基于ZigBee的智能LED设计

2018-03-20广东工业大学自动化学院王钦若

电子世界 2018年4期

广东工业大学自动化学院王磊王钦若

0 引言

ZigBee作为一种新兴的短距离、低成本、低功耗、低复杂度的无线网络技术，已经广泛应用于智能家居、无线数据采集、消费类电子产品等方方面面。ZigBee 还采用了 IEEE 802.15.4无线标准，具有省电、简单、低成本等特点，并且增加了相应的逻辑网络、网络安全和应用层。Zig-Bee无线目前有3个可使用的频段，分别是2.4GHz的ISM频段、美国的915MHz频段及欧洲的868MHz频段，并且不同频段可使用的信道分别是16、10、1个，现在中国采用的是2.4G频段，是免申请和免使用费的频率。

1 系统总体设计

图1 系统总体设计图

本系统将每个LED灯具都当做ZigBee的一个节点，进行数据采集，当LED节点较多时，路由器负责扩展覆盖面，还负责所在区域LED灯具节点与协调器数据信息转发，协调器负责启动和控制网络，并存储关于网络的信息，包括作为认证中心和和安全密钥的贮藏所，上位机软件即为整个系统的监控软件，通过该软件能更好更直观的体现设计者的设计意图及实时掌握控制系统的状态。

2 硬件电路设计

本系统LED灯具采用的是传统的灯具，要对其进行控制，ZigBee硬件电路中就必须增加一个继电器，因此继电器电路设计是本设计的核心，继电器是一种电子控制器件，是用较小电流控制较大电流的一种“自动开关”。图2所示是继电器硬件电路，通过控制节点 1 的按键 S1 控制发送数据给协调器。协调器在接收到信号后执行控制继电器指令，从而控制台灯。整个过程在协议栈Z-STACK的SampleApp.eww上完成。

3 软件设计

图2 继电器硬件电路图

图3 软件设计流程图

整个软件设计是基于TI公司Z-STACK协议栈上进行相应的程序开发，开发人员通过使用协议栈来使用这个协议的，进而实现无线数据收发，从而对LED节点发送命令，实行智能控制LED的目的。ZigBee协议主要是分成两部分，IEEE 802.15.4 定义了 PHY（物理层）和 MAC（介质访问层）技术规范；ZigBee联盟主要是定义了 NWK（网络层）、APS（应用程序支持子层）、APL（应用层）的技术规范。而ZigBee 协议栈就是将各个层定义的协议及函数都集中在一起，并以函数的形式实现，给用户提供 API(应用层)，让用户可以直接调用，十分方便。本软件设计流程图如图3所示。