CN101175005A - 一种运用ZigBee实现智能无线灯光控制的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种运用ZigBee实现智能无线灯光控制的系统及方法，所述系统，包括有ZigBee控制网关和ZigBee灯具模块，两者之间通过ZigBee技术进行控制信息传递。所述方法包括如下步骤：步骤A，具有ZigBee无线信号收发功能的ZigBee控制网关和具有ZigBee无线信号收发功能的ZigBee灯具模块通过ZigBee技术进行注册过程的信息交互，完成灯光控制系统的组网；步骤B：所述ZigBee控制网关通过ZigBee技术向所述ZigBee灯具模块发送灯光控制指令，所述ZigBee灯具模块接收到所述灯光控制指令后执行。本发明简单可靠、系统待机时间长、价格低廉。

Description

一种运用ZigBee实现智能无线灯光控制的系统及方法

技术领域

本发明涉及一种运用ZigBee实现智能无线灯光控制的系统及方法。

背景技术

当前市场上具备灯光控制的无线技术较多，比如红外无线技术IrDA(Infrared Data Association)，也就是红外线数据组织、蓝牙、WLAN、IEEE802.11标准的无线局域网WLAN(WirelessLAN)、短距离低功耗的无线通信技术ZigBee等，根据目标运用对成本、功耗、组网复杂度、可靠性和功能复杂度等都有不同的要求。IrDA是一种红外视距无线传输技术，只适合点到点的传输，不适合对于多节点的互联、互控，而且点到点传输时中间不能有阻挡物，可靠性不高，所以IrDA不太适合于无线灯光控制系统的运用。蓝牙和WLAN虽然有较强的传输能力，但是多节点共存工作时互相之间干扰较大，较短的待机时间和相对高昂的价格也是阻碍它们运用到无线灯光系统上的重要障碍。

ZigBee的几大特点决定了其更适合组建智能无线灯光控制系统。首先，低功耗是ZigBee的最大特点，相比较蓝牙的数周、WLAN的数小时而言，ZigBee在两节5号干电池供电的情况下可以续航数月甚至数年之久。原因有两点，一是ZigBee本身是小功率器件，功耗较低；二是ZigBee网络中的传感器等节点、照明控制模块等电池供电终端设备大部分时间都处于睡眠状态，只有在激活或者定期的更新时才被唤醒工作。再者，ZigBee具有低成本的优势。ZigBee通过大幅简化通讯协议来压缩成本，它的协议不到蓝牙的十分之一，这样内存容量被减小、CPU性能要求降低，普通的8051单片机加上ZigBee无线模块就能够组成功能强大的无线节点。最后，ZigBee还有高容量和高安全的特点，Zigbee可采用星状、片状和网状网络结构，由一个主节点管理若干子节点，最多一个主节点可管理254个子节点；同时主节点还可由上一层网络节点管理，最多可组成65000个节点的大网，这样的网络结构十分适合无线灯光系统的运用。另外ZigBee还提供了三级安全模式：无安全设定、使用接入控制清单(ACL)防止非法获取数据、采用高级加密标准(AES128)的对称密码，以灵活确定其安全属性，良好的安全性也是控制系统所必需的。

基于ZigBee的无线灯光控制系统同时具有了超长待机时间、低成本、高容量和高安全性的特点，很适合展馆、家庭等多灯具设备场所的灯光无线控制。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种运用ZigBee实现智能无线控制的系统。

为了解决上述问题，本发明提供了一种运用ZigBee实现智能无线灯光控制的系统，包括有主控单元和被控单元，所述主控单元为ZigBee控制网关，所述被控单元为ZigBee灯具模块，两者之间通过ZigBee技术进行信息传递；

所述ZigBee控制网关用于接受所述ZigBee灯具模块的注册申请，以及向所述ZigBee灯具模块发送灯光控制指令；

所述ZigBee灯具模块用于向所述ZigBee控制网关申请注册，以及接收所述ZigBee控制网关的灯光控制指令并执行。

进一步地，所述ZigBee控制网关包括信息收发子模块、控制子模块和网络管理子模块，其中：

所述信息收发子模块，用于完成主控单元和被控单元之间的通信；

所述控制子模块，用于发出灯光控制指令并接收被控单元发送的控制指令执行反馈信息；

所述网络管理子模块，用于接收被控单元发送的入网申请信息、向被控单元发送允许入网的应答和网络配置信息。

进一步地，所述ZigBee灯具模块包括信息收发子模块、执行子模块和入网申请子模块，其中：

所述信息收发子模块与所述ZigBee控制网关的信息收发子模块进行信息通讯，用于完成被控单元和主控单元之间的通信；

所述执行子模块与所述ZigBee控制网关的控制子模块进行信息通讯，用于执行主控单元发送的控制指令，并发送指令执行反馈信息；

所述入网申请子模块与主控单元的网络管理子模块进行信息通讯，用于向主控单元发送入网申请，并根据主控单元发出的网络配置信息完成相应配置。

进一步地，所述ZigBee控制网关的信息收发子模块在发送控制指令时先检查链路质量和数据接收质量，如果不好，则先连接到附近已建立连接的子节点上的灯具模块，再通过路由的方式连接到指定的ZigBee灯具模块。

进一步地，所述ZigBee灯具模块的信息收发子模块在申请入网的通信受阻时，改变路径或更改灯具模块工作频段后，再次寻找ZigBee控制网关，如果还连接不到网关，则连接到附近相同模块，通过路由的方式连接到网关上去。

本发明要解决的另一个技术问题是提供一种运用ZigBee实现智能无线控制的方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种运用ZigBee实现智能无线灯光控制的方法，包括如下步骤：

步骤A，具有ZigBee无线信号收发功能的ZigBee控制网关和具有ZigBee无线信号收发功能的ZigBee灯具模块通过ZigBee技术进行注册过程的信息交互，完成灯光控制系统的组网；

步骤B：所述ZigBee控制网关通过ZigBee技术向所述ZigBee灯具模块发送灯光控制指令，所述ZigBee灯具模块接收到所述灯光控制指令后执行。

所述灯光控制指令包括唤醒指令、开关灯指令、亮度调节指令和定时指令。

进一步地，步骤A中，所述ZigBee灯具模块向所述ZigBee控制网关发送入网申请信息，如果通讯受阻，所述ZigBee灯具模块更改工作频段来再次寻找ZigBee控制网关；所述ZigBee控制网关收到所述入网申请信息后，允许所述ZigBee灯具模块入网并把网络配置信息发送到所述ZigBee灯具模块。

进一步地，如果所述ZigBee灯具模块更改工作频段后，还是连接不到所述ZigBee控制网关，所述ZigBee灯具模块通过路由连接到所述ZigBee控制网关附近已连接到所述ZigBee控制网关的ZigBee灯具模块，将所述申请信息发送到所述ZigBee控制网关。

进一步地，步骤B中，所述ZigBee控制网关的信息收发子模块在发送控制指令时先检查链路质量和数据接收质量，如果不好，则先连接到附近已建立连接的子节点上的灯具模块，再通过路由的方式连接到指定的ZigBee灯具模块。

本发明通过ZigBee来实现智能无线灯光控制的系统和方法，简单可靠、系统待机时间长、价格低廉。

附图说明

图1是本发明ZigBee实现智能无线控制的方法的流程图。

图2是本发明ZigBee实现智能无线灯光控制的系统的硬件架构示意图。

图3是本发明一个实施例的应用场景示意图。

图4是本发明一个实施例的工作流程图。

具体实施方式

本发明的目的在于，基于ZigBee成熟的技术背景，提供一种通过ZigBee无线技术实现智能无线灯光控制的系统及方法。具体来说，就是通过ZigBee的无线组网技术把系统中的设备自组织到可以自动配置和自我修复的无线网络中，从而实现智能无线灯光控制系统的具体实现方法。所述设备，包括主控单元和被控单元。所述主控单元，可以是具有收发信息和ZigBee控制功能的控制网关；所述被控单元，可以是具有收发信息和执行控制命令动能的照明传感器，也就是灯具模块。

下面结合附图对技术方案的实施作进一步的详细描述。

如图2和图3所示，本发明基于ZigBee无线技术的智能无线灯光控制系统，包括主控单元和被控单元。主控单元和被控单元信息传递都是由ZigBee无线技术完成的。

所述主控单元为ZigBee控制网关，具有ZigBee无线控制信号收发功能，是系统中的主节点。进一步包括信息收发子模块、控制子模块和网络管理子模块：

所述信息收发子模块用于完成主控单元和被控单元之间的通信，在发送控制指令时先检查链路质量和数据接收质量，如果不好，则先连接到附近已建立连接的子节点上的灯具模块，再通过路由的方式连接到指定的ZigBee灯具模块。

所述控制子模块，用于发出灯光控制指令，如发送唤醒、开关灯、亮度调节和定时等指令，并可接收被控单元发送的控制指令执行反馈信息。

所述网络管理子模块，用于接收系统中被控单元发送的入网申请信息，向被控单元发送允许入网的应答，同时将网络配置信息发到ZigBee灯具模块。

所述被控单元为多个受控ZigBee灯具模块，是系统中的子节点。进一步包括信息收发子模块、执行子模块和入网申请子模块。

所述信息收发子模块用于完成被控单元和主控单元之间的通信，在申请入网的通信受阻时，改变路径或更改灯具模块工作频段(扩大或改变射频)后，再次寻找ZigBee控制网关，如果还连接不到网关，则连接到附近相同模块，通过路由的方式连接到网关上去。

所述执行子模块，用于执行主控单元发送的控制指令，实现对自动的无线灯光控制，并发送指令执行反馈信息。

所述入网申请子模块，用于向ZigBee控制网关发送入网请求，并根据主控单元发出的网络配置信息完成相应配置，建立与ZigBee控制网关之间的通讯链路。

所述主控单元和被控单元的配置和工作过程如下：各个模块上电后进行自检、初始化，随后便可在非人工干预下自动完成组网，最后便开始控制信息的传递、控制指令的执行等任务。如图1所示，ZigBee控制网关向ZigBee灯具模块发送控制指令，被控单元执行所述控制指令。

本实施例中，运用ZigBee技术实现智能无线灯光控制的方法，具体如图4所示。

第一步，ZigBee控制网关和ZigBee灯具模块上电自检、初始化后，ZigBee灯具模块向ZigBee控制网关申请入网，ZigBee控制网关收到所述入网申请信息后，发送应答允许信息并把网络配置信息发送到所述ZigBee灯具模块，该灯具模块完成相应配置，入网成功后，完成组网；

灯具模块申请入网过程具体如下：首先ZigBee灯具模块会寻找ZigBee控制网关模块并申请入网，这个过程中如果通讯受阻，ZigBee灯具模块会通过扩大和缩小射频频段来更改工作频段，并再次寻找ZigBee控制网关；如果还是连接不到网关，ZigBee灯具模块会通过改变路径，也就是通过路由的方式连接到网关附近的、已连接到网关上去的子节点上的灯具模块。

第二步：ZigBee控制网关把灯光控制指令发送到指定的ZigBee灯具模块；

ZigBee控制网关在发送控制指令之前，会检查链路质量或数据接收质量，按照被控单元和主控单元已建立的网络连接来发送控制指令。即，如果链路质量不好，就先连接到附近已建立连接的子节点上的灯具模块，再通过路由的方式连接到指定的ZigBee灯具模块；如果链路质量好，就直接发送。

所述控制指令包括唤醒、开关灯、亮度调节和定时等指令。

第三步，ZigBee灯具模块执行来自ZigBee控制网关的控制指令；

第四步，ZigBee灯具模块执行完来自ZigBee控制网关的指令后，向控制网关发送指令执行反馈信息。

上述步骤实现了无线控制灯光的目的，整个ZigBee智能无线灯光控制系统便完成了一个工作周期。

控制网关和灯具模块间的信息传递是可逆，能保证控制信息和反馈信息的双向传递。

本发明方便地通过ZigBee来实现智能无线灯光控制的系统和方法，从实现机制和流程来看，整个过程简单可靠、成本低廉，运用先进的ZigBee无线技术来实现智能无线灯光控制系统具有长待机时间、价格低廉、可靠性高的特点，是一种实现灯光无线控制系统的优良方案。

本发明的运用ZigBee实现智能无线控制的系统和方法，还可以应用到其它如声音控制、图像控制等。

应当理解的是，对本发明所在领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其构思进行相应的等同改变或替换，而所有这些改变或替换，都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种运用ZigBee实现智能无线灯光控制的系统，包括有主控单元和被控单元，其特征在于：

所述主控单元为ZigBee控制网关，所述被控单元为ZigBee灯具模块，两者之间通过ZigBee技术进行信息传递；

所述ZigBee控制网关用于接受所述ZigBee灯具模块的注册申请，以及向所述ZigBee灯具模块发送灯光控制指令；

所述ZigBee灯具模块用于向所述ZigBee控制网关申请注册，以及接收所述ZigBee控制网关的灯光控制指令并执行。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，

所述ZigBee控制网关包括信息收发子模块、控制子模块和网络管理子模块，其中：

所述信息收发子模块，用于完成主控单元和被控单元之间的通信；

所述控制子模块，用于发出灯光控制指令并接收被控单元发送的控制指令执行反馈信息；

所述网络管理子模块，用于接收被控单元发送的入网申请信息、向被控单元发送允许入网的应答和网络配置信息。

3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述ZigBee灯具模块包括信息收发子模块、执行子模块和入网申请子模块，其中：

所述信息收发子模块与所述ZigBee控制网关的信息收发子模块进行信息通讯，用于完成被控单元和主控单元之间的通信；

所述执行子模块与所述ZigBee控制网关的控制子模块进行信息通讯，用于执行主控单元发送的控制指令，并发送指令执行反馈信息；

所述入网申请子模块与主控单元的网络管理子模块进行信息通讯，用于向主控单元发送入网申请，并根据主控单元发出的网络配置信息完成相应配置。

4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，

所述ZigBee控制网关的信息收发子模块在发送控制指令时先检查链路质量和数据接收质量，如果不好，则先连接到附近已建立连接的子节点上的灯具模块，再通过路由的方式连接到指定的ZigBee灯具模块。

5.如权利要求3所述的系统，其特征在于，

所述ZigBee灯具模块的信息收发子模块在申请入网的通信受阻时，改变路径或更改灯具模块工作频段后，再次寻找ZigBee控制网关，如果还连接不到网关，则连接到附近相同模块，通过路由的方式连接到网关上去。

6.一种运用ZigBee实现智能无线灯光控制的方法，包括如下步骤：

步骤A，具有ZigBee无线信号收发功能的ZigBee控制网关和具有ZigBee无线信号收发功能的ZigBee灯具模块通过ZigBee技术进行注册过程的信息交互，完成灯光控制系统的组网；

步骤B：所述ZigBee控制网关通过ZigBee技术向所述ZigBee灯具模块发送灯光控制指令，所述ZigBee灯具模块接收到所述灯光控制指令后执行。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述灯光控制指令包括唤醒指令、开关灯指令、亮度调节指令和定时指令。

8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，

步骤A中，所述ZigBee灯具模块向所述ZigBee控制网关发送入网申请信息，如果通讯受阻，所述ZigBee灯具模块更改工作频段来再次寻找ZigBee控制网关；所述ZigBee控制网关收到所述入网申请信息后，允许所述ZigBee灯具模块入网并把网络配置信息发送到所述ZigBee灯具模块。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，

如果所述ZigBee灯具模块更改工作频段后，还是连接不到所述ZigBee控制网关，所述ZigBee灯具模块通过路由连接到所述ZigBee控制网关附近已连接到所述ZigBee控制网关的ZigBee灯具模块，将所述申请信息发送到所述ZigBee控制网关。

10.如权利要求6所述的方法，其特征在于，

步骤B中，所述ZigBee控制网关的信息收发子模块在发送控制指令时先检查链路质量和数据接收质量，如果不好，则先连接到附近已建立连接的子节点上的灯具模块，再通过路由的方式连接到指定的ZigBee灯具模块。

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