基于ZigBee和觸摸感應(yīng)技術(shù)的照明控制系統(tǒng)

3 ZigBee通信協(xié)議設(shè)計

　　ZigBee聯(lián)盟與IEEE802.15.4的任務(wù)小組制定的ZigBee協(xié)議棧標(biāo)準(zhǔn)有5層體系組成^[6]，其中應(yīng)用層由用戶定義。本系統(tǒng)定義的ZigBee通信協(xié)議屬應(yīng)用層，用于用戶遠(yuǎn)程控制。遠(yuǎn)程控制時，用戶手機發(fā)送控制指令到系統(tǒng)主機，系統(tǒng)主機再將該指令轉(zhuǎn)換成符合表1所示通信協(xié)議的格式，通過內(nèi)嵌的ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器將指令發(fā)送到各個燈控節(jié)點。

4 燈控節(jié)點軟件設(shè)計

　　燈控節(jié)點軟件程序主要由主程序，串口信息處理程序和觸摸按鍵掃描程序組成。

　　主程序在節(jié)點上電后首先進(jìn)行系統(tǒng)初始化，然后循環(huán)檢測有無串口信息處理，有無按鍵被按下等事件。主程序流程圖如圖6所示。

　　串口信息處理程序在主程序檢測到接收完成一幀串口信息后被調(diào)用。程序首先判斷該幀指令是否為本節(jié)點控制指令，然后根據(jù)指令要求驅(qū)動雙向可控硅的導(dǎo)通或截止，并向主機反饋控制信息。串口信息處理程序流程圖如圖7所示。

　　觸摸按鍵掃描程序是燈控節(jié)點軟件設(shè)計的難點。按鍵處理初始化在節(jié)點上電后主程序中完成，包括振蕩器振蕩頻率設(shè)置，定時器T0預(yù)分頻器設(shè)置以及中斷的相關(guān)設(shè)置等。按鍵掃描原理如下：首先振蕩器頻率輸出腳在硬件上已經(jīng)和16位定時/計數(shù)器T1時鐘輸入端連接，T1會從0開始計數(shù)直至溢出清零后重新計數(shù)。軟件上將振蕩器頻率輸出腳映射到某一按鍵焊盤所接單片機引腳，振蕩器便以固定頻率在該按鍵焊盤上振蕩，若有手指觸壓焊盤，振蕩頻率便減小。再設(shè)置8位定時器T0提供固定時基測量振蕩器頻率。開始測量時，T0、T1均清零，然后T0計數(shù)至溢出中斷，在T0中斷服務(wù)函數(shù)中讀取T1計數(shù)值，與前16次的采樣滑動平均值比較，這樣就完成了對按鈕的一次掃描，如果頻率計數(shù)有顯著下降則說明按鈕被按下。最后將振蕩器移向下一個按鈕焊盤掃描。觸摸按鍵掃描程序流程圖如圖8所示。

5 測試結(jié)果

　　本文所開發(fā)的照明控制系統(tǒng)分遠(yuǎn)程控制和現(xiàn)場控制兩種控制方式。對于遠(yuǎn)程控制其穩(wěn)定性主要受系統(tǒng)主機與燈控節(jié)點間ZigBee網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性影響，故采取協(xié)調(diào)器與燈控節(jié)點相距10米距離，協(xié)調(diào)器連續(xù)發(fā)送1000條控制指令，每條指令間隔0.5秒，統(tǒng)計燈控節(jié)點收包率的方式實現(xiàn)。對于現(xiàn)場控制，采取連續(xù)點擊燈控節(jié)點面板上觸摸按鈕1000次，每次點擊間隔0.5秒，統(tǒng)計燈光實際受控次數(shù)的方式實現(xiàn)。測試結(jié)果如表2所示。

　　由測試結(jié)果和大數(shù)定律可知遠(yuǎn)程控制時主機每發(fā)送一條控制指令，燈控節(jié)點接收到的概率是0.981，若主機連續(xù)發(fā)送兩條指令，則燈控節(jié)點接收到的概率：

　　而現(xiàn)場控制時受控率達(dá)到100%。以上實驗結(jié)果表明本系統(tǒng)可以有效實現(xiàn)燈光的遠(yuǎn)程控制和現(xiàn)場控制。燈光控制效果圖如圖9所示。

6 結(jié)束語

　　本文開發(fā)了一套基于ZigBee網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和電容觸摸感應(yīng)技術(shù)的智能家居照明控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了當(dāng)用戶外出時，利用手機等移動設(shè)備遠(yuǎn)程控制家中燈光亮滅和在家時通過觸摸按鍵現(xiàn)場控制家中燈光亮滅的功能。利用ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)代替有線來搭建家庭局域網(wǎng)，省去了傳統(tǒng)燈控系統(tǒng)中繁瑣的布線工作;利用觸摸按鍵和雙向可控硅代替?zhèn)鹘y(tǒng)墻壁開關(guān)實現(xiàn)無觸點開關(guān)控制，解決了傳統(tǒng)開關(guān)觸點易磨損，可靠性隨著時間的延長而降低等問題。

　　該系統(tǒng)在實際批量使用中發(fā)現(xiàn)當(dāng)電網(wǎng)中雜波較多時，觸摸按鍵會發(fā)生誤觸發(fā)現(xiàn)象。下一步將重點研究如何提高該系統(tǒng)對不穩(wěn)地電網(wǎng)的抗干擾性。

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