定與便攜。從數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕嵌壬蟻碚f，可將ZigBee技術作用于間隔距離較短、運行功耗較低的電子設備數(shù)據(jù)傳輸領域，或者是數(shù)據(jù)周期性、間歇性傳輸作業(yè)。當前技術條件支持下，ZigBee技術所對應的數(shù)據(jù)傳輸模塊與常規(guī)意義

4、上的移動網(wǎng)絡基站有一定的相似性，但其通訊距離范圍擴展至75米乃至百米以上單位。 </p><p>　　在將無線通信技術融入智能照明系統(tǒng)領域的過程當中，主要采用的無線通信技術包括以下幾種類型：其一為基于WiFi的數(shù)據(jù)傳輸技術；其二為基于藍牙的數(shù)據(jù)傳輸技術；其三為基于ZigBee的數(shù)據(jù)傳輸技術。從協(xié)議標準的角度上來說，WiFi傳輸以802.11a.b.g為標準通訊協(xié)議，藍牙技術以802.15.1為標準通訊協(xié)議，而Zi

5、gBee技術則以802.15.4為標準通訊協(xié)議；從占用系統(tǒng)資源的角度上來說，WiFi技術系統(tǒng)資源可達到1.0 M以上，藍牙技術系統(tǒng)資源可達到250.0 Kb以上，而ZigBee技術系統(tǒng)資源可達到50.0～60.0 B左右；從支撐網(wǎng)絡節(jié)點數(shù)量的角度上來說，WiFi技術對應網(wǎng)絡節(jié)點數(shù)為32個，藍牙技術所對應網(wǎng)絡節(jié)點數(shù)為7個，而ZigBee技術對應網(wǎng)絡節(jié)點數(shù)則為65536個；從最大通信距離的角度上來說，WiFi技術支持最大通訊直線距離為100

6、.0m，藍牙技術所支持最大通訊直線距離為10.0m，ZigBee技術所支持最大通訊直線距離為100.0m以上。 </p><p>　　綜合以上分析可知：以上三種無線通信技術均具有其獨特的優(yōu)勢，適用于不同的工作環(huán)境及領域。而在智能照明系統(tǒng)領域中，考慮到整個運行系統(tǒng)中的節(jié)點數(shù)量較多，而在光源控制的過程當中對網(wǎng)絡容量要求較大，且需要最大限度的節(jié)約功耗，建議在智能照明控制系統(tǒng)中基于ZigBee技術完成組網(wǎng)設計。 <

7、/p><p><b>　　2 工程概況 </b></p><p>　　安哥拉贊谷8000套市政電力及基礎道路照明工程項目由中信建設EPC總包。本項目位于首都羅安達省ZANGO地區(qū)，項目占地面積416公頃。工程內(nèi)容包括8000套公寓、5所幼兒園、4所小學和3所中學及配套的市政基礎工程，總居住戶數(shù)8000戶，總居住人數(shù)約48000人。 </p><p>

8、;　　道路采用桿式照明，大市政道路照明采用的路燈類型有：16米三頭路燈、16米雙頭路燈、12米單頭路燈、9.5米單頭路燈、8米雙頭路燈和8米單頭路燈等。小市政道路照明采用4.5米單頭庭院燈及3.5米單頭庭院燈。大小市政路燈總量4480余套，整個系統(tǒng)設智能照明調控裝置，優(yōu)化電力質量，進行多時段節(jié)能電壓設置并能實時穩(wěn)壓、控壓，從而起到節(jié)電的效果，且不產(chǎn)生高次諧波，對電網(wǎng)無污染。結合本道路照明系統(tǒng)實際需求，引入ZigBee技術進行系統(tǒng)設計，現(xiàn)

9、就硬軟件應用要點展開探討。 </p><p>　　3 智能照明系統(tǒng)硬件設計分析 </p><p>　　在對系統(tǒng)芯片進行選擇的過程當中，基于對ZigBee技術的維護需求，要求芯片滿足以下幾個方面的性能要求：其一，成本低廉；其二，能耗水平低；其三，集成水平高；其四，電壓水平低。綜合以上要求，選取CC2430芯片作為優(yōu)選方案。在當前的技術條件支持下，本芯片建立在CMOS工藝基礎之上形成，元器件需

10、求較少，運行功耗低。且，芯片內(nèi)部設置有基于數(shù)字直接序列的擴頻調制解調模塊，該模塊在正常運行狀態(tài)下可實現(xiàn)的擴頻增益水平為9.0dB，同時設置基于ZigBee技術的協(xié)議棧。 </p><p>　　整個ZigBee技術支持下智能照明系統(tǒng)硬件結構設置為網(wǎng)絡拓撲結構模式。整個智能照明系統(tǒng)網(wǎng)絡節(jié)點由協(xié)調器設備、以及終端節(jié)點設備兩個模塊構成。其中，對于協(xié)調器設備而言，其具有基于802.15.4 ZigBee技術所對應的全部協(xié)議

11、棧內(nèi)容，因而可以作為全功能設備應用。結合實踐經(jīng)驗來看，一般來說一個完整的ZigBee協(xié)議棧所占用空間為32.0KB，而在以上器件的配合運行下，儲存空間可降低至4.0KB，達到節(jié)約成本的目的。 </p><p>　　其一，從協(xié)調器硬件設計的角度上來說，考慮到協(xié)調器需要負責完成包括網(wǎng)絡維護、數(shù)據(jù)傳輸、指令傳輸、系統(tǒng)管理、以及運行監(jiān)測在內(nèi)的多個方面的工作任務，因而功耗相對較高，為了確保其運行的持續(xù)性與穩(wěn)定性，要求在硬件

12、設計期間，通過外接電源的方式，確保供電可靠。同時，建立在USB接口之上實現(xiàn)與PC機的可靠聯(lián)通。具體而言，協(xié)調器的硬件設計結構如下圖所示（見圖1）。 </p><p><b>　　■■ </b></p><p>　　其二，從終端節(jié)點硬件設計的角度上來說，通過安置光照傳感器的方式，可及時檢測環(huán)境中的光照強弱。硬件系統(tǒng)要求：在熱釋電傳感器檢測所覆蓋區(qū)域內(nèi)無人的情況下，可執(zhí)行

13、關閉照明燈具。同時，若感知光線亮度過大，可通過光傳感器度亮度進行調整。建立在ZigBee網(wǎng)絡支持下，要求面向各個燈節(jié)點進行信息傳輸控制。具體而言，終端節(jié)點的硬件設計結構如下圖所示（見圖2）。 </p><p>　　4 智能照明系統(tǒng)軟件設計分析 </p><p>　　首先，從協(xié)調器裝置的角度上來說，在基于ZigBee技術所構建的智能照明系統(tǒng)當中，協(xié)調器所具備的兩大關鍵功能為：①構建網(wǎng)絡支持運

14、行；②網(wǎng)絡管理。在構建基于ZigBee網(wǎng)絡，并按照智能照明系統(tǒng)實際需求，對網(wǎng)絡地址進行分配，對綁定列表進行維護的過程當中，要求協(xié)調器裝置通過掃描空閑信道的方式創(chuàng)新網(wǎng)絡，并基于獨立掃描程序，保障連接設備能夠自動加入新創(chuàng)建網(wǎng)絡。按照此種方式，整個協(xié)調器裝置所對應的軟件設計結構如下圖所示（見圖3）。 </p><p>　　其次，從終端節(jié)點軟件設計的角度上來說，其在智能照明系統(tǒng)當中的主要工作任務為：接受由協(xié)調器裝置所發(fā)出

15、的數(shù)據(jù)信息及操作指令，并根據(jù)對數(shù)據(jù)信息的處理結果，要求系統(tǒng)內(nèi)燈具裝置執(zhí)行開關操作。在此基礎之上，操作結果可反饋至協(xié)調器裝置終端節(jié)點上。終端節(jié)點獲取所反饋結果后，使用信道對近鄰的協(xié)調器進行掃描搜尋，申請加入網(wǎng)絡中，合并對系統(tǒng)進行控制。按照此種方式，整個終端節(jié)點裝置所對應的軟件設計結構如下圖所示（見圖4）。 </p><p><b>　　5 結束語 </b></p><p&g

16、t;　　在將ZigBee無線通信技術應用到智能照明系統(tǒng)運行的過程當中，極大程度的節(jié)約了耗電量，且支持多時段的定時性控制，也可基于PC電腦單機實現(xiàn)遠程控制，成本低廉，體現(xiàn)了照明系統(tǒng)的智能化要求，值得在后續(xù)的實踐工作中加以應用與推廣。 </p><p><b>　　參考文獻： </b></p><p>　　[1]陳昌鵬，繆希仁.基于DALI協(xié)議的智能照明系統(tǒng)研究與開發(fā)[J

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