基于Zigbee技术的室内照明系统设计研究

　　1. 引言

　　随着科技的进步，人们对通信技术的要求也不断增长，短距离无线通信技术也随之产生。

　　如今，各种短距离无线通信技术层出不穷，其中较为成功并且应用比较广泛的有Bluetooth(蓝牙)、ZigBee、Wi-Fi、WiMAX、无线USB 和UWB 等。

　　ZigBee 的协议构架是建立在IEEE 802.15.4 标准基础之上的。IEEE 802.15.4 标准定义了ZigBee 物理层(PHY)和媒体访问控制层(MAC);ZigBee 联盟则定义了ZigBee 协议的网络层(ZWK)、应用层(APL)和安全服务规范。作为一种新兴的低速率无线通信技术，ZigBee 技术拥有着速率低、功耗小、成本低、免许可无线通信频段、近距离通信、时延短、数据传输可靠和组网方式多样等多种技术特点，这些特点使ZigBee 技术很适合应用到工业控制、智能家居、医疗护理、智能农业、消费类电子和远程控制等领域。目前，蓝牙技术复杂，应用系统费用较高，功耗高，电池供电寿命短，在其无法突破价格瓶颈的情况下，ZigBee 技术将拥有更加广阔的应用前景。

　　本文按照ZigBee 协议规范的要求，设计了一套适用于智能家居网络的室内照明自动控制系统。该系统能够准确地实现对室内各照明器件的远程控制，并可通过监测室内光线的变化调整电灯的开断，实现对照明的智能控制，同时也使控制系统的可靠性和灵活性得到提高。

　　2. 基于Microchip ZigBee 协议栈的室内照明自动控制系统结构

　　本文所介绍的室内照明自动控制系统是 ZigBee 技术在智能家居中的一种典型应用。

　　Microchip ZigBee 协议栈是在ZigBee 无线协议规范的基础上定义的，但它不完全符合ZigBee 协议，不支持群集和点对点网络，没有安全和访问控制功能，没有路由器功能，也不支持一对多绑定。使用Microchip ZigBee 协议栈设计ZigBee 节点，需要具备的硬件条件至少要包括一个带有SPI 串口的PIC18F 单片机，一个带有所需外部元件的RF 收发器，一根天线，可以是PCB 上的引线形成的天线或单极天线。

　　系统构建的是一个星状网络，即由一个协调器节点和若干终端节点构成的主从网络。最先启动的FFD(全功能设备)自任PAN 协调器，并选择一个和其覆盖区域内的其它PAN不同的标识符作为自己的PAN 标识符。通常在其工作区域内不存在其它PAN 时，PAN 标志符设置为0。协调器可以允许其它FFD 和RFD(精简功能设备)加入网络。在星状网络中，协调器节点和终端节点之间可以相互发送或者接收数据，但两个终端节点之间不能进行直接通信，如果一个终端节点要向另一个终端节点发送数据，只能通过协调器这个中间媒介完成。

　　依照Microchip ZigBee 协议栈的开发要求，我们设计了一个可以移植Microchip ZigBee协议栈的室内照明自动控制系统，系统的结构框图如图1 所示。