專利名稱:基于ZigBee傳感網(wǎng)的無線照明控制系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及數(shù)字家庭無線網(wǎng)絡(luò)及照明系統(tǒng)控制技術(shù)領(lǐng)域,涉及一種照明控制系 統(tǒng),尤其涉及一種基于ZigBee傳感網(wǎng)的無線照明控制系統(tǒng);同時(shí),本發(fā)明還涉及一種基于 ZigBee傳感網(wǎng)的無線照明控制方法。
背景技術(shù):
隨著人們生活水平的提高,人們對(duì)生活品質(zhì)的要求也越來越高,針對(duì)照明的控制, 人們希望使用方便甚至是隨心所欲,傳統(tǒng)的照明系統(tǒng)已經(jīng)滿足不了現(xiàn)代人的需要,于是無 線照明系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。近年來無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研發(fā)為燈光控制帶來了新的控制方案。長期以來,低成本、低傳輸率、低功耗、短距離的無線通訊市場一直存在。藍(lán)牙 (Bluetooth)技術(shù)的出現(xiàn),曾讓工業(yè)控制、家用自動(dòng)控制、玩具制造商等業(yè)者雀躍不已,但其 售價(jià)一直居高不下,嚴(yán)重影響了這些廠商的使用意愿。然而,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究與發(fā) 展,還催生了許多新的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與標(biāo)準(zhǔn)。2001年8月,ZigBee聯(lián)盟成立。ZigBee技術(shù)具有 功耗低、成本低、時(shí)延短、網(wǎng)絡(luò)容量大、可靠和安全的特點(diǎn)。ZigBee聯(lián)盟還定義了一套燈光無線控制規(guī)范,從而保證各個(gè)生產(chǎn)商的相關(guān)產(chǎn)品 都可以互聯(lián)互通。由于現(xiàn)階段無線控制芯片和模塊價(jià)格還不能滿足民用市場的需求,因此 ZigBee燈光控制的應(yīng)用目前主要面向智能大廈和高檔住宅。隨著技術(shù)水平的不斷完善,相 關(guān)產(chǎn)品的價(jià)格會(huì)逐步降低,巨大的民用市場將是最終的發(fā)展方向?;赯igBee本身相對(duì)其 他短距離無線技術(shù)的組網(wǎng)靈活和省電的優(yōu)勢,ZigBee聯(lián)盟定義的燈光控制方案還定義了燈 光開關(guān)、調(diào)光器、感測設(shè)備的規(guī)范;布網(wǎng)和建網(wǎng)靈活,無論是燈光開關(guān)、調(diào)光器、遙控器還是 感測器都可以作為網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)器和路由器;通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器,用戶可以在任何時(shí)候 方便的添加、刪除照明設(shè)備,任意組合各類控制器和照明設(shè)備的對(duì)應(yīng)關(guān)系,最大限度的展現(xiàn) 無線照明的優(yōu)勢特點(diǎn);另外,ZigBee網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是短程無線控制網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢。無論是智 能樓宇還是今后的民用住宅,安防,家電控制,老人及兒童安全都會(huì)用到ZigBee無線控制 網(wǎng)絡(luò)。ZigBee燈光控制網(wǎng)絡(luò)非常容易就延伸到整個(gè)大網(wǎng)絡(luò)之中?,F(xiàn)代家居或辦公環(huán)境的面積越來越大,如別墅,躍層等有樓上樓下的房子,因?yàn)闆] 有遙控功能,房間越大就使得生活越不方便,只能采用手動(dòng)開關(guān),也沒有簡單的方法實(shí)現(xiàn)全 開全關(guān)的操作,人為化的管理相對(duì)落后;沒有場景操作,不能對(duì)成組的燈進(jìn)行控制,使家庭 的光線顯得比較單調(diào),舒適性差,沒有調(diào)光功能,不能根據(jù)實(shí)際需要來調(diào)整照度;關(guān)燈原理 不合乎節(jié)能的要求,照明燈具的使用越來越多,人為造成照明能源浪費(fèi)的現(xiàn)象很嚴(yán)重,如由 于關(guān)燈不萬便,不能自動(dòng)延時(shí)關(guān)燈,開關(guān)燈時(shí)亮度驟然變化,不僅對(duì)人眼刺激很大,而且燈 絲溫度驟冷驟熱,影響燈泡的使用壽命,造成大量能源浪費(fèi)。此外,還有布線復(fù)雜的問題,為 了增加控制的方式,經(jīng)常要布置雙控電路系統(tǒng),甚至是安裝多點(diǎn)控制開關(guān),這樣開關(guān)之間的 電纜連線增多,使得線路安裝變得非常復(fù)雜,工程施工難度大大增加。考慮到Z i gBee無 線通信技術(shù)不僅具有低成本、低功耗、低速率、低復(fù)雜度的特點(diǎn),而且具有可靠性高、組網(wǎng)簡 單、靈活的優(yōu)勢?,F(xiàn)在ZigBee無線通信技術(shù)的成熟為智能照明控制提供了一個(gè)良好的技術(shù)基礎(chǔ)和應(yīng)用環(huán)境,也為無線照明控制指明了一個(gè)發(fā)展方向。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于ZigBee傳感網(wǎng)的無線照明控制系 統(tǒng),通過遙控器對(duì)整個(gè)無線照明系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)任一盞燈的開、關(guān),亮度的調(diào)節(jié),場景的設(shè)置以 及故障的檢測等功能。此外,本發(fā)明還提供一種基于ZigBee傳感網(wǎng)的無線照明控制方法,通過遙控器對(duì) 整個(gè)無線照明系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)任一盞燈的開、關(guān),亮度的調(diào)節(jié),場景的設(shè)置以及故障的檢測等功 能。為解決上述技術(shù)問題,本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種基于ZigBee傳感網(wǎng)的無線照明控制系統(tǒng),所述系統(tǒng)包括至少一無線遙控器、 至少一無線終端燈節(jié)點(diǎn),所述無線遙控器對(duì)無線終端燈節(jié)點(diǎn)進(jìn)行控制;將若干無線終端燈節(jié)點(diǎn)中的一個(gè)或多個(gè)設(shè)為網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器,其余無線終端燈節(jié)點(diǎn)設(shè) 為路由器和/或終端設(shè)備,并分別與一個(gè)或多個(gè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器連接。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案,所述無線終端燈節(jié)點(diǎn)包括第一控制模塊、第一天線 模塊、LED燈具驅(qū)動(dòng)電路模塊、LED燈具電路模塊、第一電源模塊;所述第一天線模塊、LED燈具驅(qū)動(dòng)電路模塊、LED燈具電路模塊、第一電源模塊分 別與第一控制模塊連接,第一天線模塊、LED燈具驅(qū)動(dòng)電路模塊、LED燈具電路模塊與第一 電源模塊連接,LED燈具驅(qū)動(dòng)電路模塊與LED燈具電路模塊連接。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案,所述第一控制模塊用以接收、處理其他燈節(jié)點(diǎn)發(fā)送 過來的數(shù)據(jù),并且發(fā)送給其他燈節(jié)點(diǎn)包含自身節(jié)點(diǎn)信息的數(shù)據(jù);所述LED燈具驅(qū)動(dòng)模塊負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)LED燈具模塊,實(shí)現(xiàn)LED燈具的亮、滅及調(diào)光功 能;所述第一電源模塊負(fù)責(zé)給第一控制模塊、LED燈具驅(qū)動(dòng)電路模塊和LED燈具電路 模塊供電。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案,所述無線遙控器包括第二控制模塊、第二天線模塊、 鍵盤模塊、液晶顯示器模塊、第二電源模塊;所述第二天線模塊、鍵盤模塊、液晶顯示器模塊、第二電源模塊與第二控制模塊連 接,第二天線模塊、鍵盤模塊、液晶顯示器模塊與第二電源模塊連接。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案,所述無線遙控器的第二控制模塊與第二天線模塊配 合,負(fù)責(zé)與無線終端燈節(jié)點(diǎn)進(jìn)行無線通信。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案,所述網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器用以完成成員身份管理、鏈路狀態(tài) 信息管理以及分組轉(zhuǎn)發(fā)任務(wù)。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案,所述系統(tǒng)包括若干無線終端燈節(jié)點(diǎn)組,每組無線終 端燈節(jié)點(diǎn)組包括至少一個(gè)無線終端燈節(jié)點(diǎn);每組無線終端燈節(jié)點(diǎn)組中設(shè)置一個(gè)無線終端燈節(jié)點(diǎn)設(shè)為網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器,本組其余無 線終端燈節(jié)點(diǎn)設(shè)為路由器和/或終端設(shè)備,并分別與對(duì)應(yīng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器連接;所述網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器用以完成成員身份管理、鏈路狀態(tài)信息管理以及分組轉(zhuǎn)發(fā)任務(wù)。一種根據(jù)上述的基于ZigBee傳感網(wǎng)的無線照明控制系統(tǒng)的控制方法,所述方法包括網(wǎng)絡(luò)初始化后,無線遙控器以路由器的身份選擇網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器所在的信道加入到已 經(jīng)存在的網(wǎng)絡(luò)中;而后,無線遙控器就進(jìn)入低功耗狀態(tài),準(zhǔn)備接收各無線終端燈節(jié)點(diǎn)發(fā)送過來的數(shù) 據(jù)事件的觸發(fā)和按鍵事件的觸發(fā);如果有新的事件觸發(fā),無線遙控器就進(jìn)入相應(yīng)的事件處理函數(shù);無線終端燈節(jié)點(diǎn) 將無線遙控器的命令以無線形式正確發(fā)送給LED燈具電路模塊,LED燈具電路模塊收到信 息后能根據(jù)不同的命令做出相應(yīng)的動(dòng)作。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案,用戶通過手中的無線遙控器實(shí)現(xiàn)對(duì)燈的開、關(guān),調(diào) 節(jié)燈的亮度;將燈分組并設(shè)置各種不同的燈光場景,使燈設(shè)備加入或離開網(wǎng)絡(luò);用戶辨識(shí) 網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的每一盞燈,將燈分組放入不同房間;使用遙控器對(duì)任意一盞燈進(jìn)行開、關(guān),調(diào)節(jié)任 意一盞燈的亮度;對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的燈進(jìn)行調(diào)節(jié)并設(shè)置各種場景;使用遙控器來打開和關(guān)閉任意 一個(gè)場景;當(dāng)用戶想改變場景時(shí),清除設(shè)置的場景,重新進(jìn)行設(shè)置;所述方法還包括檢錯(cuò)步 驟,如果網(wǎng)絡(luò)中有燈設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí),可被檢測并對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的處理,使其重新加入網(wǎng)絡(luò) 或退出網(wǎng)絡(luò);無線終端燈節(jié)點(diǎn)具有存儲(chǔ)記憶功能,用以保存已設(shè)的場景,不需要重新確認(rèn)燈 設(shè)備或重新設(shè)置即可正常使用。本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明提出的基于ZigBee傳感網(wǎng)的無線照明控制系統(tǒng) 及方法,可以減少人為能源浪費(fèi),能夠充分利用自然光實(shí)現(xiàn)節(jié)能目的;可以智能調(diào)光,系統(tǒng) 將會(huì)按照預(yù)先設(shè)置的標(biāo)準(zhǔn)亮度使照明區(qū)域保持恒定的照度,而不受燈具效率降低和墻面發(fā) 射衰減的影響,保持照度的一致性;可以根據(jù)不同場景需要,自動(dòng)調(diào)整室內(nèi)多種燈光組合與 強(qiáng)度,使環(huán)境光線更為舒適;同時(shí)本發(fā)明無線照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)還加入了故障檢測功能,使得 管理和維護(hù)更加方便、智能化。
圖1為本發(fā)明無線照明控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)示意圖;圖2為本發(fā)明燈節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)示意圖;圖3為本發(fā)明遙控器結(jié)構(gòu)示意圖;圖4為本發(fā)明燈端應(yīng)用程序總體流程圖;圖5為本發(fā)明遙控器程序流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。實(shí)施例一請(qǐng)參閱圖1,本發(fā)明揭示一種基于ZigBee傳感網(wǎng)的無線照明控制系統(tǒng),包括至少 一無線遙控器20、至少一無線終端燈節(jié)點(diǎn)10,所述無線遙控器20對(duì)無線終端燈節(jié)點(diǎn)10進(jìn) 行控制。將若干無線終端燈節(jié)點(diǎn)10中的一個(gè)或多個(gè)設(shè)為網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器,其余無線終端燈節(jié)點(diǎn) 設(shè)為路由器和/或終端設(shè)備,并分別與一個(gè)或多個(gè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器連接。所述網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器用以 完成成員身份管理、鏈路狀態(tài)信息管理以及分組轉(zhuǎn)發(fā)任務(wù)。請(qǐng)參閱圖2,所述無線終端燈節(jié)點(diǎn)10包括第一控制模塊11、第一天線模塊12、LED燈具驅(qū)動(dòng)電路模塊13、LED燈具電路模塊14、第一電源模塊15。所述第一天線模塊12、LED 燈具驅(qū)動(dòng)電路模塊13、LED燈具電路模塊14、第一電源模塊15分別與第一控制模塊11連 接,第一天線模塊12、LED燈具驅(qū)動(dòng)電路模塊13、LED燈具電路模塊14與第一電源模塊15 連接,LED燈具驅(qū)動(dòng)電路模塊13與LED燈具電路模塊14連接。所述第一控制模塊11用以 接收、處理其他燈節(jié)點(diǎn)發(fā)送過來的數(shù)據(jù),并且發(fā)送給其他燈節(jié)點(diǎn)包含自身節(jié)點(diǎn)信息的數(shù)據(jù); 所述LED燈具驅(qū)動(dòng)模塊13負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)LED燈具模塊14,實(shí)現(xiàn)LED燈具的亮、滅及調(diào)光功能; 所述第一電源模塊15負(fù)責(zé)給第一控制模塊11、LED燈具驅(qū)動(dòng)電路模塊13和LED燈具電路 模塊14供電。請(qǐng)參閱圖3,所述無線遙控器20包括第二控制模塊21、第二天線模塊22、鍵盤模塊 23、液晶顯示器模塊M、第二電源模塊25。所述第二天線模塊22、鍵盤模塊23、液晶顯示器 模塊M、第二電源模塊25與第二控制模塊21連接,第二天線模塊22、鍵盤模塊23、液晶顯 示器模塊M與第二電源模塊25連接。所述無線遙控器20的第二控制模塊21與第二天線 模塊22配合,負(fù)責(zé)與無線終端燈節(jié)點(diǎn)10進(jìn)行無線通信。此外,所述系統(tǒng)可以包括若干無線終端燈節(jié)點(diǎn)組,每組無線終端燈節(jié)點(diǎn)組包括至 少一個(gè)無線終端燈節(jié)點(diǎn)10。每組無線終端燈節(jié)點(diǎn)組中設(shè)置一個(gè)無線終端燈節(jié)點(diǎn)設(shè)為網(wǎng)絡(luò)協(xié) 調(diào)器,本組其余無線終端燈節(jié)點(diǎn)設(shè)為路由器和/或終端設(shè)備,并分別與對(duì)應(yīng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器連 接;所述網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器用以完成成員身份管理、鏈路狀態(tài)信息管理以及分組轉(zhuǎn)發(fā)任務(wù)。以上介紹了本發(fā)明無線照明控制系統(tǒng),本發(fā)明在揭示上述無線照明控制系統(tǒng)的同 時(shí),還揭示一種根據(jù)上述無線照明控制系統(tǒng)的控制方法,所述方法包括-網(wǎng)絡(luò)初始化后,無線遙控器以路由器的身份選擇網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器所在的信道加入到 已經(jīng)存在的網(wǎng)絡(luò)中;-而后,無線遙控器就進(jìn)入低功耗狀態(tài),準(zhǔn)備接收各無線終端燈節(jié)點(diǎn)發(fā)送過來的數(shù) 據(jù)事件的觸發(fā)和按鍵事件的觸發(fā);-如果有新的事件觸發(fā),無線遙控器就進(jìn)入相應(yīng)的事件處理函數(shù);無線終端燈節(jié) 點(diǎn)將無線遙控器的命令以無線形式正確發(fā)送給LED燈具電路模塊,LED燈具電路模塊收到 信息后能根據(jù)不同的命令做出相應(yīng)的動(dòng)作。用戶可通過手中的無線遙控器實(shí)現(xiàn)對(duì)燈的開、關(guān),調(diào)節(jié)燈的亮度;將燈分組并設(shè)置 各種不同的燈光場景,使燈設(shè)備加入或離開網(wǎng)絡(luò);用戶辨識(shí)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的每一盞燈,將燈分組 放入不同房間;使用遙控器對(duì)任意一盞燈進(jìn)行開、關(guān),調(diào)節(jié)任意一盞燈的亮度;對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的 燈進(jìn)行調(diào)節(jié)并設(shè)置各種場景;使用遙控器來打開和關(guān)閉任意一個(gè)場景;當(dāng)用戶想改變場景 時(shí),清除設(shè)置的場景,重新進(jìn)行設(shè)置;所述方法還包括檢錯(cuò)步驟,如果網(wǎng)絡(luò)中有燈設(shè)備出現(xiàn) 故障時(shí),可被檢測并對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的處理,使其重新加入網(wǎng)絡(luò)或退出網(wǎng)絡(luò);無線終端燈節(jié)點(diǎn) 具有存儲(chǔ)記憶功能,用以保存已設(shè)的場景,不需要重新確認(rèn)燈設(shè)備或重新設(shè)置即可正常使 用。綜上所述,本發(fā)明提出的基于ZigBee傳感網(wǎng)的無線照明控制系統(tǒng)及方法,可以減 少人為能源浪費(fèi),能夠充分利用自然光實(shí)現(xiàn)節(jié)能目的;可以智能調(diào)光,系統(tǒng)將會(huì)按照預(yù)先設(shè) 置的標(biāo)準(zhǔn)亮度使照明區(qū)域保持恒定的照度,而不受燈具效率降低和墻面發(fā)射衰減的影響, 保持照度的一致性;可以根據(jù)不同場景需要,自動(dòng)調(diào)整室內(nèi)多種燈光組合與強(qiáng)度,使環(huán)境光 線更為舒適;同時(shí)本發(fā)明無線照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)還加入了故障檢測功能,使得管理和維護(hù)更
7加方便、智能化。實(shí)施例二請(qǐng)參閱圖1,圖1為本發(fā)明無線照明控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)示意圖。本發(fā)明對(duì)一個(gè)基于 家庭無線通信網(wǎng)絡(luò)的照明控制系統(tǒng)的基本要求主要有可以通過手中的遙控器實(shí)現(xiàn)對(duì)燈的 開、關(guān),調(diào)節(jié)燈的亮度,將燈分組并設(shè)置各種不同的燈光場景,可以方便地使燈設(shè)備加入或 離開網(wǎng)絡(luò)等。具體功能為用戶辨識(shí)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的每一盞燈,將燈分組放入不同房間;使用遙控器 對(duì)任意一盞燈進(jìn)行開、關(guān),調(diào)節(jié)任意一盞燈的亮度;對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的燈進(jìn)行調(diào)節(jié)并設(shè)置各種場 景,如休息場景、娛樂場景、學(xué)習(xí)場景等,根據(jù)場景名稱,可以使用遙控器來打開和關(guān)閉任意 一個(gè)場景,當(dāng)用戶想改變場景時(shí),可以清除設(shè)置的場景,重新進(jìn)行設(shè)置;網(wǎng)絡(luò)還有檢錯(cuò)的功 能,如果網(wǎng)絡(luò)中有燈設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí),可以被檢測并對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的處理,使其重新加入網(wǎng) 絡(luò)或退出網(wǎng)絡(luò);燈節(jié)點(diǎn)應(yīng)具有存儲(chǔ)記憶功能,可以保存已設(shè)的場景,不需要重新確認(rèn)燈設(shè)備 或重新設(shè)置即可正常使用。另外,對(duì)家庭無線燈光控制系統(tǒng)來說還要求燈節(jié)點(diǎn)電路在體積上足夠小,能夠集 成在LED燈具內(nèi)部,遙控器也盡量簡單,便于用戶操作。在軟件方面,要求所有模塊的軟件 部分都盡量精簡,沒有冗余代碼。本發(fā)明基于對(duì)ZigBee通訊模塊和開發(fā)平臺(tái)的研究,推出了 ZigBee的產(chǎn)品和全套 解決方案。本實(shí)施例中,采用芯片CCM30。芯片CCM30有一個(gè)增強(qiáng)型8051內(nèi)核,具有8 倍的標(biāo)準(zhǔn)8051內(nèi)核的性能,另外,芯片CCM30還包括FLASH存儲(chǔ)器、MCU微控制單元、無線 射頻模塊全部集成,實(shí)現(xiàn)真正的單芯片解決方案。綜合考慮協(xié)議棧的集成度和質(zhì)量,芯片價(jià) 格以及開發(fā)工具的方便性等諸多因素的情況下,尤其是芯片CCM30在單個(gè)芯片上集成了 ZigBee RF前端、內(nèi)存和微控制器,為無線通信模塊與燈的集成提供了可能,成為開發(fā)無線 照明控制系統(tǒng)的最佳選擇。本發(fā)明中無線照明系統(tǒng)基于IEEE802. 15. 4標(biāo)準(zhǔn)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò),在此網(wǎng)絡(luò)中 有一個(gè)稱為網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器的全功能設(shè)備,是LR_WPAN網(wǎng)絡(luò)中的主控制器。網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器除了直 接參與應(yīng)用以外,還要完成成員身份管理,鏈路狀態(tài)信息管理以及分組轉(zhuǎn)發(fā)等任務(wù)。其他的 燈節(jié)點(diǎn)或者遙控器可以設(shè)置為路由器或者終端設(shè)備。本發(fā)明中無線照明系統(tǒng)由無線終端燈節(jié)點(diǎn)和無線遙控器組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所 示,每個(gè)燈節(jié)點(diǎn)和遙控器內(nèi)部都集成了無線收發(fā)的功能模塊。其中一號(hào)燈節(jié)點(diǎn)為網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào) 器,其他節(jié)點(diǎn)可以為路由器或者是終端設(shè)備。燈是組成該系統(tǒng)的大部分設(shè)備,考慮到用戶對(duì)燈光的多種需求,采用可調(diào)光的燈 模塊集成芯片CCM30的芯片模塊來做系統(tǒng)的燈設(shè)備節(jié)點(diǎn)。本發(fā)明中燈節(jié)點(diǎn)由PCB天線模 塊,芯片模塊,LED燈具驅(qū)動(dòng)電路模塊,LED燈具電路模塊,電源模塊組成。PCB天線模塊及 芯片CCM30內(nèi)部的無線收發(fā)器負(fù)責(zé)與其他的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行無線通信。遙控器由PCB天線模塊, 芯片模塊,液晶顯示器模塊,鍵盤模塊,電源模塊組成。PCB天線模塊及芯片CCM30內(nèi)部的 無線收發(fā)模塊負(fù)責(zé)與其他的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行無線通信。如圖2所示,本發(fā)明中燈節(jié)點(diǎn)的硬件上由PCB天線模塊,芯片模塊,LED燈具驅(qū)動(dòng) 電路模塊,LED燈具電路模塊,電源模塊組成。芯片模塊負(fù)責(zé)接收,處理其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送過來 的數(shù)據(jù),并且發(fā)送給其他燈節(jié)點(diǎn)包含自身節(jié)點(diǎn)信息的數(shù)據(jù),LED燈具驅(qū)動(dòng)模塊負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)LED燈具模塊,實(shí)現(xiàn)LED燈具的亮、滅及調(diào)光等功能。電源模塊負(fù)責(zé)給芯片模塊,LED燈具驅(qū)動(dòng) 電路模塊和LED燈具電路模塊供電。PCB天線的阻抗為50歐姆,不再需要外加的匹配阻抗。 PCB的厚度將會(huì)影響板載天線的性能,本發(fā)明所采用PCB板材的厚度為1mm。本發(fā)明還選取用電源驅(qū)動(dòng)的LED燈具。L6574是意法半導(dǎo)體公司推出的一款工作 于模擬調(diào)頻調(diào)光應(yīng)用場合的預(yù)熱可調(diào)光芯片,其內(nèi)部有一個(gè)燈電路工作狀態(tài)檢測用的運(yùn)算 放大器,它可以用于燈電路的閉環(huán)控制。將LED燈具電路輸出I_SENSE信號(hào)作為與燈電流 成正比的信號(hào)加到L6574的內(nèi)部運(yùn)算放大器的反向輸入引腳,然后對(duì)CCM30編程實(shí)現(xiàn)輸出 可調(diào)頻率的方波PWM,此PWM經(jīng)過RC濾波網(wǎng)絡(luò),產(chǎn)生幅值可變的模擬電壓信號(hào),加至L6574 的內(nèi)部運(yùn)算放大器的正向輸入引腳,即實(shí)現(xiàn)由CCM30控制LED燈具亮度的數(shù)字調(diào)光。本發(fā)明用于室內(nèi)照明的LED燈具的電壓源采用市電交流220V。為了確保L6574集 成電路可靠工作,其VS引腳的內(nèi)部電路中添加了穩(wěn)壓箝位二極管,典型穩(wěn)壓值為15. 6V。因 此L6574可以直接采用市電交流220V作為其供電電源。但實(shí)際中一般采取市電交流220V 經(jīng)橋式整流后再經(jīng)過穩(wěn)壓管降到較低的電壓值作為L6574的供電電源。CC2430供電電源的 獲得與L6574類似,取自市電交流220V,經(jīng)過橋式整流后再經(jīng)過穩(wěn)壓二極管降低到較低的 電壓值,由于CCM30需要穩(wěn)定的工作電壓值,因此選擇Ii^985AIM_3. 3V這款具有穩(wěn)定輸出 的電壓整流器產(chǎn)生3. 3V的穩(wěn)定電壓。本發(fā)明遙控器作為一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的控制單元,具備簡單易用的功能。如圖3所示,遙 控器主要由芯片模塊,PCB天線模塊,液晶顯示模塊,按鍵模塊和電源模塊組成。芯片模塊 負(fù)責(zé)接收,處理其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送過來的數(shù)據(jù),并且向其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送命令信號(hào)。顯示器模塊作為 人機(jī)交互界面,向用戶顯示操作信息,鍵盤模塊作為用戶輸入數(shù)據(jù)的接口。電源模塊負(fù)責(zé)給 芯片模塊和液晶顯示器模塊供電。本遙控器節(jié)點(diǎn)采用液晶顯示模塊,采用C接口直接與CCM30的引腳相連,一根數(shù) 據(jù)線SDA加一根地址線SCL即可完成對(duì)液晶屏的讀寫,可以節(jié)省CCM30的端口開銷。遙控 器按鍵使用SKRHABE010五方向按鍵,該器件設(shè)計(jì)緊湊,使用壽命長,適用于集成度比較高 的場合。考慮到遙控器的便攜性要求,使用干電池給遙控器供電。由于液晶顯示器的工作 電壓范圍在3. OV至5. 5V,所以選擇3節(jié)5號(hào)電池串聯(lián)給遙控器供電,即4. 5V的直流電。而 芯片CCM30需要穩(wěn)定的3. 3V工作電壓值,于是選取Ii^985AIM_3. 3V這款具有穩(wěn)定輸出的 電壓調(diào)節(jié)器產(chǎn)生3. 3V的穩(wěn)定電壓給CCM30供電。Ii^985外圍電路輸入端電容必須大于 luF,采用3. :3uF,并且在距離輸入引腳少于Icm處布線。0N/0FF引腳起到開關(guān)Ii^985的作 用,如果這種開關(guān)特性不使用的話,可以將0N/0FF引腳和輸入引腳相連,保持Ii^985 —直 處于開的狀態(tài),將0N/0FF引腳和輸入引腳相連。LP2985的電壓輸出端接一個(gè)大于2. 2uF的 電容,采用3. 3uF0在BYPASS端和地端接一個(gè)IOnF的去噪電容,顯著減少電壓調(diào)節(jié)器的輸 出電壓噪聲。本發(fā)明中系統(tǒng)軟件分三部分組成硬件驅(qū)動(dòng),ZJitack協(xié)議棧以及應(yīng)用程序。其中 硬件驅(qū)動(dòng)層包括數(shù)字.模擬轉(zhuǎn)換器ADC,按鍵KETO0ARD,液晶顯示器IXD,定時(shí)計(jì)數(shù)器TIMER 等硬件的驅(qū)動(dòng)程序;ZJitack協(xié)議棧層是針對(duì)CCM30進(jìn)行操作的范例代碼,包括ZigBee規(guī) 范中MAC層,NWK層中定義的一些通信原語,這些原語被封裝成接口函數(shù)供用戶調(diào)用;應(yīng)用 層完成用戶特定的應(yīng)用功能,可以利用ZJitack協(xié)議棧的通信原語來編寫具有特定功能的 應(yīng)用程序。
LED燈具端的程序主要涉及到底層驅(qū)動(dòng)和應(yīng)用層應(yīng)用程序的編寫。作為無線燈光 控制系統(tǒng),最重要的功能是將遙控器的命令以無線形式正確發(fā)送給LED燈具節(jié)點(diǎn),LED燈具 節(jié)點(diǎn)收到信息后能根據(jù)不同的命令做出相應(yīng)的動(dòng)作。因此本系統(tǒng)在應(yīng)用層定義了一種數(shù)據(jù) 幀的格式,遙控器節(jié)點(diǎn)和LED燈具節(jié)點(diǎn)均以這種數(shù)據(jù)幀的格式為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行通信。幀結(jié)構(gòu)中 各個(gè)子域分別為CMD (命令的類型用來指明該幀的具體作用)、IEEEADDR(用來進(jìn)行節(jié)點(diǎn)的 標(biāo)識(shí)和定位)、R00M(在使用遙控器的時(shí)候可以對(duì)每盞燈進(jìn)行房間號(hào)的設(shè)置)、SCENE (場景 設(shè)置)以及SETUP(對(duì)燈的開、關(guān)、調(diào)亮和調(diào)暗的操作)。LED燈具端應(yīng)用層程序設(shè)計(jì)流程圖如圖4所示,IEEE地址是一個(gè)節(jié)點(diǎn)區(qū)別于其他 節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí),IEEE地址為64位,在正常情況下是不會(huì)改變的;另外每個(gè)節(jié)點(diǎn)還有一個(gè) 網(wǎng)絡(luò)地址,即節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)后協(xié)調(diào)器會(huì)為每個(gè)節(jié)點(diǎn)分配一個(gè)16位的網(wǎng)絡(luò)地址,協(xié)調(diào)器1號(hào) 燈本身的網(wǎng)絡(luò)地址為0X00。由于CCM30的flash存儲(chǔ)器的不穩(wěn)定性,可能節(jié)點(diǎn)重新上電 后IEEE地址會(huì)丟失,因此在程序的設(shè)計(jì)過程中加入了 IEEE地址丟失的檢測。即節(jié)點(diǎn)每次 上電后都自檢。LED燈具處于滅的狀態(tài)時(shí)CCM30處于休眠狀態(tài),當(dāng)遙控器發(fā)送各種命令時(shí), LED燈具節(jié)點(diǎn)內(nèi)的CCM30則從休眠狀態(tài)被喚醒,處于正常的等待命令接收狀態(tài)。考慮到無 線燈光控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和易用性,并且考慮到用戶使用遙控器一般只會(huì)在初次使用時(shí)會(huì) 用到房間分組,場景設(shè)置等功能,因此本設(shè)計(jì)將房間分組、場景設(shè)置、狀態(tài)值等變量都保存 在燈節(jié)點(diǎn)內(nèi),這種方案的好處是一個(gè)ZigBee燈光控制系統(tǒng)中可以存在不止一個(gè)遙控器,即 可以實(shí)現(xiàn)每個(gè)房間中都會(huì)有一個(gè)遙控器,更方便用戶的操作。燈端的軟件設(shè)計(jì)還加入了故障檢測功能,即LED燈具正常開啟后開啟CCM30的 Timer3,使能Timerf的中斷,并開啟AD轉(zhuǎn)換器,每隔1分鐘去讀取LED燈具電路的一處電 壓采樣點(diǎn)的電壓值,當(dāng)采樣電壓值連續(xù)10次即10分鐘都測得電壓值低于2V的時(shí)候,燈節(jié) 點(diǎn)將觸發(fā)事件A,在事件A的處理函數(shù)中,燈節(jié)點(diǎn)將自身的IEEE地址以MSG格式的形式發(fā)送 回遙控器節(jié)點(diǎn),當(dāng)遙控器節(jié)點(diǎn)收到燈節(jié)點(diǎn)發(fā)送過來的故障信號(hào)后將會(huì)顯示某個(gè)IEEE地址 的燈節(jié)點(diǎn)已經(jīng)出現(xiàn)故障的信息,提示用戶檢查燈節(jié)點(diǎn)工作狀況或者更換新的燈節(jié)點(diǎn)。由于 遙控器節(jié)點(diǎn)的I EEE地址未知,因此,此發(fā)送信息是以廣播的形式發(fā)送出去,即網(wǎng)絡(luò)中的每 個(gè)節(jié)點(diǎn)都會(huì)收到相同的信息,但遙控器節(jié)點(diǎn)和燈節(jié)點(diǎn)的Endpoint不同,因此只有遙控器節(jié) 點(diǎn)才會(huì)接受燈節(jié)點(diǎn)發(fā)送過來的數(shù)據(jù)。當(dāng)燈節(jié)點(diǎn)收到關(guān)燈信號(hào)后,將關(guān)斷IO 口,關(guān)斷Timerf 和AD,進(jìn)入低功耗準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)的狀態(tài)。遙控器的軟件流程圖如圖5所示,當(dāng)完成系統(tǒng)初始化后,遙控器節(jié)點(diǎn)將以路由器 的身份選擇協(xié)調(diào)器所在的信道加入到已經(jīng)存在的網(wǎng)絡(luò)中,然后就進(jìn)入低功耗狀態(tài),準(zhǔn)備其 他燈節(jié)點(diǎn)發(fā)送過來的數(shù)據(jù)事件的觸發(fā)和按鍵事件的觸發(fā),如果有新的事件觸發(fā),遙控器節(jié) 點(diǎn)進(jìn)入相應(yīng)的事件處理函數(shù)。本發(fā)明中遙控器采用五方向的按鍵設(shè)計(jì),使用AD采樣按鍵產(chǎn)生的電壓值,將電壓 值分為5個(gè)區(qū)域,分別代表上、下、左、右、中五個(gè)方向按鍵,并且在硬件抽象層每隔IOOms去 輪詢一次按鍵看是否有新的采樣值,如果有新的采樣值就執(zhí)行相應(yīng)方向的功能,并將遙控 器設(shè)計(jì)成有多級(jí)菜單的形式,每個(gè)按鍵在不同的模式中起不同的作用。由于在本發(fā)明中使用房間的概念,第一次使用遙控器時(shí),首先要將不同的燈分配 到不同的房間中去(可以選擇多盞燈),然后才能進(jìn)入下一級(jí)菜單,進(jìn)而完成燈光的亮度調(diào) 節(jié)、房間設(shè)置、重設(shè)等相關(guān)操作。
本發(fā)明中的場景設(shè)置,即針對(duì)一個(gè)或者幾個(gè)房間內(nèi)燈的現(xiàn)有狀態(tài)進(jìn)行記錄,將燈 的狀態(tài)值保存到EEPROM里,每次系統(tǒng)重啟后都會(huì)將與狀態(tài)值相關(guān)的一些變量從EEPROM里 讀出來,實(shí)現(xiàn)了掉電保護(hù)功能。但是,考慮到遙控器是由電池供電的,如果將燈的狀態(tài)信息 都保存到遙控器端,將會(huì)頻繁的讀寫遙控器端CCM30的EEPR0M,遙控器的功耗將增加,因 此選擇將燈的狀態(tài)信息保存到每個(gè)燈節(jié)點(diǎn),這樣就減少遙控器的負(fù)擔(dān)。并且一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中可 以存在不止一個(gè)遙控器,這些遙控器都可以定義自己的場景,并且可以對(duì)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有的燈 進(jìn)行操作。綜上所述,本發(fā)明提出的基于ZigBee傳感網(wǎng)的無線照明控制系統(tǒng)及方法,可以減 少人為能源浪費(fèi),能夠充分利用自然光實(shí)現(xiàn)節(jié)能目的;可以智能調(diào)光,系統(tǒng)將會(huì)按照預(yù)先設(shè) 置的標(biāo)準(zhǔn)亮度使照明區(qū)域保持恒定的照度,而不受燈具效率降低和墻面發(fā)射衰減的影響, 保持照度的一致性;可以根據(jù)不同場景需要,自動(dòng)調(diào)整室內(nèi)多種燈光組合與強(qiáng)度,使環(huán)境光 線更為舒適;同時(shí)本發(fā)明無線照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)還加入了故障檢測功能,使得管理和維護(hù)更 加方便、智能化。這里本發(fā)明的描述和應(yīng)用是說明性的,并非想將本發(fā)明的范圍限制在上述實(shí)施例 中。這里所披露的實(shí)施例的變形和改變是可能的,對(duì)于那些本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說實(shí) 施例的替換和等效的各種部件是公知的。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該清楚的是,在不脫離本發(fā)明 的精神或本質(zhì)特征的情況下,本發(fā)明可以以其它形式、結(jié)構(gòu)、布置、比例,以及用其它組件、 材料和部件來實(shí)現(xiàn)。在不脫離本發(fā)明范圍和精神的情況下,可以對(duì)這里所披露的實(shí)施例進(jìn) 行其它變形和改變。
權(quán)利要求
1.一種基于ZigBee傳感網(wǎng)的無線照明控制系統(tǒng),其特征在于,所述系統(tǒng)包括至少一無 線遙控器、至少一無線終端燈節(jié)點(diǎn),所述無線遙控器對(duì)無線終端燈節(jié)點(diǎn)進(jìn)行控制;將若干無線終端燈節(jié)點(diǎn)中的一個(gè)或多個(gè)設(shè)為網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器,其余無線終端燈節(jié)點(diǎn)設(shè)為路 由器和/或終端設(shè)備,并分別與一個(gè)或多個(gè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ZigBee傳感網(wǎng)的無線照明控制系統(tǒng),其特征在于 所述無線終端燈節(jié)點(diǎn)包括第一控制模塊、第一天線模塊、LED燈具驅(qū)動(dòng)電路模塊、LED燈具電路模塊、第一電源模塊;所述第一天線模塊、LED燈具驅(qū)動(dòng)電路模塊、LED燈具電路模塊、第一電源模塊分別與 第一控制模塊連接,第一天線模塊、LED燈具驅(qū)動(dòng)電路模塊、LED燈具電路模塊與第一電源 模塊連接,LED燈具驅(qū)動(dòng)電路模塊與LED燈具電路模塊連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于ZigBee傳感網(wǎng)的無線照明控制系統(tǒng),其特征在于 所述第一控制模塊用以接收、處理其他燈節(jié)點(diǎn)發(fā)送過來的數(shù)據(jù),并且發(fā)送給其他燈節(jié)點(diǎn)包含自身節(jié)點(diǎn)信息的數(shù)據(jù);所述LED燈具驅(qū)動(dòng)模塊負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)LED燈具模塊,實(shí)現(xiàn)LED燈具的亮、滅及調(diào)光功能; 所述第一電源模塊負(fù)責(zé)給第一控制模塊、LED燈具驅(qū)動(dòng)電路模塊和LED燈具電路模塊 {共 ο
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ZigBee傳感網(wǎng)的無線照明控制系統(tǒng),其特征在于 所述無線遙控器包括第二控制模塊、第二天線模塊、鍵盤模塊、液晶顯示器模塊、第二電源模塊;所述第二天線模塊、鍵盤模塊、液晶顯示器模塊、第二電源模塊與第二控制模塊連接, 第二天線模塊、鍵盤模塊、液晶顯示器模塊與第二電源模塊連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于ZigBee傳感網(wǎng)的無線照明控制系統(tǒng),其特征在于所述無線遙控器的第二控制模塊與第二天線模塊配合,負(fù)責(zé)與無線終端燈節(jié)點(diǎn)進(jìn)行無 線通信。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ZigBee傳感網(wǎng)的無線照明控制系統(tǒng),其特征在于 所述網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器用以完成成員身份管理、鏈路狀態(tài)信息管理以及分組轉(zhuǎn)發(fā)任務(wù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ZigBee傳感網(wǎng)的無線照明控制系統(tǒng),其特征在于所述系統(tǒng)包括若干無線終端燈節(jié)點(diǎn)組,每組無線終端燈節(jié)點(diǎn)組包括至少一個(gè)無線終端 燈節(jié)點(diǎn);每組無線終端燈節(jié)點(diǎn)組中設(shè)置一個(gè)無線終端燈節(jié)點(diǎn)設(shè)為網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器,本組其余無線終 端燈節(jié)點(diǎn)設(shè)為路由器和/或終端設(shè)備,并分別與對(duì)應(yīng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器連接;所述網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器用以完成成員身份管理、鏈路狀態(tài)信息管理以及分組轉(zhuǎn)發(fā)任務(wù)。
8.一種根據(jù)權(quán)利要求1至7之一所述的基于ZigBee傳感網(wǎng)的無線照明控制系統(tǒng)的控 制方法,其特征在于,所述方法包括網(wǎng)絡(luò)初始化后,無線遙控器以路由器的身份選擇網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器所在的信道加入到已經(jīng)存 在的網(wǎng)絡(luò)中;而后,無線遙控器就進(jìn)入低功耗狀態(tài),準(zhǔn)備接收各無線終端燈節(jié)點(diǎn)發(fā)送過來的數(shù)據(jù)事 件的觸發(fā)和按鍵事件的觸發(fā);如果有新的事件觸發(fā),無線遙控器就進(jìn)入相應(yīng)的事件處理函數(shù);無線終端燈節(jié)點(diǎn)將無線遙控器的命令以無線形式正確發(fā)送給LED燈具電路模塊,LED燈具電路模塊收到信息后 能根據(jù)不同的命令做出相應(yīng)的動(dòng)作。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的控制方法,其特征在于 用戶通過手中的無線遙控器實(shí)現(xiàn)對(duì)燈的開、關(guān),調(diào)節(jié)燈的亮度; 將燈分組并設(shè)置各種不同的燈光場景,使燈設(shè)備加入或離開網(wǎng)絡(luò); 用戶辨識(shí)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的每一盞燈,將燈分組放入不同房間;使用遙控器對(duì)任意一盞燈進(jìn)行 開、關(guān),調(diào)節(jié)任意一盞燈的亮度;對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的燈進(jìn)行調(diào)節(jié)并設(shè)置各種場景;使用遙控器來打 開和關(guān)閉任意一個(gè)場景;當(dāng)用戶想改變場景時(shí),清除設(shè)置的場景,重新進(jìn)行設(shè)置;所述方法還包括檢錯(cuò)步驟,如果網(wǎng)絡(luò)中有燈設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí),可被檢測并對(duì)其進(jìn)行相 應(yīng)的處理,使其重新加入網(wǎng)絡(luò)或退出網(wǎng)絡(luò);無線終端燈節(jié)點(diǎn)具有存儲(chǔ)記憶功能,用以保存已 設(shè)的場景,不需要重新確認(rèn)燈設(shè)備或重新設(shè)置即可正常使用。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種基于ZigBee傳感網(wǎng)的無線照明控制系統(tǒng)及方法,所述系統(tǒng)包括至少一無線遙控器、至少一無線終端燈節(jié)點(diǎn),所述無線遙控器對(duì)無線終端燈節(jié)點(diǎn)進(jìn)行控制;將若干無線終端燈節(jié)點(diǎn)中的一個(gè)或多個(gè)設(shè)為網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器,其余無線終端燈節(jié)點(diǎn)設(shè)為路由器和/或終端設(shè)備,并分別與一個(gè)或多個(gè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器連接。本發(fā)明提出的基于ZigBee傳感網(wǎng)的無線照明控制系統(tǒng)及方法,可以減少人為能源浪費(fèi),能夠充分利用自然光實(shí)現(xiàn)節(jié)能目的;可以智能調(diào)光,系統(tǒng)將會(huì)按照預(yù)先設(shè)置的標(biāo)準(zhǔn)亮度使照明區(qū)域保持恒定的照度,而不受燈具效率降低和墻面發(fā)射衰減的影響,保持照度的一致性;可以根據(jù)不同場景需要,自動(dòng)調(diào)整室內(nèi)多種燈光組合與強(qiáng)度,使環(huán)境光線更為舒適。
文檔編號(hào)H05B37/02GK102123544SQ20101054875
公開日2011年7月13日 申請(qǐng)日期2010年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月16日
發(fā)明者丁程龍 申請(qǐng)人:上海亞明燈泡廠有限公司