物联网技术导论应用设计报告

——基于Zigbee技术的智能灯光控制系统

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基于Zigbee技术的智能灯光控制系统

摘要

  随着生活节奏的加快，人们的生活越来越信息化，而信息化的生活改变了人们的生活习惯，使得家居的智能化成为一种普遍的消费需求。

本文通过Zigbee无线传感器网络实现对灯光的智能控制，提出了一个以PC机为家庭网关和控制中心，以Zigbee无线传感器网络为家庭控制子网，实现电话远程控制、集中控制、无线遥控、电脑控制、定时控制、网络控制等多种控制方式，并提供灯光软启、调光、亮度记忆、场景记忆等智能化操作和管理 。

关键词：智能控制；Zigbee；家居

设计目标

1、定时开关功能：

根据用户预先输入的时间来打开或关闭相应的场景。

2、电话控制功能：

 可以用电话控制家中灯光的开与关。

3、日照感应功能：

 通过室外阳光强度变化自动调节室内灯光明暗。

4、窗帘控制功能：

 控制灯光的同时控制电子窗帘。

5、灯光明暗调节功能：

 通过本地开关或者集中控制器调节灯光的明暗。

6、软启功能：

 灯光开启时渐亮，关闭时渐灭以保护灯管及视力。

7、场景设置：

进行编程以一个键控制一组灯，实现场景的预存入与使用。

8、控制空调、家用电器等系统

智能灯光控制系统现状

现在智能灯光控制系统采用模块化结构设计，控制回路与负载回路分离，各个回路的灯具直接接到输出设备上，将所有设备通过4芯低压电缆连成网络，再通过输入设备来控制灯光场景。

智能家居在我国的发展始于20世纪90年代末，在2000左右得到了大范围的宣传，是我国的居民开始接受智能家居的概念，如果很多小区的开发者已经开始在住宅小区的设计阶段较多的考虑智能化家居系统的建设，在一些高档的小区尤其是大型的别墅智能家居已经较为的完善，而智能灯光系统更是其中的重中之重。现在很多的开发商已经把智能化当做一个有效地宣传手段。

而智能家居的实用化与人性化使得它所面向的消费群体不在只是高端人群，越来越多普通用户也有了对其的需求，而它能够以手机等移动终端进行远程控制的方便功能更是得到了越来越多人的青睐。

设计方案与分析

因为ZigBee/IEEE802.15.4具有低功耗，低成本，支持大规模网络，通信协议灵活，zigbee模块可安装在电视机、电灯、煤气炉、空调器、门禁系统、遥控器、微波炉和其它家电产品中，极为的方便。所以本智能灯光控制系统采用ZigBee/IEEE802.15.4技术。

而鉴于本智能灯光控制系统主要面临的对象是家居，面积为100多平米，所以采用星形拓扑结构。

        网络协调器FFD

因为要实现手机远程控制的功能，所以要以gprs将手机等移动终端与pc机连接起来。设计框图总体如下：

家居设备节点

家居设备节点

家居设备节点

手机移动终端     internet        家庭网关

其中家居设备节点包括射频收发模块，运算和控制单元，传感和执行模块。

其中家居设备节点包括射频收发模块，运算和控制单元，传感和执行模块。

家庭网关中以pc机作为智能控制中心，带有嵌入式处理器和操作系统。

无线通信子节点完成照明控制，电源控制，窗帘控制，家电控制等。

 在家庭子网中网络协调器FFD充当家居主节点，由他主导ZigBee无线传感器网络的建成，完成网络的初始化，设备控制。子网中精简功能设备充当家居设备节点，完成传感采集，查询响应的功能。

    外部网络主要为系统提供高数internet接入与GPRS无线广域网接口。

这个系统主要是以手机作为移动终端控制，手机通过GPRS与互联网连接接入网络协调器FFD中，由网络协调器FFD完成主导ZigBee无线传感器网络的建成，完成网络的初始化。至此，移动终端，无线传感器网络连为一体，组成智能灯光控制系统。

 在处理器之中编入程序，控制家庭电源开关，用电话的按键实现控制，由此实现家庭中灯光的开关。编入程序，将灯光分组，电话的不同按键实现不同的分组，由此实现场景控制。

 在房间里安置可见光传感器，通过Zigbee技术与家庭网络连接，检测日光强弱，由此实现灯光的自动明暗调节。电动窗帘、空调、家用电器分别作为一个家具设备节点连入网络，通过控制系统进行控制。

作品优势与前景

本文的设计因为采用的是Zigbee/IEEE802.15.4技术，所以具有成本低，功耗低的优点。

而移动终端通过GPRS与家庭网关连接，用户只需要与网络建立一次连接，远程移动终端不用频繁建立连接就可以长时间保持这种连接，而保持连接不占用信道时不收费，所以也具有经济性的优点，而且资源利用率高，具有实时性的优点。

而本系统采用集中控制的方式，不仅仅不需要专业的灯光师值守，而且也便于管理。将家用电器、空调、电动窗帘与控制中心通过无线传感器网络连接起来，也使得本系统不仅仅是在灯光控制上智能化，还一定程度上体现了智能家居的特点。

随着智能家居在国内的日益普遍，各个住宅小区设计中加入智能控制系统模块是必然的发展趋势，一款良好而完备的控制系统相信会引领以后很长一段时间的潮流。