ZigBee技术在室内照明控制系统的应用研究

【摘要】照明控制系统作为建筑系统中的子系统，同人们日常生活的联系也越来越紧密，它不仅直接影响人们生活环境的舒适度，而且也是电力能源的消耗大户。在能源问题日益严重的今天，如何降低能耗，提高生活环境的舒适度，实现对室内照明系统的智能控制成为大家日益关注的的焦点。ZigBee技术是无线通信技术领域最新的也是最具有发展前景的技术，而且与其他无线技术相比，传输距离远，能够组建大的网络，价格比较低，整体功耗也相对较低。为了解决解决传统室内照明控制系统高成本、高能耗、管理维护困难、灵活性差和不能扩展等问题，将ZigBee技术引入到室内照明控制系统，能够解决传统照明系统存在的问题。通过对室内照明控制系统背景和意义的分析，以及国内外照明控制系统的发展情况的比较，阐述了ZigBee技术在室内照明控制系统中的优势。设计了系统的总体方案，提出了GPRS无线网络与ZigBee技术结合的照明控制系统。本系统的整体结构分为5个部分：客户端界面、服务器、集中控制器、灯节点、手持遥控器。系统的基本工作原理是：PC客户端软件通过设定IP地址和网络端口号，与指定的服务器相连接；GPRS无线模块由STM32单片机控制，STM32单片机通过各种AT指令配置GPRS模块，使得GPRS模块能够与PC端客户端软件共用一个服务器；STM32单片机将接受到的GPRS消息通过串口经ZigBee协调器转发，在同一网络上的ZigBee终端灯节点接收到来自协调器的指令，并执行相应的命令控制和状态返回，相应的终端节点的消息也能够由协调器经STM32转发到GPRS模块；手持遥控器将按键值经ZigBee协调器转发来控制相应的终端灯节点。ZigBee技术是本论文的研究重点，通过对ZigBee技术的了解和分析，对ZigBee技术进行了软硬件的设计。系统主要通过ZigBee的自组无线网络，可以实现对大楼内每一盏灯的监控，以及各种数据的采集。主要包括了四个ZigBee模块：协调器、路由器、终端节点、手持遥控。协调器是整个无线网络的核心，主要负责网络的建立、维护以及与STM32进行串口通信；路由器能够完成消息的传递、实现对单灯的开关控制和PWM调光控制以及电流和光照强度检测；终端节点的作用与路由器相似，只是不具备路由器的消息传递功能；手持遥控主要通过4×4按键控制灯的开光和调光，能够增进整个系统的灵活性。在论文里将详细介绍每个ZigBee模块的硬件设计与软件设计。在该系统的测试实验中，主要从通讯距离、接收过程的丢包率、电流采样、PWM波控制等进行测试，对实验数据进行了对比和分析，结果表明本设计与传统的室内照明控制系统相比，智能化程度更高，扩展性更强，维护更加简便，解决了能源浪费等问题。
【作者】章洁；
【导师】毛祥根；
【作者基本信息】杭州电子科技大学，电路与系统，2014，硕士
【关键词】ZigBee技术；STM32；GPRS；

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