3 ZigBee通信協議設計

　　ZigBee聯盟與IEEE802.15.4的任務小組制定的ZigBee協議棧標準有5層體系組成^[6]，其中應用層由用戶定義。本系統定義的ZigBee通信協議屬應用層，用于用戶遠程控制。遠程控制時，用戶手機發送控制指令到系統主機，系統主機再將該指令轉換成符合表1所示通信協議的格式，通過內嵌的ZigBee網絡協調器將指令發送到各個燈控節點。

4 燈控節點軟件設計

　　燈控節點軟件程序主要由主程序，串口信息處理程序和觸摸按鍵掃描程序組成。

　　主程序在節點上電后首先進行系統初始化，然后循環檢測有無串口信息處理，有無按鍵被按下等事件。主程序流程圖如圖6所示。

　　串口信息處理程序在主程序檢測到接收完成一幀串口信息后被調用。程序首先判斷該幀指令是否為本節點控制指令，然后根據指令要求驅動雙向可控硅的導通或截止，并向主機反饋控制信息。串口信息處理程序流程圖如圖7所示。

　　觸摸按鍵掃描程序是燈控節點軟件設計的難點。按鍵處理初始化在節點上電后主程序中完成，包括振蕩器振蕩頻率設置，定時器T0預分頻器設置以及中斷的相關設置等。按鍵掃描原理如下：首先振蕩器頻率輸出腳在硬件上已經和16位定時/計數器T1時鐘輸入端連接，T1會從0開始計數直至溢出清零后重新計數。軟件上將振蕩器頻率輸出腳映射到某一按鍵焊盤所接單片機引腳，振蕩器便以固定頻率在該按鍵焊盤上振蕩，若有手指觸壓焊盤，振蕩頻率便減小。再設置8位定時器T0提供固定時基測量振蕩器頻率。開始測量時，T0、T1均清零，然后T0計數至溢出中斷，在T0中斷服務函數中讀取T1計數值，與前16次的采樣滑動平均值比較，這樣就完成了對按鈕的一次掃描，如果頻率計數有顯著下降則說明按鈕被按下。最后將振蕩器移向下一個按鈕焊盤掃描。觸摸按鍵掃描程序流程圖如圖8所示。

5 測試結果

　　本文所開發的照明控制系統分遠程控制和現場控制兩種控制方式。對于遠程控制其穩定性主要受系統主機與燈控節點間ZigBee網絡穩定性影響，故采取協調器與燈控節點相距10米距離，協調器連續發送1000條控制指令，每條指令間隔0.5秒，統計燈控節點收包率的方式實現。對于現場控制，采取連續點擊燈控節點面板上觸摸按鈕1000次，每次點擊間隔0.5秒，統計燈光實際受控次數的方式實現。測試結果如表2所示。

　　由測試結果和大數定律可知遠程控制時主機每發送一條控制指令，燈控節點接收到的概率是0.981，若主機連續發送兩條指令，則燈控節點接收到的概率：

　　而現場控制時受控率達到100%。以上實驗結果表明本系統可以有效實現燈光的遠程控制和現場控制。燈光控制效果圖如圖9所示。

6 結束語

　　本文開發了一套基于ZigBee網絡技術和電容觸摸感應技術的智能家居照明控制系統，實現了當用戶外出時，利用手機等移動設備遠程控制家中燈光亮滅和在家時通過觸摸按鍵現場控制家中燈光亮滅的功能。利用ZigBee無線網絡代替有線來搭建家庭局域網，省去了傳統燈控系統中繁瑣的布線工作;利用觸摸按鍵和雙向可控硅代替傳統墻壁開關實現無觸點開關控制，解決了傳統開關觸點易磨損，可靠性隨著時間的延長而降低等問題。

　　該系統在實際批量使用中發現當電網中雜波較多時，觸摸按鍵會發生誤觸發現象。下一步將重點研究如何提高該系統對不穩地電網的抗干擾性。

參考文獻：

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　　[3]徐勇,欒曉明,王丹.基于ZigBee技術的智能照明系統設計[J].研究與開發,2010,29(1):42-45

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