基于Zigbee无线通信协议的智能灯光控制系统设计

摘要：文章以楼宇自动化中教室照明系统为对象，介绍了以ZigBee为无线通信协议，以STM32W108为处理器，开发的一种基于ZigBee无线通信协议的智能灯光控制系统。该系统主要由智能灯光节点、网关节点和数据中心(主控制室)三个部分组成，其中智能灯光节点通过光亮度传感器和红外线传感器的数据采集，智能调节一定区域内的灯光(系统判定无人的情况下)，并且可以通过无线传感网络转发给网关节点，最后把数据传输到主控制室，从而达到对教室照明系统的智能控制。
关键词：ZigBee协议；STM32W108微处理器；智能灯光节点；光亮度传感器

0 引言
照明设备在日常生活中是必不可少的，而对于照明系统的控制，一直是楼宇控制系统中至关重要的部分。然而，随着经济的飞速发展，能源短缺问题日益突出，但是目前，在很多大中专院校、企业办公大楼、政府机关单位及医院等一些公共场所，普遍存在着室内无人却“灯火通明”的现象，这种现象造成了严重的资源浪费，节约照明所用的电能已经成为建筑节能的重点，所以智能照明控制系统变得尤为重要。为此，本设计采用了ZigBee无线通信技术组建网络，以高校中一栋大型教学楼为对象，实现对照明系统的智能控制，从而很好地节约了电能的使用。
ZigBee技术是一种应用于短距离范围内、低传输速率下的各种电子设备之间的无线网络通信技术。ZigBee技术具有成本低、可靠性好、时延短、网络容量大、覆盖范围广等特点。
对于无线技术，节点的功耗问题一直是限制无线技术发展的主要问题之一，而本设计的一个显著特点是，节点并不是使用电池供电，而是直接取用原有照明系统的电能，这样既解决了无线节点的功耗问题，又不会过多影响原有的照明系统，从而也降低了成本。

1 系统综述
图1为本设计的整体框图，教学楼中每间教室均至少分布一个终端节点，处在一定区域的多个节点构成一个网络，整栋教学楼有多个这样的网络组成，当分布在终端节点的光亮度传感器和红外传感器采集到数据后，无线发送到处在本区域的全功能节点，全功能节点(FFD)本身具有终端节点的作用，然后再由全功能节点无线发送的协调器(Coordinator)，最后通过有线传送到主控室上位机。

在本设计中，每一个节点，包括全功能节点、协调器都具有唯一的地址，这样，协调器具有对本网络的管理功能；同样，也可以通过对主控室上位机进行操作，实现对本网络中任一个节点进行参数设定或控制，以达到对全网的控制。
对于教室的单个节点，当采集到光亮度信息和红外信息后，经MCU处理后，对本节点继电器进行控制，从而实现对室内灯光的控制。