基于ZigBee的夜起自动照明系统

孙玉龙　王青青　朱锋　王肖肖

摘要：基于国内没有这种智能照明系统来改善独居老人的生活，设计这种智能照明系统，通过床两边地毯上安装的压力传感器实时监测有没有人踩在上面，当有压力时，同时判断光敏传感器所采集到的光照值，如果是有光照值（白天或者有灯亮），则不做任何处理；如果是判断是夜晚，则立刻通过ZigBee无线通信向卧室、洗手间的节点发送开灯命令，自动打开卧室、洗手间的灯。当上完洗手间回床上睡觉后，洗手间的ZigBee节点会通过红外传感器监测有没有人，如果长时间监测不到人，则自动关灯，同时通过ZigBee发送消息到卧室，卧室灯也自动关闭。

关键词：ZigBee，照明，传感

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2017）02-0237-03

Automatic Lighting System Based on ZigBee Night

SUN Yu-long，WANG Qing-qing ZHU Feng， WANG Xiao-xiao

（Xuzhou Industry Professional Technology Institute， Xuzhou 221140， China）

Abstract： based on the domestic no this kind of intelligent lighting system to improve the lives of old people who live alone， the intelligent lighting system design， through the pressure sensor real-time monitor of the bed on both sides of the carpet installation does anyone on the above， when there was pressure， at the same time light collected by the value judgment photosensitive sensor， if there is a light value （or lights） during the day， do not do any processing；If it is a judgment is night immediately by ZigBee wireless communication to the bedroom， the bathroom node sends the lights command， automatically open the bedroom， the bathroom light.When back to bed after he go to the bathroom， bathroom ZigBee node through infrared sensors to monitor anyone， if less than one for a long time monitoring， automatically turn off the lights， at the same time through the ZigBee sends a message to the bedroom， the bedroom lights also automatically shut off.

Key words： ZigBee； lighting； sensor

近年來，我国老龄化越来越严重，独居老人越来越多，很多老人行动不便，特别是夜间起居，这给他们平时的生活带来很多困扰。针对这类问题，我们研究出了一套夜起自动照明系统的方案。它将需要人为开关的传统照明系统转换成智能化管理，大大提高用户对生活起居的需求。

1 系统总体设计

1.1 Zigbee创新特色

ZigBee技术是近期新兴起来的一种近距离无线通信技术。该技术具有简单、低功耗、延时短、速率低、低成本等特点。

夜起自动照明系统利用ZigBee无线通信技术，通过床两边地毯上安装的压力传感器进行检测是否有人踩在上面：当有压力时，同时判断光敏传感器所采集到的光照值，如果是有光照值（白天或者有灯亮），则不做任何处理；如果是判断是夜晚，则立刻通过ZigBee无线通信向卧室、洗手间的节点发送开灯命令，自动打开卧室、洗手间的灯。

当上完洗手间回床上睡觉后，洗手间的ZigBee节点会通过红外传感器监测有没有人，如果长时间监测不到人，则自动关灯，同时通过ZigBee发送消息到卧室，卧室灯也自动关闭。这种夜间自动照明系统不需要发出任何声响，不会影响到其他人，同时无需布线，实施起来比较方便，只需对现有的照明设备做一些升级就能轻松实现，具有很强的实际应用意义。

1.2夜起自动照明系统结构图

本系统主要是采用传感器检测技术和ZigBee无线通信技术，不需要布置线路，只需要在床两边的地毯上安装带有压力传感器和光敏传感器的终端节点，通过传感器采集压力值、光照度值，并进行处理：

1） 无光照有压力（夜晚起床），则利用ZigBee无线通信发送控制命令，打开卧室和洗手间的灯。

2） 有光照（白天或是有灯光），不管有没有压力，都不做处理。

系统的总体结构如图1所示。

2 系统的硬件设计

2.1 ZigBee无线芯片的选择

CC2530是由Chipcon公司生产的第一款符合ZigBee标准的2.4GHz射频体系单片机。它整合了CC2530中高性能的RF收发组件和一个符合工业标准的增强8051内核MCU，具有开发难度低的SoC特性。CC2530结合了Chipcon公司全球先进的ZigBee协议栈、工具包和参考设计，展现了领先的ZigBee解决方案，同时也适用于zigBee以外2.4GHz频率的其他设备。CC2530芯片具体的特性如下：

（1）高性能、低功耗的8051微控制器内核；

（2）适用2.4GHzIEEE802.15.4的RF收发器；

（3）电源电压范围宽：2.0-3.6V；电流消耗小：RX为24mA，TX为29mA，休眠模式下为1uA，待机模式下为0.4uA；

（4）具有8路124位ADC；

（5）高级加密标准（AES）协处理器；

（6）硬件支持避免冲突的载波侦听多路存取（CSMA-CA）；

（7）IEEE802.15.4MAC定时器，3个通用定时器（1个16位，2个8位）；

（8）支持数字化的接收信号强度指示器/链路质量指示（Rssl/LQI）；

CC2530采用6mmX6mmQFN封装，共有40个引脚。其顶部视图如图2

2.2 ZigBee无线通信模块设计

终端节点和协调器节点都是基于zigBee的无线通信模块。这两类节点只有在功能上不同，其硬件结构相似。无线通信模块的硬件结构框图如图3 所示。其中终端节点根据功能需要连接了压力传感器、光敏传感器、红外传感器，传感器采集到的数据经过信号处理电路后接到CC2530引脚，CC2530通过射频天线发送给协调器节点。

2.3 压力传感器

压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器，它可以检测气体、液体、固体等所有物体间作用力。常用于工业实践、仪表仪器控制，涉及生产生活，军事，交通运输等众多行业。

压力传感器的形式多样，其中电阻应变式传感器以电阻应变计为转换元件的电阻式传感器。电阻应变式传感器由弹性敏感元件、应变计、补偿电阻和外壳组成。弹性敏感元件受到所测量的力而产生变形，并使附着其上的电阻应变计一起变形。电阻应变计再将变形转换为电阻值的变化，从而可以测量力、压力、扭矩、位移、加速度和温度等多种物理量。

夜起自动照明系统在整体设计制作过程中，将通过实际的测试，选取与系统相符的压力传感器。

2.4 光敏传感器

光电传感器是在光电系统中将光信号转换成电信号的关键元件，它可以把光信号转换成电信号，可用于检测如光强、光照度等一些直接引起光量变化的非电量。光电传感器具有性能可靠、反应快、结构简单等诸多优点，所以光电传感器广泛应用于现代测量和自动控制系统中。在夜起自动照明系统中采用的是光敏三极管。用光敏传感器来模拟光敏传感器。光敏三极管是光电传感器中响应特性良好、测光范围最广、利用价值最高的一种传感器。它既有光敏二极管能将光信号转换成电信号的功能外，也有对电信号放大的功能。光敏三极管与一般的三级管在外形上相差不大，但是却比其他光敏元件具有更高的灵敏度。所以在夜起自动照明系统中采用的由光敏三级管组成的光电传感器。

2.5红外传感器

红外传感器通常分为热式、和光子式两大类。热式红外传感器是利用红外线的热效应，当热式传感器的敏感元件吸入照射进来的红外辐射后，其温度就会发生相应的变化，进而引起传感器敏感元件的相关物理参数发生相应变化。光子式红外传感器是利用红外辐射的光子效应而进行工作的传感器。光子效应，就是指当有红外线到射到某些半导体敏感元件上时，红外辐射中的光子流与半导体材料中的电子相互作用，改变了电子的能量状态，从而引起各种电学现象。夜起自动照明系统中主要采用热式红外传感器。它本身不发任何类型的辐射，器件功耗很小，隐蔽性好。价格低廉。而且它的波长灵敏度与人体辐射的红外线中心波长在同一范围内，极易适合人体红外辐射的探测，在夜起自动照明系统中主要探测人体红外辐射。

3 软件设计

根据夜起自动照明系统的功能分析，其软件流程如下所示：

3.1 ZigBee网络组建流程

终端节点主要是传感器数据的采集和发送，数据的发送必须基于ZigBee无线网络的组建，ZigBee节点启动及入网流程如图7和圖8所示。

4 结论

本文基于ZigBee无线通信技术，程序简单，设计了一种智能的夜起自动照明系统，一定程度上改善了老年人起床开灯不方便的问题。在传统照明设备基础之上进行升级优化，使生活智能化，提升了家居的便利性，

参考文献：

[1] 王春燕.基于ZigBee的自动照明系统在智能家居中的应用[J].自动化应用， 2011（10）：41-43.

[2] 裴丽群.基于ZigBee的无线照明系统的研究与设计[D].上海交通大学， 2008.