摘要：針對目前室內傳統照明電能浪費、布線麻煩、系統安裝成本高等諸多問題，設計了一種基于ZigBee技術的無線智能照明系統。該系統采用集射頻與微控制器為一體的片上系統CC2431作為ZigBee無線網絡的核心器件，并結合TI公司的Z-Stack協議棧來實現對室內所有燈節點的單控、全控、開關控制、256級調光控制以及情景模式轉換等功能，同時提出了一種室內多個LED燈節點對定點精確調光的方案，從而達到使照明系統更加人性化、安全和節能的設計目的。

關鍵詞：無線網絡；ZigBee；智能照明系統；CC2431

0 引言

隨著現代科學技術的發展和人們生活水平的提高，智能家居、家庭自動化等早已為大眾所熟知，而智能照明系統作為家庭自動化的應用之一，具有廣闊的應用前景。目前，傳統照明存在著一系列缺點，如發光效率低、使用壽命短、布線麻煩、系統可擴展性差，遠遠不能滿足現代社會對高效、自動化和節能照明技術的現實需求。針對傳統照明系統的不足，采用無線通信技術是實現智能照明系統的理想選擇。Zjg Bee技術作為一種新興的近距離無線通信技術，具有短距離、低功耗、低速率和高可靠性等特點，因而是無線智能照明系統的最佳解決方案。為此，本文設計了一種基于ZigBee無線網絡技術的智能照明系統，該系統采用ZigBee無線網絡定位技術，房間內的每個照明設備就是一個無線節點，系統可實現自組網，無線遙控節點可以整體對室內照度設置幾種默認的工作模式和整體任意調節亮度，也可以選擇任何單個燈節點進行照度調節以及開關控制；將遙控節點放在室內某一位置，并設置一定的照度值，該位置就能達到相應的照度值，而不影響其他區域的照度，從而實現對室內照明的智能控制。

1 ZigBee技術

ZigBee是一種新興的短距離、低功耗、低數據率的無線組網通信技術，ZigBee技術是介于無線標記和藍牙之間的技術方案工作組，主要用于近距離無線連接，而且具有自己的無線電標準，即IEEE 802．15．4(ZigBee)技術標準，這是IEEE無線個人區域(Personal Area Netwo rk，PAN)工作組所規定的一項標準。ZigBee技術主要具有低功耗、短延時、短距離、高安全、低速率、覆蓋范圍廣、網絡容量大等特點，并且具有廉價的市場定位，非常適合在照明系統中應用。一個基于ZigBee的無線個域網(WPAN)能支持高達254個節點。如果外加一個全功能器件，也可實現雙向通信。ZigBee采用自組網方式實現組網，在整個網絡范圍內，節點之間以接力的方式通過無線電波來實現通信，通信效率非常高。

2 系統硬件設計

2．1 無線節點模塊

本系統中的無線節點模塊采用的微控制器為CC2431。CC2431是TI公司推出的帶硬件定位引擎的片上系統(SoC)解決方案，能滿足低功耗ZigBee／IEEE 802．15．4無線網絡應用需要。CC2431內部集成有增強型8051和2．4 GHz DSSS(直接序列擴頻)RF射頻收發器核心，因而所需要的外圍元件很少，具有優良的無線接收靈敏度和強大的抗干擾性能。處于休眠模式時，整個芯片的流耗小于0．9 μA，可從硬件上支持CSMA／CA機制，還集成有ADC、AES安全協處理器和USART等片上外設及豐富的I／O 口資源。無線節點模塊的硬件結構框圖如圖1所示，圖中，微控制器輸出的PWM控制信號經過光耦隔離控制接口后，再通過調光模塊或繼電器，就可以實現LED照明燈的開關、256級調光等功能控制。

2．2 LED調光模塊

系統中的LED驅動電路原理圖如圖2所示，其中的HV9910是一個高效PWM LED驅動控制集成電路，它使用高壓隔離連接工藝，能經受高達450 V的浪涌輸入電壓的沖擊，它在輸入電壓從直流8～450 V范圍內，部能有效驅動高亮LED。該芯片能以高達300 kHz的固定頻率驅動外部OSFET，其頻率由外部電阻設置決定。為了保證亮度恒定并增強LED的可靠性，外部高亮LED串采用恒流控制方式，其恒流值由外部取樣電阻值決定，變化范圍可以從幾毫安到1 A。一個LED串的輸出電流可以被設定在0到它的最大值之間的任何值，且由輸入到HV9910的線性調光器的外部控制電壓所控制。另外，HV9910也提供有一個低頻的PWM調光功能，能接收外部幾千赫茲的控制信號，以使在0～100％的占空比下進行調光。

2．3 無線遙控模塊

遙控模塊是ZigBee網絡中所需要的無線手持設備，可自動搜尋ZigBee設備，并加入到網絡中建立通信關系，使自己成為其中的一個節點，進而對整個照明系統進行遙控。遙控節點硬件框圖如圖3所示，遙控節點將鍵盤信息傳至網絡協凋器后，網絡協調器將響應相應的控制狀態，并發送至終端無線節點，最后由終端節點通過調光單元改變照明設備的狀態。另外，遙控器還帶有亮度感測模塊，可用于感測現場的亮度信息。系統中的12864液晶模塊用于顯示網絡狀態信息，電源部分采用電池供電。