1、基于zigbee技術(shù)的無(wú)線燈光控制系統(tǒng)的研究摘要：本文提出了一種基于zigbee技術(shù)的無(wú)線燈光控制系統(tǒng)的方案。介紹了該系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)框架，并詳細(xì)分析了硬件電路的設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)應(yīng)用的是TI公司的cc2430芯片。本文利用protelDXP設(shè)計(jì)了終端節(jié)點(diǎn)和協(xié)調(diào)器的pcb電路，并在IAR嵌入式軟件中用C代碼實(shí)現(xiàn)了無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的組成。測(cè)試結(jié)果表明無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的終端節(jié)點(diǎn)或路由器節(jié)點(diǎn)由協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)控制，該協(xié)調(diào)器能遠(yuǎn)程實(shí)現(xiàn)無(wú)線燈光控制。關(guān)鍵詞：無(wú)線燈光系統(tǒng)；zigbee；pcb；wsn1. 簡(jiǎn)介隨著物聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)，提升網(wǎng)絡(luò)的原則正在引領(lǐng)一種新的日常網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，即零網(wǎng)絡(luò)。作為一種新的短距離的無(wú)線技術(shù)，zigbee旨在解

2、決不同硬件設(shè)備之間的網(wǎng)絡(luò)功能，在工業(yè)控制，醫(yī)療和智能家居有很大的應(yīng)用潛力。為了實(shí)現(xiàn)不同硬件設(shè)備之間網(wǎng)絡(luò)傳輸，我們建立了無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)線燈光控制。本文給出了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用，并給出了詳細(xì)的分析。2. 系統(tǒng)方案系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)包括硬件和軟件。圖1是無(wú)線燈光控制系統(tǒng)的系統(tǒng)框架。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)有三種類型節(jié)點(diǎn)，即協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)，路由器節(jié)點(diǎn)和終端節(jié)點(diǎn)。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)是靠使用CC2430 zigbee模塊。協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)是控制中心，負(fù)責(zé)建立整個(gè)網(wǎng)絡(luò)。燈光模塊作為終端節(jié)點(diǎn)或者路由節(jié)點(diǎn)能夠給協(xié)調(diào)器或者另一個(gè)路由器發(fā)送信息。實(shí)現(xiàn)下位機(jī)編程之后，協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)能夠處理來(lái)自路由器和終端節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)。它意味著協(xié)調(diào)器類似一個(gè)開(kāi)關(guān)在網(wǎng)絡(luò)中

3、控制燈光。路由節(jié)點(diǎn)扮演者傳輸數(shù)據(jù)的功能，它是一個(gè)能夠接受和發(fā)送數(shù)據(jù)的全功能設(shè)備。終端節(jié)點(diǎn)是精簡(jiǎn)功能設(shè)備，具有發(fā)送或者接受功能。為了便于管理和處理數(shù)據(jù)，協(xié)調(diào)器通常是通過(guò)rs-232與計(jì)算機(jī)通信的。通過(guò)控制中心，我們能夠很好地查看網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)和處理在任何時(shí)候我們需要的問(wèn)題。在本文中，無(wú)線控制主要靠下位機(jī)通過(guò)c代碼實(shí)現(xiàn)的。利用zigbee樹(shù)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)作為控制中心的控制軟件和GUI（圖形用戶界面）將是我們考慮的下一個(gè)重點(diǎn)。3. 硬件設(shè)計(jì)3.1. 按鍵燈光控制電路為了開(kāi)發(fā)整個(gè)燈光控制系統(tǒng)，所有與網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的電路必須進(jìn)行設(shè)計(jì)和測(cè)試。為了實(shí)現(xiàn)這一部分功能，Protexl DXP2004是首選的設(shè)計(jì)工具。接下來(lái)我們

4、主要演示一下整體硬件系統(tǒng)的全局設(shè)計(jì)。所有的元件的參數(shù)例如電阻和電容的參數(shù)值都被精確的設(shè)定。圖2顯示的是整個(gè)燈光按鍵控制系統(tǒng)的電路，包括JP1和JP2模塊和JTAG模塊。JP1和JP2是具有雙重線，40個(gè)引腳的CC2430芯片的光模塊插槽。為了是電路能夠被編譯，具有10個(gè)針腳的JTAG模塊是必須需要的。S8是復(fù)位按鍵。圖3是用來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)線控制的控制電路。這部分電路包括六個(gè)開(kāi)關(guān)，一個(gè)電容，和一些電阻。在不同的傳感器節(jié)點(diǎn)之間S1用來(lái)代表上，S2代表向右。根據(jù)開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)上不同的電壓值，CC2430能夠判斷哪個(gè)開(kāi)關(guān)被壓下。當(dāng)一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)加入到Zigbee 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中，開(kāi)關(guān)S5將被使用。相反，如果一個(gè)傳感器

5、節(jié)點(diǎn)退出網(wǎng)絡(luò)，S5將被再次使用。S1是協(xié)調(diào)器控制開(kāi)關(guān)，能夠控制在終端節(jié)點(diǎn)或者路由器上的燈。通過(guò)這個(gè)方法，在不同終端節(jié)點(diǎn)或者路由節(jié)點(diǎn)上的燈光能被在協(xié)調(diào)器上的開(kāi)關(guān)控制。在下一部分將會(huì)給出PCB電路制作和測(cè)試結(jié)果的分析。3.2. PCB設(shè)計(jì)和3D視圖完成了電路原理圖的設(shè)計(jì)之后，下一步將是如何把電路設(shè)計(jì)變成電路板(PCB)。為了解決這個(gè)問(wèn)題，首先要解決所有元器件和設(shè)備的封裝問(wèn)題。根據(jù)使用芯片的數(shù)據(jù)手冊(cè)，所有元器件的引腳參數(shù)必須用游標(biāo)卡尺測(cè)量。我們的印刷電路板包括兩層即頂層和底層。頂層板用來(lái)放主要器件，底層板用來(lái)放電源。經(jīng)過(guò)自動(dòng)和手動(dòng)布線，設(shè)計(jì)規(guī)則檢查無(wú)錯(cuò)誤，最終PCB板如圖4所示。從PCB板上看，我們

6、的電路設(shè)計(jì)是成功的。圖5是板子的3D視圖。當(dāng)制作結(jié)束時(shí)，我們會(huì)看到最終的板。3.3. 制作PCB完成設(shè)計(jì)之后，我們提交PCB給廠家制作。圖6是焊接完所有元器件后的最終電路板圖。測(cè)試結(jié)果將在第五節(jié)中討論。4. 下位機(jī)編程4.1. 編程工具IAR嵌入式工作平臺(tái)下位機(jī)軟件編程時(shí)整個(gè)zigbee網(wǎng)路的核心部分。沒(méi)有軟件平臺(tái)，硬件系統(tǒng)不能做任何事情，更不要說(shuō)實(shí)現(xiàn)信息的交互。為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)工作，我們用C代碼寫了很多功能來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)線信息和數(shù)據(jù)的傳輸。最后我們把C代碼CC2430的128KB的flash閃存中。CC2430芯片里的微控制器能夠運(yùn)行由C代碼編譯的exe文件來(lái)建立無(wú)線燈光控制網(wǎng)絡(luò)。所有這些任務(wù)在I

7、AR軟件中都成功的編譯了。4.2. 按鍵燈光控制算法實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信不是一件簡(jiǎn)單的事情。相反，它需要寫大量的C代碼。為了滿足網(wǎng)絡(luò)的要求，我們只分析無(wú)線燈光控制的按鍵算法。圖7是按鍵燈光控制的流程圖。首先，按鍵初始化，用C代碼寫功能函數(shù)來(lái)監(jiān)測(cè)哪些按鍵按下和處理事件。然后，根據(jù)事件處理結(jié)果，燈光終端設(shè)備或者路由器將會(huì)發(fā)送數(shù)據(jù)請(qǐng)求。如果這個(gè)過(guò)程沒(méi)有問(wèn)題，協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)將會(huì)發(fā)送控制命令給終端節(jié)點(diǎn)或路由器。在終端節(jié)點(diǎn)或者路由節(jié)點(diǎn)上的燈將會(huì)亮或者閃爍。在下一節(jié)，我們將看到實(shí)驗(yàn)結(jié)果的討論。5. 系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果分析5.1. 硬件系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)分析旨在解決問(wèn)題，同時(shí)設(shè)計(jì)關(guān)注于對(duì)問(wèn)題有創(chuàng)造新解決方案。所有的設(shè)計(jì)問(wèn)題解決之后，下一

8、步就在于如何利用硬件創(chuàng)建一個(gè)zigbee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。基于在IAR工具上的編程完成，我們建立了zigbee無(wú)線燈光控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。圖8顯示了硬件網(wǎng)絡(luò)。在三個(gè)板子中一個(gè)扮演了協(xié)調(diào)器功能，另外兩個(gè)分別扮演終端節(jié)點(diǎn)和路由器功能。我們用這三個(gè)模塊建立了無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。5.2. 測(cè)試結(jié)果圖8顯示的是測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。藍(lán)色的LED燈是電源指示燈。協(xié)調(diào)器是網(wǎng)絡(luò)的控制中心。路由和終端節(jié)點(diǎn)都被協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)控制。當(dāng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通過(guò)下位機(jī)編程成功建立之后，協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)顯示zigbee網(wǎng)絡(luò)的ID作為控制節(jié)點(diǎn)。在終端節(jié)點(diǎn)和路由節(jié)點(diǎn)設(shè)備中，紅燈代表網(wǎng)絡(luò)連接成功，綠燈表示被控制的燈。在上一節(jié)討論的在協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)上的開(kāi)關(guān)S5能夠控制終端節(jié)點(diǎn)和路由節(jié)點(diǎn)上的綠燈，同時(shí)開(kāi)關(guān)S5能夠控制加入還是退出網(wǎng)絡(luò)。圖8綠燈亮表示終端節(jié)點(diǎn)和路由節(jié)點(diǎn)被協(xié)調(diào)器控制著。在路由上的S5開(kāi)關(guān)按下表示退出網(wǎng)絡(luò)。6. 結(jié)論和未來(lái)展望本文中，我們成功的利用硬件搭建zigbee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)控制燈光并給出了測(cè)試結(jié)果。從圖8的測(cè)試結(jié)果