CN102523648A - 一种基于ZigBee的智能照明灯控制系统及其方法 - Google Patents

一种基于ZigBee的智能照明灯控制系统及其方法 Download PDF

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陈厚文
梁志明
黄鹏飞
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Abstract

本发明公开了一种基于ZigBee的智能照明灯控制系统及其方法，本系统包括：中央控制器、区域联网监控器和智能电子开关终端，ZigBee无线网络各子网的区域联网监控器负责管理本子网内的各个智能电子开关终端，并将信息传输给中央控制器或接收中央控制器发送的指令，其特征在于，智能电子开关终端还包括智能电子驱动装置和由AD模数拨码开关来设置节点IEEE地址的ZigBee模块，并由ZigBee模块发送信号控制与之相连的智能电子驱动装置。本发明可以根据输入的AD拨码来对ZigBee网络进行自动管理。

Description

一种基于ZigBee的智能照明灯控制系统及其方法
技术领域
本发明涉及ZigBee技术领域，具体是一种基于ZigBee的智能照明灯控制系统及其方法。
背景技术
目前，如大中型的办公楼宇、智能家庭的室内照明网络系统大多数是采用综合布线技术的有线网络，对室内的各类灯光的控制依靠对供电线路的开关进行。若要对灯光网络进行集中的控制和管理，则由布线所带来的材料成本和时间开销将大大增加，不仅施工复杂，灵活性不够，而且还存在布线混乱，线路老化，维护难度大，影响智能照明的应用，又由于智能照明方面，业界一直都没有一个统一的标准，因此也更增加了后期维护的难度。传统的室内照明系统存在着种种弊端，很难满足人们对舒适性和节能的需求。
传统的室内照明的弊端有：
1、管理困难大：针对大中型的办公楼宇系统，少则有几十间房间，多则上百间房间，室内照明系统属于人为化的管理，无法做到实时监控或者无人监控，无法获知各房间内各灯具的亮灭信息和损坏情况，楼层管理人员必须要对办公楼宇进行巡逻，观察每个房间的是否有灯还亮着，采用手动开关，一路一路的开闭。
2、能源浪费：现代家居和办公环境中，照明灯具数量使用越来越多，人们通常在办公下班或者家居外出的时候，忘记关灯，房间处于没人状态，但“灯火通明”，造成了大量的能源浪费。
3、布线问题：灯具数量的增加，要布置多点的控制开关，开关之间的电缆连线随之增多，使线路的安装就变得非常复杂，工程施工难度大大增加，而且增加企业成本，电缆线路长久会老化，不够环保。
近年，现代短距离无线通信技术、计算机技术得到高速发展，自动控制技术、传感技术逐渐被广泛的应用在楼宇自动化和智能家庭上。其中，以ZigBee无线传感器网络（Wireless Sensor Network）技术尤为突出，为照明监控领域提供了一个新的方案。因此，采用无线方式构建一种高环保、灵活便捷的新型室内照明控制网络，具有广阔的市场前景和应用潜力。
根据ZigBee协议规范，每个ZigBee网络只允许有一个协调器存在，并具有唯一独立的PAN ID网络编号，若一个ZigBee网络检测到已经有另外一个网络使用了相同的PAN ID号，会自动识别出来，并自动转换到一个新的未被使用的PAN ID上面，PAN ID可以在程序中手动设置。为了防止不同的家庭或者不同楼层之间的相互干扰，必须要用不同的PAN ID号组建不同的ZigBee网络，各网络间相互独立，不受影响，用这种不同的方式来区分不同的家庭或不同楼层。在大型的办公楼宇或者酒店里面，灯光数量有一定的规模时候，为了使网络更加健全、可靠、稳定，需要把不同楼层的规划成多个不同的网络，或者把有一定数量房间的灯具规划成一个网络，方便管理和维护。针对这么多的ZigBee网络，特别是针对大工厂对大工程批量生产的需求，PAN ID号不可能每个都用手动在程序里面设置，所以需要有一个适合的建网方式和管理网络的制度和策略，这样可以保证整个系统有序的运作起来。
发明内容
本发明的目的在于针对现有ZigBee网络管理技术存在的不足，提供一种基于ZigBee的智能照明灯控制系统及其方法，本发明可以根据输入的AD拨码来对ZigBee网络进行自动管理。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案包括：
一种基于ZigBee的智能照明灯控制系统，包括：中央控制器、区域联网监控器和智能电子开关终端，ZigBee无线网络各子网的区域联网监控器负责管理本子网内的各个智能电子开关终端，并将信息传输给中央控制器或接收中央控制器发送的指令，其特征在于，智能电子开关终端还包括智能电子驱动装置和由AD模数拨码开关来设置节点IEEE地址的ZigBee模块，并由ZigBee模块发送信号控制与之相连的智能电子驱动装置。
所述ZigBee模块集成了一个射频放大芯片。
所述智能电子驱动装置由光耦隔离和固态继电器组成。
一种基于ZigBee的智能照明灯控制方法，包括如下步骤：ZigBee模块内的射频芯片检测到AD模数拨码开关的AD值，并把AD值写入ZigBee模块的IEEE地址中的PAN ID和Personal ID两部分，其中IEEE地址的第一字节和第二字节写入Personal ID，第三字节和第四字节写入PAN ID，每个ZigBee模块从IEEE地址中提取PAN ID号和Personal ID号，并作为每个ZigBee模块的唯一身份标识，具有相同PAN ID号的ZigBee模块组成一个子网，并由具有相同PAN ID号的区域联网监控器负责管理，并将信息向中央控制器汇报或接收中央控制器发送的指令，并将该指令发送给本子网内的各ZigBee模块，再由ZigBee模块内的射频芯片控制与各ZigBee模块相连的智能电子驱动装置。
与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：
（1）10位AD拨码管理网络：使用AD拨码进行身份标识，使每个ZigBee节点都有唯一的IEEE地址，不会因IEEE地址的重复使楼宇管理人员混淆，节点组网采取读取AD拨码值中的前4位作为PAN ID来建立或者加入网络，后6位作为子网里面的唯一标识。AD拨码对大工程大批量生产，省去了每个节点烧写地址后，贴上标签的麻烦，对生产有很好的实用性；
（2）ZigBee模块集成功率放大器：ZigBee发射前端增添了射频发射芯片，增加ZigBee的发射距离和穿透能力，尤其在室内楼宇中，遮挡物的种类千奇百样，遮挡不均匀，使信号分散不强，因此增加功率放大可以有效的增强发射信号，而且减少了增加路由节点作为中继器的开销成本，节约了资源和环保；
（3）ZigBee与日光灯的结合：传统的楼宇和传统的家庭使用的灯具绝大部分是使用日光灯，使用ZigBee与日光灯的结合，可以使无线照明走进千家万户，具有很广泛的应用市场。传统的楼宇和传统的家庭不需要更新灯具，不需要重新布线装修，只需要简单的连接ZigBee无线节点，就可以使用了，装卸快捷，维护维修方便。
附图说明
图1是本发明基于ZigBee的智能照明灯控制系统结构示意图；
图2是本发明电子开关终端结构示意图；
图3是本发明ZigBee模块的结构示意图；
图4是本发明区域联网监控器的连接图。
具体实施方式：
下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述，但本发明的实施方式不限于此，对于未特别注明的工艺参数，可参照常规技术进行。
如图1所示，主要包括有Internet有线通信网络、GPRS无线通信网络、ZigBee通信网络、其中ZigBee无线网络节点主要包括：区域联网监控器和电子开关终端。Internet有线通信网络是基于服务器通过TCP/IP与远程的多个区域联网监控节点进行信息交换，组成C/S架构，服务器获得ZigBee网络各节点的配置信息并保存到数据库中，客户端可以通过浏览器访问服务器的信息，并实时监控ZigBee网络的情况，组成了B/S架构。个人终端PDA可以通过通用分组无线服务技术GPRS，接入Internet网络，也通过浏览器访问服务器的信息，可以随时随地的在户外监控室内日光灯的情况。ZigBee无线网络，分为N个子网络，方便管理，各子网络间是不相干扰，在每个网络中，使用功能节点协调器作为区域联网监控节点，分配一个独一无二的PAN ID号和一个静态的IP地址和服务器进行TCP/IP通信，管理一个区域的日光灯子系统，同时也作为ZigBee网络和Internet网络的接入网关，将不同PAN ID号的ZigBee网络接入到Internet中，在ZigBee网络中属于一级网络；使用功能节点路由器作为智能旋钮控制节点和智能电子终端开关节点，路由节点直接采用对等方式建网，通信响应时间快且具有路由功能又不浪费节点，构成ZigBee的二级网络。
如图2所示，电子开关终端主要包括了一个ZigBee模块，和一个日光灯的智能电子驱动装置，智能电子驱动装置中包含有日光灯的驱动和在固态继电器(SSR)的前端驱动电路中添加二级光电耦合和保护二极管作三级保护电路，用来保护因日光灯启动瞬间产生巨大的电压浪涌对CC2430芯片I/O引脚造成冲击，防止发生死机情况。
如图3所示，ZigBee模块上集成了一个10位的AD拨码开关和RF前端功率放大器，10位的AD拨码开关实现ZigBee的网络管理和身份划分功能，可以很方便地动态建立、维护和管理ZigBee网络。系统大小是可以到达1024个节点，分为16个子网，每个子网最多可以容纳64个节点。具有相同PAN ID号的节点组成一个子网，区域联网监控节点属于子网64个子节点中的一个，使用区域联网监控节点来管理本子网络的剩余节点，把自己管辖范围内的节点的信息向服务器汇报。ZigBee模块使用10位的拨码开关来检测PAN ID号，分3路的AD输入CC2430射频芯片，通过10位的拨码开关来设置AD输入值，把10位的拨码开关分成4位和6位分别检测，其中前4位作为PAN ID号，后6位作为Personal ID号，ZigBee模块就把读到的10位拨码分别写进ZigBee协议栈规定的64位IEEE地址中的低4个字节，前两个字节装载Personal ID号，后两个字节装载PAN ID号，ZigBee就是读取装载后的PAN ID号作为建网或入网ID号进行自组织网络，不同的PAN ID号，就自然而然的分属于不同的ZigBee网络，相互不形成干扰，这样工程人员就可以动态的分配和管理ZigBee模块的标识。AD拨码开关设定ZigBee节点的IEEE地址，使IEEE地址具有唯一性，不至于让管理人员混淆。
如图4所示，区域联网监控器主要包括一个ZigBee模块和一个TCP/IP模块，两个模块主要是靠串口通信交换信息，TCP/IP模块负责接收服务器的发送下来的配置命令和控制命令，解包并从串口发送出去，ZigBee模块负责串口接收TCP/IP模块的串口信息，接收信息后，进行解包，设置和响应。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于ZigBee的智能照明灯控制系统，包括：中央控制器、区域联网监控器和智能电子开关终端，ZigBee无线网络各子网的区域联网监控器负责管理本子网内的各个智能电子开关终端，并将信息传输给中央控制器或接收中央控制器发送的指令，其特征在于，智能电子开关终端还包括智能电子驱动装置和由AD模数拨码开关来设置节点IEEE地址的ZigBee模块，并由ZigBee模块发送信号控制与之相连的智能电子驱动装置。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述ZigBee模块集成了一个射频放大芯片。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述智能电子驱动装置由光耦隔离和固态继电器组成。
4.一种基于ZigBee的智能照明灯控制方法，其特征在于，包括如下步骤：ZigBee模块内的射频芯片检测到AD模数拨码开关的AD值，并把AD值写入ZigBee模块的IEEE地址中的PAN ID和Personal ID两部分，其中IEEE地址的第一字节和第二字节写入Personal ID，第三字节和第四字节写入PAN ID，每个ZigBee模块从IEEE地址中提取PAN ID号和Personal ID号，并作为每个ZigBee模块的唯一身份标识，具有相同PAN ID号的ZigBee模块组成一个子网，并由具有相同PAN ID号的区域联网监控器负责管理，并将信息向中央控制器汇报或接收中央控制器发送的指令，并将该指令发送给本子网内的各ZigBee模块，再由ZigBee模块内的射频芯片控制与各ZigBee模块相连的智能电子驱动装置。
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