基于Jennet-IP的智能照明系统设计

王　慧

（成都师范学院 网络与信息管理中心，四川　成都　611130）

基于Jennet-IP的智能照明系统设计

王慧

（成都师范学院 网络与信息管理中心，四川成都611130）

文章旨在设计一个以恩智浦半导体公司的JN5168芯片为核心，结合Jennet-IP协议的无线智能照明系统。该系统在控制终端与各照明节点之间构建无线通信网络，用户可以通过控制终端实时控制各照明节点并能实时监控各节点的状态，如电压、电流和温度等。文章分析了系统的工作原理、硬件架构和软件设计。实验结果表明，该系统具有误包率低、稳定、可靠和成本低等优点，实现了照明系统的网络化管理。

智能照明；Jennet-IP；无线通信；网络化

随着网络技术和通信技术的快速发展和人们生活水平的提高，智能家居早已为大众所熟知，而智能照明系统作为智能家居的重要组成部分，具有广泛的应用前景。目前，传统照明还存在着一系列缺点，如发光效率低、使用寿命短、布线麻烦和系统可扩展性低等，远远不能满足现代社会对高效、自动化和节能照明技术的现实需求。

近年来，近距离无线通信技术得到了相当迅猛的发展，常见的有WiFi，蓝牙（Bluetooth），ZigBee和Jennet-IP等技术。WiFi的主要用途是接入无线网络，提供高达几十兆的网络速度，但这是以牺牲低功耗为代价，限制了它在工业场合的应用和推广；蓝牙是一种一对多的无线传输技术，但其存在着传输距离近和组网能力差的缺点；ZigBee是一种基于802.15.4的物理层协议，支持自组网、多点中继，可实现网状拓扑的复杂的组网协议，加上其低功耗的特点，使得网络间的设备能各司其职，有效地协同工作，但是其存在授权收取专利费的问题，开发成本较高。

Jennet-IP协议是由恩智浦半导体开发的一种无线网络协议栈，其适用于住宅、商业和工业等物联网应用，是一种以IEEE 802.15.4标准为基础的超低功耗网络设计。Jennet-IP最多接入500个终端设备，具有网络自修复、功耗超低、远距离传输，成本低和安全性高等特点，与ZigBee相比，Jennet-IP可以随意组建私有网络而无须授权，在缩短了认证时间及步骤的同时也节省了授权认证费用。

1　系统架构

本文所设计的无线智能照明系统由基于Jennet-IP协议的无线网络和电脑、手持终端设备组成，以恩智浦公司的JN5168为核心，实现对LED照明的亮度控制以及温度、运行时间的采集。网络协调器是Jennet-IP网络的创建者，允许其他节点加入。路由节点能加入到网络协调器或者是其他路由节点，也允许其他路由节点或者是终端节点加入，其能转发数据，起到中继传输的作用，不能进入睡眠模式。终端节点同样能加入到网络协调器或路由节点，但是不允许其他路由节点或是终端节点加入，可以进入睡眠模式。本文中，路由节点和终端节点的硬件电路完全一样，故着重于路由节点部分的设计。

2　硬件设计

路由节点由电源单元、无线收发单元、数据处理单元、调光单元和温度采样单元等几部分组成。电源单元实现220V交流电到15V直流电和3.3V直流电的转换；无线收发单元实现控制数据的接收和监控数据的反馈；数据处理单元对接收/监控到的数据进行处理；调光单元通过对脉宽调制信号（Pulse Width Modulation，PWM）进行处理以实现对LED的亮度控制；温度采样单元通过数字温度传感器DS18B20获取环境温度。

无线收发单元和数据处理单元采用恩智浦公司的无线处理芯片JN5168实现，该芯片内嵌高性能32位RISC处理器，带256kB嵌入式内存，32kB RAM和4kB EEPROM，并且集成了各种模拟和数字外设。同时，该芯片集成兼容2.4GHz IEEE802.15.4标准的射频收发器，支持JenNet-IP和ZigBee等多种无线网络协议栈。

为了兼容市面上的大部分LED控制接口，调光单元提供了电平输出和PWM输出两种接口模式，其中电平输出是使用LT1006对JN5168输出的频率为50KHz的PWM信号进行调制，从而将其转换为0～10V的电平信号，PWM输出则是对JN5168输出的频率为500Hz的PWM信号进行了电平放大（幅度放大到10V，JN5168的输出电平仅为3.3V）和驱动增强，两种输出接口的实质都是通过调整PWM的占空比来实现对LED的亮度调整。数字温度传感器DS18B20采用独特的单线接口方式，其仅需要占用JN5168的一个端口即可完成两者之间的双向通讯。

3　软件设计

路由节点的主要功能为通过Jennet-IP协议栈接收用户指令调节LED的亮度并监控LED的工作状态，其还具有中继数据传输的功能。路由节点的工作流程如图1所示。

图1　路由节点工作流程

路由节点在完成设备初始化后会在指定的网络参数要求下选择加入网络。在Jennet-IP协议中，协调器所发起的网络标识和路由节点的网络标识必须一致才能加入网络，在成功加入网络后，路由节点的协议栈会产生一个E_STACK_ JOINED事件并获得一个由协调器分配的IPV6地址。

LED的控制/监控数据结构体为：

typedef struct｛

uint8u8OnOff，// 开关控制

uint8u8Level，// 亮度控制

uint32 u32RunTime，// 运行累计时间

foatfTemperature，// 温度采集

｝ tsMibledControl

LED的亮度变化通过阶梯式修改PWM的输出占空比来实现，这样在亮度变化较大时避免出现亮度突变的情况同时也提高了人眼的舒适度；当LED的亮度参数不为0时，本文对其运行时间的进行累加统计，以小时为单位，有助于预测LED的寿命；温度采集每分钟进行一次，设置采样精度为0.25℃，其采样流程如图2所示。

图2　DS18B20温度采样流程

本系统还实现了LED的分组功能，多个路由节点/终端节点可以分配到同一个多播地址，实现对多个LED的一键控制，并且每个节点可以分配最多8个不同的多播地址，可以方便快捷地实现情景模式。

4　结语

本文基于Jennet-IP实现了无线智能照明系统，用户可以通过电脑或手持终端等设备对照明系统进行控制，可以实现定时控制和情景分组等功能，可以广泛地应用于家庭、会议室和停车场等领域。另外，本系统通过接入光照传感器实现了亮度的自动控制，接入微波传感器或者红外传感器实现“人在灯亮，人走灯灭”的功能，从而达到节能减排的目的。

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［3］王云岗.基于无线网络的智能家居组网研究与实现［D］.绵阳：西南科技大学，2015.

［4］杨小天，王利琦，郭亮.浅析我国智能家居现状及未来［J］.建筑知识：学术刊，2015（B01）：117.

Design of intelligent lighting system based on Jennet-IP

Wang Hui
（Network and Information Management Center of Chengdu Normal University， Chengdu 611130， China）

The purpose of this paper is to design a wireless intelligent lighting system taking NXP semiconductor JN5168 chip as the core and combined with Jennet-IP protocol. Which constructs wireless communication network between the control terminal and each illumination node. The user can control each illumination node and monitor the status of each node， such as voltage， current and temperature through the control terminal. This paper analyzes the working principle of the system， the hardware architecture and software design. Experimental results show that the system possesses characteristics such as packet error rate is low， stable， reliable and cost is low，implementing the network management of illumination system.

intelligent lighting； Jennet-IP； wireless communication； networking

王慧（1981— ），女，四川成都，硕士，助理研究员；研究方向：电子信息技术。