基于Zigbee無線傳感器網絡的智能燈光跟隨系統(tǒng)

摘要：設計一個基于Zigbee的智能燈光跟隨系統(tǒng)。系統(tǒng)中連接有人體紅外熱釋電傳感器的ZigBee結點等距離分布在走廊或道路的旁邊，檢測特定區(qū)域人員是否存在的信息，并將信息傳于協(xié)調器節(jié)點，協(xié)調器節(jié)點連接主控制器PXA270，PXA270根據采集的信息控制舵機的轉向和照明裝置的亮與滅，實現(xiàn)有人走動存在時，燈光隨著人的轉移而轉移，無人時照明系統(tǒng)自動熄滅，從而實現(xiàn)節(jié)約能源的效果。
關鍵詞：燈光跟隨；Zigbee；熱釋電人體紅外感應；無線傳感器；PXA270

目前，在我國，資源消耗高、浪費大等問題很嚴重，隨著經濟的快速增長和人口的不斷增加，資源不足的矛盾更加突出，建設節(jié)約型社會已刻不容緩。節(jié)約不僅要減少消費，而且要提高利用效率。建設節(jié)約型社會的最大動力在于科技創(chuàng)新。節(jié)能性產品成為社會追求的目標。
ZigBee是一種便宜的，低功耗的近距離無線組網通訊技術。Zigbee無線傳感器網絡以其自組網，體積小，低功耗的優(yōu)勢已在很多地方得到應用?；诖?，本文設計了一種基于Zigbee無線傳感器網絡的智能燈光跟隨系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用Zigbee無線傳感器網絡和嵌入式控制器，實現(xiàn)了有人時，燈光緊隨人的移動而移動，無人時，燈自動熄滅。避免了長時間、大范圍不必要的照明造成的電能的浪費，達到節(jié)能的效果。

1 系統(tǒng)的總體構架
整個系統(tǒng)的布署的拓撲結構如圖1，該系統(tǒng)基于Zigbee的WSN技術，利用Zigbee的低耗能，低成本，高擴充性，免頻段使用費的優(yōu)點，構建一個無線傳感器網絡。該系統(tǒng)可分為Zigbee無線傳感器網絡，嵌入式控制機構和執(zhí)行裝置，Zigbee無線傳感器網絡是由一個協(xié)調器節(jié)點和若干傳感器節(jié)點組成的星型網絡，負責采集環(huán)境中人員存在方位的信息；Zigbee網絡中傳感器節(jié)點分布在房間和走廊的各個角落，實時監(jiān)測特定區(qū)域的人員存在方位的信息。協(xié)調器節(jié)點負責建立并維護網絡，收集到傳感器節(jié)點采集剄的信息，并通過UART方式傳給主控制器。主控制器分析采集的數據，判斷人員的方位，控制舵機的轉向和燈的亮和滅，實現(xiàn)燈光跟隨功能。

2 系統(tǒng)的硬件設計
本系統(tǒng)的硬件主要包括3部分：無線傳感器網絡，嵌入式器PXA270和舵機、照明設備執(zhí)行機構。
2．1 Zigbee無線傳感器網絡
本系統(tǒng)采用的無線傳感器網絡的核心是基于TI公司生產的CC2430開發(fā)的無線模塊，CC2430結合一個高性能2．4 GHz DSSS射頻收發(fā)器核心和一顆工業(yè)級小巧高效的8051控制器，擁有8～14位ADC、DMA，定時、計數器、USABT、AES-128協(xié)處理器、睡眠模式定時器、看門狗、上電
復位和掉電檢測電路以及21個可編程引腳，是一顆真正的系統(tǒng)芯片(SoC)CMOS解決方案。
系統(tǒng)中的無線傳感器網絡由一個協(xié)調器節(jié)點和若干傳感器節(jié)點組成，傳感器節(jié)點由數據采集模塊，數據處理模塊，無線通信模塊，電源模塊組成，電路圖如圖2所示。

連接人體紅外模塊HC-SR501。HC-SB501是基于紅外線技術的自動控制模塊，采用德國原裝進口LHI778探頭設計，靈敏度高，可靠性強。人進入其感應范圍則輸出高電平，人離開感應范圍則自動延時關閉高電平，輸出低電平。人體紅外傳感器的OUT輸出端口連接到CC2430的I／O口上，把I／O口設置為輸入模式，通過檢測I／O端口的高低電平就能得到人員是否存在的信息。協(xié)調器節(jié)點功能相當于網關節(jié)點，在本系統(tǒng)中充當與主控制器通信的硬件，其組成如圖3所示，包括CC2430射頻模塊，仿真下載模塊，UABT，開關和LED指示燈。Zigbee節(jié)點組成星狀網絡，所有的傳感器節(jié)點都將采集到的信息實時發(fā)送到協(xié)調器節(jié)點。
2．2 嵌入式控制平臺和執(zhí)行機構
系統(tǒng)中采用的主控制器為Intel公司生產的PXA270，PXA270基于ARMv5E的Xscale核心，最高頻率可達624 MHz，是一款性能極其強勁的嵌入式處理器，系統(tǒng)的控制機構結構如圖4，PXA270通過串口連接Zigbee協(xié)調器節(jié)點，通過PWM模塊堆垛機進行控制，I／O端口連接光耦芯片TPL521-4，利用I／O口的高低電平控制TPL521-4輸出的導通和截止，照明裝置的電源線連接到TPL521-4的輸出端口，并固定在在舵機上，隨舵機而轉動。