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ZigBee技术在室内照明控制系统的应用研究

章洁  
【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。


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