基于CC2530夜起照明系统的实现

王青青 袁海潮

摘要：本项目主要是将ZigBee无线通信技术、传感器检测技术应用到大众家居中，使用传感器实时采集相关数据信息。采用ZigBee技术实现WSN通信，无须布线，实现灵活，不需要对传统的照明线路进行全面的改造，无须更换开关，并且在不影响传统照明系统的基础上实现对夜起智能照明，为老年人的夜起提供很大的便利。且本系统拥有感应自动照明、节能、管理简单、成本负担小等特点，易进入人们生活中，并且拥有非常广阔的应用前景。

关键词：ZigBee无线通信技术;CC2530;传感器;WSN通信

中图分类号：TP3      文献标识码：A      文章编号：1009-3044（2018）35-0259-03

智能照明系统，是一个集多种照明控制方式、现代数字控制技术和网络技术于一体的控制系统，目前智能照明系统主要有以下几种：1）有线智能控制系统;2）电力线路载波（Power Line Communication）;3）无线智能照明系统。智能照明系统是随着计算机、传感器、通讯、网络与自动控制技术而发展起来的综合技术，极大地方便了人们的日常生活，并且实现照明的自动化、场景化、节能化。随着老龄化的增长，独居老人也变得越来越多，由于老年人在夜起时行动不便，带来很多不便。针对这一现状，实现一套夜起智能照明系统。通过ZigBee无线通信技术，实现夜起自动照明系统，以解决生活中遇到的问题，并且将传统的人工开关照明转变为自动开、关照明，以用来使系统能够最大限度地节约能源的损耗。

1 本项目的目的与意义

1.1 项目简介

智能照明是随着计算机、传感器、通讯、网络与自动化控制技术而发展起来的综合技术。近几年来随着老龄化社会的到来，我国老龄化愈来愈严重，独居老人也越来越多，很多老年人的生活行动不是很方便，特别是在夜间起居，给他们平时的生活带来很多困扰。本项目实现的夜起自动照明系统，可以实现夜间起床时自动开灯照明，以用来解决老年人夜间起床开灯不便的问题。当晚上夜起的时候，通过传感器和ZigBee无线通信技术，实现夜间起床自动开关照明。

1.2 项目的市场前景

随着现代化科技技术的进步，自动化产品已经进入人们的生活环境，智能照明系统作为智能家居系统的一个分支，拥有着自动感应、自动照明、节能、管理简单、成本负担小、易进入人们生活中的优势。本项目面向大众家居，进行研究和开发，可以成功完成一种成本较低的夜起智能照明系统，适合有老年人的家庭、养老院、福利院等住所，在即将步入老龄化社会的今天，有着广阔的应用前景。

2 项目研究内容总体

2.1 项目的科技创新

物联网技术、智能家居发展十分迅速，但现阶段对于大部分家庭来说还是采用传统的照明。此项目的科技创新主要是将ZigBee无线通信技术、传感器检测技术应用到大众家居，设计上使用传感器实现采集相关信息，采用ZigBee技术实现WSN的通信，无须布线，实现过程灵活，无需对传统的照明线路进行全面的改造、无须更换开关，在不影响传统照明系统的基础上实现夜起智能照明，为人们的生活特别是老年人的生活带来极大的便利。

2.2 项目相关的技术与知识

一般而言，智能照明系统中最核心的部分是系统中所使用的协议，根据不同的环境采用不同的协议会对照明系统效果影响很大，因此，国内外众多学者对其做了大量研究，经查阅大量的文献资料，总结常用的几种协议有：C-Bus 协议、Dynet 协议、DALI 协议和 ZigBee协议。

本项目主要采用ZigBee协议：此协议就是通常使用的IEEE802.15.4协议，该技术是国际性统一的技术标准，能够在较短的距离和时间上使用无线通信技术，其中主要是应用到PHY和MAC，此外网络侧主要使用该项技术的结合和联盟制定而成，应用层使用自己的需要，对自身的开发和利用，从而对于该项技术使用提供相应的灵活和激动的形式。该项技术的主要优点在于采用一种独特的加密办法，对传输的数据信息进行加密处理，较为容易地应用、成本低、功耗低、使用2.4GHz，采用扩频技术。

2.3 项目重点解决的关键技术问题

1） 选择合适的芯片和电气接口进行硬件模块的设计，包括发送模块和接收模块;

2） 硬件中所有功能模块驱动程序的编写和调试，如WSN监测节点的驱动和无线通信等。

3 项目实施

通过ZigBee无线通信技术，无须布线，在卧室中安装光敏，通过光敏对光强度检测，在床边安装带有压力传感器的终端节点，通过压力传感器实时监测有没有人下床，将采集到的信息通过无线发送到协调器节点，发送开灯命令，从而点亮卧室及卫生间灯。卫生间节点通过红外传感器监测红外信号，当离开洗手间上床后，监测不到红外信号，延时一段时间自动关灯，并且发送无线信号到卧室，自动关灯。

系统的结构简介，实施布设简单，不需要对传统的照明系统进行改造，能够充分利用现有的资源。系统结构图如图1所示：

通过光敏传感器检测室内光照度，若有光则不开灯，若无光则是夜间关灯的情况，随之压力传感器检测压力值，从而在夜间智能控制灯光的开关。当夜间需要起床时，用脚踩到床边，床边的压力传感器受压，通过ZigBee发送开灯信号，卧室的灯光开启，随之卫生间的灯光也开启，方便使用。自动开灯流程图如圖2所示：

卫生间节点会在设定的夜间时间段内通过红外传感器监测红外信号，当离开洗手间上床后，检测不到红外信号，延时5分钟自动关灯，并发送无线信号到卧室，自动关灯，自动关灯流程图如图3所示。

4 系统调试及分析

4.1 调试目的

通过床两边地毯上安装的压力传感器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的光照值，如果有光照值（白天或者有灯亮），则不做任何处理;如果判断是夜晚，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。当上完洗手间回到床上睡觉后，洗手间的ZigBee节点会通过红外传感器监测有没有人，如果监测不到人，洗手间的灯则会自动关闭，同时通过ZigBee发送消息到卧室，卧室的灯也会自动关闭，用来调试系统功能的实现。

4.2 系统整体搭建

协调器：每个zigbee网络只允许有一个zigbee的协调器，协调器首先选择一个信道和网络标识（PAN ID），然后开始这个网络.因为协调器是整个网络的开始，它具有网络的最高权限，是整个网络的维护者，还可以保持间接寻址用的表格绑定，同时还可以设计安全中心和执行其他动作，保持网络其他设备的通信[12]。

终端：Zigbee终端节点是具体执行的数据采集传输的设备。

系统整体搭建如图4所示：

4.3 自动开灯的调试

根据自动开灯的功能设计，分为两种情况：

第一种情况当卧室的光敏传感器检测到无光照时，通时地毯上的压力传感器感  受到压力值时（本系统设置为大于1kg时），然后发送开灯命令，卧室的灯和洗手间的灯将亮起。如图5所示：

第二种情况卧室的光敏传感器检测到有光照时，无论压力传感器是否受到力，卧室的灯和洗手间的灯都不做处理。如图6所示：

4.4 自动关灯的调试

灯光打开情况下，洗手间节点上的红外传感器一直监测红外信号，当监测不到红外信号时，说明人已经离开洗手间继续睡觉去了，这时开始计时，当计时到一定时间后，自动关闭洗手间的灯，并发关灯信号到卧室。灯光开灯状态和自动关灯状态如图7、图8所示。

5 结论

智能照明系统，它是一个集多种照明控制方式、现代数字控制技术和网络技术于一身的控制系统，本项目主要利用传感器和ZigBee无线通信技术实现了智能照明的效果，系统的每个控制单元所发出的控制信号都以无线电波尽享传输，各个系统控制单元接收这些传播信息，然后根据系统通讯协议的规定执行相应的动作，从而实现智能网络控制。对于ZigBee系统可以使用电池供电，不用连接电源线，使用非常灵活方便，同时也降低了用户的总体应用成本。经过这次实验，成功地调试了系统设计的功能，达到了我们实验的目的。

参考文献：

[1] 徐容明.Zigbee通信技术在配电网自动化中应用的可行性[J].电网技术，2008（S1）.

[2] 聚焦综合布线系统在不同建筑类型中的应用[J].智能建筑与城市信息，2009（2）.

[3] 黎連业，单银根，向东明.综合布线系统弱电工程设计与施工技术[M].电子工业出版社，2010.

[4] 郝文化.网络综合布线实用教程[M].北京：机械工业出版社，2010.

[5] 刘宪英.中学生孝道教育研究[J].山东师范大学， 2008.

[通联编辑：张薇]