基于ZigBee的无线调光控制系统+电路图+程序(3)

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自从人类掌握了钻木取火的技术以来，人类的照明方法经历了一系列的发展，主要经历了火光、白炽灯、荧光灯三大阶段。最近兴起的半导体照明被认为是继荧光灯照明之后，人类史上的又一次历史性飞越。从本质上讲，照明的发展就是人类不断提高照明效率的过程。

首先从最初的火光采用燃烧化学燃料的方法来获得人类所需的光源。

白炽灯的发明是人类照明上的第一次重大飞越。首先，它不再使用传统的化学燃料，而采用电能作为发光驱动能源，因此具有无污染、易输运的优点。一般来说，普通的白炽灯的发光效率仅为160m/W。

荧光灯照明是第三代照明技术，荧光灯利用电能作为能源来激发低压汞蒸汽产生窄带紫外出射光，该紫外光照射灯管内壁上的荧光粉，激发它而产生占满整个可见光谱的白光。由于荧光灯的出射光波长几乎全部集中在可见光谱的某一窄带范围内，因此其发光效率远远高于白炽灯，一般为851m/W。

半导体固体发光器件为近几年兴起的第四代照明器件。它的发光机理为：当在半导体发光二极管(Light-Emitting Diode)的两端加上正偏的电压时，大量的电子空穴对注入半导体，当电子和空穴在半导体中的某些特殊活性区域中复合时，即产生光子，这些光子的能量和半导体的禁带宽度有关。像荧光灯一样，由于LED的出射光位于可见光光谱范围内的窄带光，所以看上去是有颜色的，要使它变成接近自然光的白光还需将出射的窄带有色光转化成占满整个可见光光谱的白光，这种白光的产生是通过单色光的合成而产生的[1]。

ZigBee堆栈是在IEEE 802.15.4协议标准基础上建立的，定义了协议的MAC和物理层。ZigBee设备应该包括IEEE802.15.4标准(该标准定义了RF 射频以及与相邻设备之间的通信)的物理层和MAC 层，以及ZigBee堆栈层：网络层(NWK)、应用层和安全服务提供层。图 1.1给出了这些组件的概况。每个 ZigBee设备都与一个模板有关，模版可能是公共模板或私有模板。这些模板定义了设备的应用环境、设备类型以及用于设备间通信的簇。公共模板可以确保不同供应商的设备在相同应用领域中的互操作性。设备都是由模板定义的，并以应用对象(Application Objects)的形式实现。每个应用对象都是通过一个端点连接到ZigBee堆栈的余下部分，它们都是器件中可寻址的组件。

图 1.1 ZigBee网络架构图

1.1.1 研究目的和意义

本课题之前，九高公司采用的是通过有线方式进行系统调光，并且整套系统已经较为成熟，从控制器、传感器到驱动器，成功投入公司基地使用。目前基地通过有线进行控制器、传感器、驱动器之间的连接，这种方式需要消耗大量电力线缆，造成不必要的资源浪费。并且在布线过程中，尤其是后期的节能改造，会有巨大的工作量，甚至会出现某些区域之间根本无法进行重新布线，导致最终不能达到预期效果。

从控制角度和照明特点来看，无线控制也是一种可取方案。本课题主要就是将现有有线调光系统加以改造，使用ZigBee无线通信协议替换原有有线线路。解决原有有线调光系统中的不足。并对系统中的各部分进行优选以适配无线系统。

ZigBee系统从产品成本、控制方式、开发难度、组网灵活性方面，都有较好的表现，比较适合作为一款智能灯光控制系统的技术。

1.1.2 ZigBee技术优点

ZigBee是基于 IEEE 802.15.4的一种无线通信协议，该名称最初来源于蜜蜂的八字舞，因为蜜蜂和其它蜜蜂之间，是凭借飞翔时发出的“嗡嗡”响声，以及挥舞翅膀形成的“舞蹈”来与小伙伴之间完成花粉的位置信息交互。换言之，蜜蜂和蜜蜂之间，依靠这种特殊规定的交流方式来构成了群体中的通信网络，舞蹈和响声即为通信协议，其特点是距离近、复杂度低、自动组织、功耗极地、成本低，主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。