基于zigbee和模糊控制的新型室内照明控制系统设计

《基于zigbee和模糊控制的新型室内照明控制系统设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、基于ZigBee和模糊控制的新型室内照明控制系统设计0引言随着2009年哥本哈根气候变化会议的召开，全世界都在提倡更加节能环保的生活方式。抑制碳排放、应对气候变化的重要措施之一就是发展室内照明控制系统，提高照明效率。近年来，国内外针对室内照明控制系统开展了大量的研究。ZigBee无线传感网络与模糊控制技术分别被引入室内照明控制的研究中，为室内照明控制的进一步研究提供了良好的思路，但结合两者构建的室内照明控制系统还并不多见。本文结合ZigBee无线传感网络与模糊控制技术，设计了新型室内照明控制系统。由于自然光可提供室内部分或全部的照明需要，该系统充分利用自然光，通过对百

2、叶窗旋转角度的控制，引入自然光作为光源，人工照明为补充，从而使室内照明既可以满足人们对照明的需要，又可以达到节能的目的。1系统总体设计整个系统由ZigBee无线传感器网络、基站和远程监控中心组成，总体结构如图1所示。每个房间都布置有检测环境信息的传感器、自然光控制器和人工照明控制器。通过传感器采集房间的照度、人员位置等各个环境信息，并经由Zig2Bee无线传感器网络传输至基站PC机。基站PC机对相关信息自动进行分析处理，计算房间所需引入自然光量及补充的人工照明量，确定照明模式，并通过ZigBee无线传感器网络将结果输出，以控制人工照明控制器和自然光控制器的工作，从而实

3、现室内照明的自动控制。基站PC机还可以实时显示各个设备的相关信息，并通过无线通信方式将信息传输到用户手中（远程监控中心）。图1　系统总体结构图在该系统中，ZigBee无线传感器网络采用星状网络拓扑结构，节点分为四类：传感器节点、控制器节点、路由节点和协调器节点。传感器节点嵌入多种传感器，用于读取并传输照明控制所需的相关环境信息。控制器节点嵌入自然光控制板和人工照明控制板，以控制引入的自然光量和补充的人工照明量；此外，控制器节点还有中断响应功能，能够处理用户的控制指令。路由节点接收该房间传感器节点采集的相关信息，并将其传输至协调器节点，再将协调器节点的控制指令传输至传感

4、器节点和控制器节点。协调器节点与基站PC机通过RS2232串口相连接，用于所有网络节点的地址分配和管理，并能够监控各种信息的发送与接收。基站负责控制整个网络，既需要完成无线传感器网络节点信息的采集，又需要完成所采集信息的分析处理及控制输出，以完成室内照明的模糊控制，并达到节能的目的。通过PC机软件用户界面，显示整个系统网络的拓扑结构图和各节点的工作状况及采集的实时数据信息；查询各个房间的历史及实时数据；具有远程设置功能，用户可通过远程监控中心设置某些房间的照明模式，如全开/全关等；同时还具备设备管理和用户管理等功能，软件可实时更新设备和无线传感网络节点信息，具有设备更

5、新的自适应能力，并通过用户管理保证了系统使用的安全性。　　2ZigBee网络节点设计ZigBee网络节点设计是硬件设计的核心，该系统节点采用模块化设计，4种节点采用共同的核心模块，不同类型节点配以不同的扩展模块。网络节点以Freescale公司的MC13192芯片和Philip公司的LPC2138芯片为核心构成了核心板。MC13192具有一个优化的数字核心，能够帮助降低MCU处理功率，并缩短其执行周期。除了接收、发送和空闲3种工作状态外，芯片还有3种低功耗运行模式：掉电模式、睡眠模式、休眠模式。其工作频率是2.405~2.480GHz,并在频带内划分16个信道，每个信

6、道占用5MHz的带宽，采用直接序列扩频的通信技术，数据传输速率为250kb/s.芯片采用可编程功率输出模式，发送功率为0~4dBm,接收灵敏度可以达到92dBm,传输距离为30~70m.LPC2138芯片是支持实时仿真和嵌入式跟踪的32bit ARM 7微控制器。它带有512KB嵌入的高速Flash存储器和32KB片内静态RAM以及多个串行接口，2个8通道10bitA/D转换器，1个D/A转换器和47个GPIO,以及多达9个边沿或电平触发的外部中断。LPC2138有两种低功耗模式：空闲模式和掉电模式。由于具有较小的封装和极低的功耗，使LPC2138可以理想地与MC13

7、192结合，作为基于ZigBee技术的无线传感器网络节点。LPC2138和MC13192通过SP I总线连接。LPC2138通过4线SPI接口对MC13192的内部寄存器进行读写操作，从而完成对MC13192的控制以及数据通信。由传感器输出的模拟信号经过8通道10bitA/D变换后输入到LPC2138中，LPC2138将传感器采集的信号经处理后从天线发射出去。对传感器的控制信号可以从天线接收进来，经过解调、解扩得到原始的数据，再通过SPI传送到LPC2138上，经过LPC2138判断处理后通过GPIO口传送到传感器上，以实现对传感器的控制。核心板与各