基于Zigbee无线通信协议的智能灯光控制系统设计

基于ZigBee技术的智能照明控制系统设计摘要：为了实现智能照明控制，本文提出了一种基于ZigBee技术的智能照明控制系统设计方案。

该系统采用无线传输方式，能够实现智能化照明控制、亮度调节、时间控制等功能，在提高照明质量的同时也达到了节能、智能、环保的目的。

论文首先介绍了照明控制系统的现状以及ZigBee技术的特点，然后对系统的硬件和软件设计进行了详细介绍。

最后，通过实验验证了该系统的可行性，并对其进行了评价和总结。

关键词：智能照明控制；ZigBee技术；亮度调节；时间控制；节能。

正文：一、研究背景与现状随着社会的发展，人们对照明环境的要求也越来越高，不仅要保证照明质量，还要达到节能、智能、环保的要求。

因此，照明控制技术成为了当前照明领域的研究热点。

目前市场上已经出现了一些基于传统有线照明控制系统改进的智能化照明控制系统，但由于其存在布线麻烦、安装成本高、可扩展性差等问题，无法满足人们对照明控制的需要。

而ZigBee技术作为无线传输的一种，能够支持多种照明设备的互联互通，因此成为了照明控制技术中的“明灯”。

二、ZigBee技术的特点ZigBee技术是一种采用无线方式进行通信的低速、低功耗、低成本的短距离设备网络技术，又称为无线传感器网络。

以下是ZigBee技术的主要特点：1.低功耗ZigBee技术采用了短数据帧、低发射功率等技术手段，能够大幅度降低设备功耗，从而延长设备的使用寿命。

2.多层网络结构ZigBee技术对每个设备进行地址分配，从而组成一个层级结构的网络。

设备之间可以通过多跳传输方式实现数据传输，从而提高了网络的可靠性和覆盖范围。

3.数据安全ZigBee技术采用AES-128位加密方式对数据进行加密，保障了数据的安全性。

4.小型化ZigBee技术的设备小巧轻便，比如说基于ZigBee技术的芯片集成了处理器、无线传输模块、存储器和I/O接口等多种功能，具有相当高的集成度。

三、系统设计本文设计的基于ZigBee技术的智能照明控制系统，主要由以下几部分组成：单片机控制模块、ZigBee模块、光照传感器模块、人感传感器模块、继电器模块及LED灯具模块等。

本科毕业设计(论文）智能灯光控制系统学院名称专业名称学生姓名学号指导教师智能灯光控制系统摘要：近年来，物联网成为全球关注的热点领域，作为物联网中的一种重要应用，智能家居的概念也逐步被大家接受，智能家居涉及的内容包括家庭安防、家电控制、开关照明控制、信息服务等，其中开关照明控制系统主要是通过远程遥控的方式对设备进行开关控制。

本系统构建了一套基于物联网技术的智能家居控制系统平台，并就此智能家居系统平台以上位机对家庭中的电灯进行控制实验。

本设计运用VB、服务器(PC机)、ZigBee射频通信协议、可控硅控制电路等技术，实现了以上位机为控制端，以ZigBee 无线网络为传输桥梁，以CC2530板作为家庭控制中心。

本系统通过串口将上位机与ZigBee网络中的协调器连接起来，上位机采集用户操作信息，并通过串口将数据发送到协调器，协调器收到数据后通过无线发送方式将数据发送到终端节点，并根据数据控制电灯电路。

本系统基本实现了远程控制家用电器工作状态，并提供了人性化界面操作，具有较强的实用性和可靠性。

关键字：物联网; 智能家居; ZigBeeIntelligent Lighting Control SystemAbstract: In recent years, the Internet of things becomes a hotspot in the field of global concern, as an important application of the Internet of things in the concept of intelligent home furnishing, also gradually accepted, intelligent home furnishing includes home security, home appliance control, lighting control switch, information services, [1], lighting control system which is mainly on the switching equipment switch is controlled by the remote control mode.The system construction of the intelligent home furnishing control system platform based on Internet of things technology, and intelligent home furnishing this system platform above machine in the family of electric control experiment. The design using VB, server (PC), ZigBee RF communication protocol, a controlled silicon control circuit technology, the realization of the above machine as the control terminal, ZigBee wireless network as the transmission bridge, using CC2530 board as the home control center. The system connects the coordinator between host computer and ZigBee network through the serial port, computer collects user operation information, and sends the data to the coordinator through the serial port, the coordinator receives data through wireless transmission mode to send data to the terminal node, and according to the data control electric circuit.This system realizes the working state of remote control of household appliances, and provides a user-friendly interface, has strong practicality and reliabilityKey word：internet of things, Intelligent home furnishing, ZigBee目录第1章绪论 (1)1.1课题背景与意义 (1)1.1.1智能家居发展与现状 (1)1.1.2物联网发展趋势 (2)1.1.3智能家居和物联网的关系 (3)1.2项目需求分析 (4)1.2.1社会效应需求分析 (4)1.2.2 系统硬件需求分析 (4)1.2.3 系统软件需求分析 (5)1.3设计主要工作 (5)第2章系统总体设计方案 (6)2.1系统总体设计 (6)2.2系统各部分关键技术 (6)2.2.1上位机 (6)2.2.2 ZigBee无线网络 (7)2.2.3可控硅电路 (12)第3章系统硬件电路设计与实现 (13)3.1核心功能模块 (13)3.2串口通信接口 (13)3.3供电电源电路 (14)3.4电路控制模块 (14)第4章系统软件设计与实现 (15)4.1Z IG B EE网络软件设计 (15)4.2协调器软件设计 (15)4.3家庭控制中心节点程序设计 (17)4.4上位机设计 (18)4.4.1界面设计 (18)4.4.2模块功能的实现 (19)4.4.3程序设计 (20)第5章系统运行测试 (22)5.1上位机测试 (22)5.2ZigBee网络测试 (22)5.3系统整体测试 (22)结论 (24)致谢 (25)参考文献 (26)第1章绪论1.1课题背景与意义1.1.1智能家居发展与现状智能家居的发展起源于20世纪80年代，将电子技术、网络通信技术用于对各种家电设备的监视、控制和管理，它的商用系统就是如今智能家居的原型。

本科生毕业设计（论文）题目：基于Zigbee的智能灯光控制系统设计姓名：冯祥勋学号：11S010900926学院：电气工程与自动化学院专业：电气工程与自动化（自动化方向）年级：2009级指导教师：（签名）2013 年 05 月 20 日摘要在现代社会，自动化与智能程度不断提高的今天，家居智能管理必然是人们今后的唯一选择。

本文主要研究对象为家庭的照明，在通过比较传统照明方式，研究目前较应用的照明控制中发现家庭照明中往往存在一些致命的问题，如照明控制方式落后，甚至很大程度都还是采用机械开关，安全系数低，舒适性差，布线复杂等。

由于这些控制方式上的不足，极大的造成能源的浪费，甚至在控制的误区里出现室内无人，却灯火通明的现象。

针对这些不足，需要对控制做一个进一步的研究与开发。

本文较全面的研究了传统照明、现代照明的特点，通过比较得出优缺点，提出一种基于Zigbee的无线智能控制方案，即采用两块Zigbee功能板，一块导入光敏传感器和热释红外传感器，用作信号发射，另一块接入继电器模块，接收信号并控制灯光亮灭。

在这种控制方式下，只有室内有人，且光线不足时才点亮所需灯光，而在室内无人，光线不足的情况下，灯不亮，采用这样的控制方式能很好解决误开断和能源浪费的问题。

论文中详细介绍了整个控制系统的功能和控制策略，软件程序设计包括LED灯初始化、光敏传感器初始化、PIR传感器初始化、协议栈初始化，串口通讯等。

最后，在模拟实际环境下，测试可行性与性能。

实验证明，采用Zigbee无线控制能有很好的控制效果，并且可以显著提高节能效果，改善“无人灯亮”的问题。

关键词：Zigbee，光敏传感器，热释红外传感器，节能AbstractWith the improvement of the automation and intelligence in the modern society, home intelligent management inevitably becomes the only option for people in the future. By comparing the traditional lighting, this paper discovers some fatal problems on the control of home lighting, such as backward way of lighting control, namely, mechanical switch, which has low coefficient of safety, poor comfortablity and complex wiring. These shortages result in great waste of energy as well as nobody appears but brightly lighted in mistaken area. In order to make up these deficiencies, it needs to make a further research on the control system.This paper has made a comprehensive study on the characteristics of traditional lighting and modern lighting by comparing the advantages and disadvantages and has put forward a wireless intelligent control scheme based on Zigbee, which use two pieces of Zigbee function board: one worked as a signal emission, conducting the photosensitive sensor and pyroelectric infrared sensor; the other connected to the relay module receives the signal and controls the lights. Under this kind of control mode, only when the interior has people with insufficient light will the light lights. Otherwise it won’t. T his control method can well solve the problem of open circuit by mistake and energy waste. This paper details the function of control system, control strategy and software design including the LED lights initialization, light sensor initialization, PIR sensor initialization, protocol stack initialization and serial communication, etc..Finally, this paper tests the feasibility and performance in a simulated environment. The result shows that Zigbee wireless control not only has a good control effect, but also significantly improve the effect of energy saving and improve the problem of lighting up while there is nobody.目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (1)1.1 基于Zigbee灯光控制系统研究的背景 (1)1.2 现有灯光控制方案 (2)1.2.1 传统灯光控制 (2)1.2.2 声控有线自动控制 (2)1.2.3 光强无线灯光控制 (2)1.3 方案比较 (2)1.3.1 传统灯光控制方式 (2)1.3.2 声控有线自动控制 (3)1.3.3 光强无线灯光控制 (3)1.4 本文设计方案 (3)1.4.1 Zigbee无线智能控制 (3)1.4.2 Zigbee控制方案优势 (3)1.4.3 Zigbee控制研究意义 (4)第2章Zigbee简介 (5)2.1 Zigbee介绍 (5)2.2 CC2530 (5)2.3 基于CC2530实验板 (6)2.4 光敏传感器 (8)2.5 热释电红外线传感器 (9)第3章Zigbee无线智能灯光控制 (11)3.1 Zigbee无线控制结构 (11)3.2 设计说明 (11)3.3 系统软件的实现 (13)3.3.1 开发环境介绍 (13)3.3.2 系统初始化 (14)第4章硬件仿真结果分析 (19)4.1 硬件仿真调试内容 (19)4.2 调试结果分析 (19)4.2.1 模拟环境中，光照不足，但是有人的情景 (19)4.2.2 模拟环境中，光照不足且无人员 (20)4.2.3 模拟环境中光照充足，但没有人员 (21)4.2.4 模拟环境中光照充足，且有人员经过 (21)4.3 创新点及应用 (21)4.3.1 创新点： (21)4.3.2 应用： (21)4.4 存在的不足 (22)第5章总结 (22)5.1 工作内容 (22)5.2 展望 (23)参考文献 (25)致谢 (26)第1章绪论1.1基于Zigbee灯光控制系统研究的背景随着电子技术的高速进步，社会经济的不断发展，人们的生活质量也不断的提高，生活节奏的不断加快。

基于ZigBee技术的灯光控制协议栈的设计与实现开题报告一、选题背景及意义随着智能家居的普及和市场需求的增加，无线智能灯光控制系统越来越得到人们的青睐，以往的照明方案中，灯光可以用来提高某些区域的亮度，但是这种传统的方式几乎是无法实现任何智能和联动控制的。

而ZigBee是一个专为低功耗无线传感器网络设计的无线协议，具有低功耗、低成本、高可靠和安全性强等特点，非常适合用于智能家居灯光控制。

基于ZigBee技术的灯光控制协议栈的设计与实现主要目的是构建一个低功耗的、可靠稳定、易于使用和具有可扩展性的无线灯光控制系统来实现客户的需求，并通过该系统进一步提高住宅、办公室、学校和酒店等场所的智能化程度和舒适性。

二、选题的研究内容及方法基于以上选题背景和意义，本课题主要研究以下内容：1. ZigBee协议栈分析和设计该研究部分主要涉及对ZigBee技术的深入研究，包括协议栈的层次结构、协议栈的实现原理、协议栈的功能和协议栈的优化等方面。

在此基础上，将研究并设计出满足灯光控制的协议栈。

2. 灯光控制功能实现该研究部分主要涉及对灯光控制功能的分析和设计，包括灯光控制的算法、灯光控制的操作界面、从用户角度考虑开发的操作界面、基于协议栈的灯光控制的实现等方面。

在此基础上，将研究并实现住宅、办公室、学校和酒店等场所的灯光控制。

3. 系统测试和优化该研究部分主要涉及对系统测试和优化，包括系统功能测试、性能测试、稳定性测试等方面。

在此基础上，进行系统优化，提高系统的性能和稳定性。

选题的研究方法包括文献调研、实验仿真、模块化设计和应用实践，通过系统的研究和实践，全面深入地了解基于ZigBee技术的灯光控制协议栈的设计与实现。

三、研究的预期成果1. ZigBee协议栈设计与实现针对无线灯光控制系统的特点，设计和实现一套满足灯光控制需求的ZigBee协议栈。

该协议栈具有低功耗、低成本、高可靠和安全性强等特点。

2. 灯光控制功能实现该系统将可以实现住宅、办公室、学校和酒店等场所的灯光控制，并可针对不同需求定制灯光控制方案。

基于ZigBee技术的智能照明系统设计智能照明系统是一种基于智能化技术的照明控制系统，可以实现对照明设备的自动化控制和管理。

随着物联网技术的发展和智能家居市场的兴起，智能照明系统在家庭、办公室、商业建筑等各个领域得到了广泛的应用。

本文将介绍一种基于ZigBee技术的智能照明系统设计。

一、系统概述智能照明系统主要由控制中心、照明设备和无线通信模块组成。

控制中心是整个系统的核心，负责处理用户的指令和控制照明设备的状态。

照明设备包括智能灯泡、智能开关等，能够通过无线通信与控制中心进行数据交互。

无线通信模块采用ZigBee技术，能够实现低功耗、长距离的无线通信。

二、系统功能1. 远程控制：用户可以通过智能手机或电脑等终端设备远程控制照明设备的开关状态、亮度调整等功能。

例如，用户可以在外出时通过手机app控制家中照明设备的开关，达到节能和安全的目的。

2. 定时调节：用户可以按照自己的需求设置照明设备的定时开关、亮度调节等功能。

例如，用户可以在晚上睡觉前设置照明系统在一定时间后自动关闭，省去了手工操作的麻烦。

3. 节能调节：系统可以通过感应器获取环境光线强度，并根据光线强度自动调整照明设备的亮度。

例如，当白天阳光充足时，系统会自动降低灯光亮度，节省能源。

4. 情景模式：用户可以根据不同的场景需求设置不同的照明模式。

例如，可以设定会议模式、观影模式、阅读模式等，系统会自动调整照明设备的状态，提供合适的照明效果。

三、系统设计1. 网络拓扑结构：采用星型网络拓扑结构，控制中心作为协调器，照明设备作为终端节点，通过无线通信模块与控制中心进行数据交互。

2. 数据传输协议：采用ZigBee协议，具有低功耗、简单易用、安全可靠等特点。

ZigBee协议支持多种应用层协议，可以根据需要选择合适的协议，如ZigBee Light Link等。

3. 控制中心设计：控制中心通过连接路由器或网关与互联网进行通信，可以实现远程控制和智能化管理。

基于ZigBee网络的无线智能照明系统设计目前市场上有多种智能家居情景照明的解决计划，其中利用技术组网协作控制的计划因其成本低、功耗低和易于实现等优点得到广泛应用。

本文提出了一种利用ZigBee技术组建无线网络协作9内核MCU，利用TCP/IP协议举行通信，可以对家居中每一盏灯举行控制，实现亮度控制与情景转换的智能控制系统。

1 无线ZigBee网络ZigBee是一种新兴的短距离、低速率无线网络技术，它是一种介于无线标志技术和技术之间的技术计划，主要用于近距离无线衔接，具有自己的标准，在数千个极小的之间相互协调实现通信。

这些传感器只需要很少的能量，以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器，因此其通信效率十分高。

ZigBee采纳自组网方式实现组网，这种架构被称为无线基础构架的无线局域网，而且对网络内部的设备数量不加限制，并可随时建立无线通信链路。

协调器向来处于*状态，新添加的RFD会被准时发觉。

2 系统规划整体组网采纳树状簇型结构，即以每个房间为1个单元，房间内的每盏灯作为一个终端设备，每个房间设置1个路由器用以与协调器通信并向房间内每一个终端设备转发数据。

整体结构布局及组网方式1所示。

在功能设定方面，因为不同的房间所具有的职能不同，所以对每一个房间的终端设备所具有的功能举行分离设置。

总体上，要求房间内全部的终端设备可以对LED举行开关控制及亮度调整。

为了便利和迅速举行调整，在遥控面板上还加入了情景和亮度设定，其中亮度设定为昏暗程度、光明程度和超光明程度。

情景模式可以设置多种色彩模式。

还可以具有以下功能：(1)智能调光：开灯时，灯光亮度由暗逐渐变亮；关灯时灯光亮度逐渐由明变暗。

有利于庇护眼力及延伸灯泡寿命。

(2)延时功能：当按下延时按键后，全部灯光将在一定时光后所有关闭。

(3)全开全关：实现一键控制所有灯光的开关功能。

3 工作流程系统的总体软件流程图2所示。

该流程图从的整体功能上概括地解释了整套系统所能实现的功能，即通过发送模块发送命令，接收模块收到命令以后对其举行解码，从而控制LED等的情景变幻和亮度变幻。

基于ZigBee技术的远程无线智能灯光控制系统的设计基于ZigBee技术的远程无线智能灯光控制系统的设计蒋峰，李行，熊霆宇，黄昌瑞，王淑良（中南林业科技大学，湖南长沙 410004）摘要：针对人们对居住环境智能化、舒适程度等越来越高的要求，以及节能、环保的目的，提出一种操作方便、节能的远程无线智能灯光控制系统的设计实现方法。

该系统采用ZigBee技术远程控制灯的开关、调节灯光的强弱，并使灯光强度恒定。

该系统改进了现有灯光需要有线、固定开关控制以及光强随电压波动的缺点，节约了人力资源，达到充分合理地利用电能的目的，真正实现节能、环保以及方便控制。

实验结果表明，该系统具有操作方便、节能、体积小、响应速度快、便于安装等特点，具有一定的推广应用价值。

关键词：无线开关；节能；ZigBee；灯光控制0 引言随着人民生活水平的提高，人们对于居住环境智能化、舒适程度等要求越来越高，家居灯光的智能控制成为科学家的研究热点[1]。

此外，随着经济的日益发展，电能的需求越来越大，能源问题的严峻，节能成为中国乃至世界性的问题。

传统的灯光控制主要是通过人直接按动墙上的控制开关来实现，当在周末或者冬季的时候，人们往往想躺在床上或者沙发上就能轻松的按照自己的要求方便地控制电灯的打开和关闭，而不需要起身动手来完成。

此外，不同环境下对灯光强度的需求不同，传统的灯光功率无法调节，如果当需要弱光时，能够实现将强光调弱，将节省大量的电能。

文中针对目前灯光的发光以及开关模式都存在电能浪费、不节能等问题，提出了一种操作方便、节能的远程无线智能灯光控制系统的设计实现方法。

1 灯光智能控制的方案论证目前，国内外实现灯光智能控制的方式有多种。

根据其实现的网络拓扑结构的不同，可以分为：总线网连接型、星状网连接型、环状网连接型以及混合网连接型。

总线结构是采用同一媒体或电缆连接所有用户的一种方式，该结构具有费用低、数据端用户入网灵活、站点或某个端用户实效不影响其他站点或端用户通信的优点。

基于ZigBee的智能灯控系统设计摘要自从爱迪生发明了灯泡以来，灯就已经成为家庭日常必需品。

而随着社会经济的不断发展，节能减排成为一个急需解决的问题。

但是现今的有线控制灯系统，布线烦琐，开关量大，成本高，用电量大，浪费严重且日常维护困难，浪费人力物力。

由于这种情况，本文旨在设计一种基于ZigBee技术的无线自动化照明灯控制装置，在保障照明质量前提下，实现智能节能灯控。

用户通过智能设备能随时检测所有灯的状态，通过PC机无线控制灯的明暗和开关，从而实现智能控制，达到节能减排等一些目的。

关键词智能节能；智能控制；节能减排1 前言系统主要由四大部分构成：照明灯部分、协调器部分、上位PC机部分、用户客户端部分。

照明灯部分由CC2530芯片、检错电路、光敏感传感器、MW调光及开关、照明灯组成。

CC2530芯片可以通过PMW控制灯的明暗和开关。

检错电路和光敏感检测灯的状态信息发送给CC2530芯片，芯片收集处理信息。

协调器由CC2530芯片和MAX232组成。

协调器部分与照明灯部分的CC2530芯片基于Zstack协议搭建ZigBee无线通信技术实现无线通信。

下位的CC2530芯片将信息无线发送至协调器CC2530芯片，协调器CC2530芯片收集多组信息，集成处理。

协调器经由MAX232串口通信与上位PC机连接。

PC机收集数据，处理分析，监控整个系统。

PC机基于TCP/IP 协议搭建无线局域网，客户端通过无线网络连接PC机，获取信息，同步数据，实现智能监控。

整个过程由上到下，由上位PC机发起，然后由灯控上的节点应答[1]。

2 系统的总体结构设计该系统基本是由四部分组成：协调器节点、灯控节点、上位机Web平台和安卓或WinCE控制终端。

本设计的ZigBee协议栈是以ZStack协议栈为基础而进行开发的。

Zstack协议栈由TI官方建立，它的普及性极强，二次开发容易，适用于各种人群。

而上位机拥有Web平台功能和具有服务器性能，因此可借助服务器来组建无线局域网，从而将手持控制终端设备加入到局域网中，以便达到手持设备与协调器节点的相互通信的目的。