一、项目立项思路

1.1 LED照明系统智能化升级的必要性    

    传统照明系统已无法满足现代人家居生活的需要
    在移动互联网与智能手机突飞猛进的今天,智能家居慢慢摆脱了“只叫好、不叫座”,“有概念、没体验”的魔咒,智能产品一步步走向成熟,价格也逐渐变得亲民。
随着人们对家居生活网络化、智能化、节能化的需求日益强烈,智能照明系统已成为智能建筑与家庭自动化必不可少的一环。而传统照明系统,因布线繁琐、扩展性差、功能单一、人工管理、“长明灯”耗能严重等诸多缺陷,已无法满足现代人的生活与品质需求。在此背景下,LED智能照明系统应运而生。
 
    LED智能照明系统节能环保,具有巨大经济效益
    舒适、便捷、节能作为智能建筑、智能家居控制系统追求的目标,在智能照明系统中尤为明显。近年来,由于我国能源效率低下,能源紧张问题日益突出,能源危机逐渐上升到国家的战略高度,国家在“十二五”规划中制定了重要目标——单位GDP能源消耗比“十一五”期末减少20%。目前,照明耗能约占总能耗的20%,若能以高效率的LED智能照明系统取代全国30%低效率、高耗电的传统照明系统,照明终端将节电220亿度,减排二氧化碳2420万吨。因此,LED智能照明技术对缓解当前紧迫的能源问题具有举足轻重的作用,更突显出巨大经济社会效益。  
    相比白炽灯、荧光灯、节能灯等传统照明灯具,LED是一种光效高、耗能少、对环境无污染、工作寿命长达10万小时的新型照明技术。LED智能照明技术实现了在合适的时间,给需要的地方以舒适和高效的照明度,在提升照明质量同时,使智能家居照明进一步走向绿色环保和低碳节能的发展方向。
 
    LED智能照明系统,无需布线、安装简单,是未来大势所趋
    智能照明系统与传统照明系统都具备照明、开关、调光等基本功能,但传统照明常选用现场总线、电力载波等控制方式,均需要敲墙砸洞、综合布线,严重影响建筑美观,工作繁琐且改装费用昂贵;而智能照明系统以无线传感网络的智能控制为主,手动控制为辅,实现照明现场LED的远程控制与调节。LED智能照明控制系统的核心即改善建筑照明质量,满足多元化的用户体验,其集中控制管理克服了传统照明单一控制、管理落后和“长明灯”现象等诸多缺陷,是未来发展的主流。

1.2  ZigBee版LED智能照明系统定制的背景

    ZigBee这一短距离双向无线通信技术,主要适用于自动控制和远程控制领域,可以嵌入各种设备,在工业自动化控制、智能建筑、消费电子和自动抄表等领域都有着广泛的应用前景。是目前嵌入式应用的一个大热点,(具体详见下文附录)。

    晶控,深耕智能化控制领域近10年,拥有成熟的研发经验和强大团队实力,早在今年年初即推出ZigBee模块二次开发的合作项目,只要双方开放各自的应用接口,即可实现产品的ZigBee智能升级;同时晶控的ZigBee模块自带MCU,用户可以通过编程将模块打造成自身的无线串口模块,并且可以自定义数据传输格式,让原始设备制造商(OEM)也能够轻松设计出支持ZigBee协议的完整系统,确保认证产品达到ZigBee应用的要求,与市场同类产品相比具有更强大的功能和性价比。

    本期ZigBee版LED调色温调光灯,就是上述ZigBee模块合作定制的实例之一。首先LED照明系统要实现智能化,必须实现其网络化,而ZigBee无线传感网络技术以IEEE802.15.4协议标准为基础,具有全自动组网、近距离、低速率、低成本、低功耗等诸多优势,是LED照明系统智能化升级的首选。该款LED灯正是基于ZigBee无线传感网络的LED智能照明系统的研究,实现了“LED无级调色温、LED无级调光、ZigBee无线自组网、APP客户端集中管理”等设计目标。升级完成后即可通过手机端、PC端对产品进行远程控制,并能实时查看产品的工作状态,有效提升产品附加值。 

    LED与ZigBee无线传感网络技术的结合,将给照明系统“网络化、智能化、节能化”的数字家园带来了广阔的发展空间和应用前景。随着用户对LED照明品质的要求日益提高,该案例技术在智能建筑、智能家居行业具有市场竞争力,应用前景广阔。总而言之,ZigBee版的LED智能照明控制系统是我们生活中常用、基础的系统之一,它的无线化、网络化、智能化与绿色节能无疑会给我们的社会与生活带来深远的影响。下文我们将详细剖析该定制产品的研发及技术情况。

 
 
二、LED照明光源技术动态

    照明光源(Illumination Source)是指用于楼宇建筑物内外照明的人工光源。根据光产生原理的不同将照明光源分为热辐射、气体放电和半导体三大类。第四代新型光源LED与传统照明光源的综合性能比较如表2-1所示,LED与传统照明光源的光效对比如图2-1所示。
 

 

图2-1  LED与传统照明光源的光效对比

 
    热辐射光源利用光辐射原理,将辐射体钨丝通电加热至高温热辐射发光,包括白炽灯、卤钨灯,色温在2800~2900K左右,额定寿命短(约1000~1500小时),灯丝极易氧化,耗能严重,有用功仅为10%左右,其余均转化为热能。但灯具结构简单、使用方便、价格低廉,目前市场普及率仍非常高,年生产数量巨大。

    气体放电光源利用气体放电原理,在电场作用下使电流通过气体时发光,包括荧光灯、高压钠灯、高压汞灯等,其中荧光灯发光效率高,额定寿命为1500~10000小时,且体积小、结构紧凑,是室内照明的良好选择;后三者发光功率大,额定寿命为5000~12000小时,但由于它们均存在高温辐射,长期热沉积使灯具光照衰减,且灯具内含有汞、钠等污染元素。

    半导体光源LED(Light Ewiting Diod)是将有机树脂和半导体材料、金属材料封装的固态器件,是低压直流驱动的冷光源,属于第四代新型光源。其具体优势为:一、LED光源发光效率高,可达到50~200流明/W,且无需过滤,单色性好无色差;二、LED节能环保,单管功率仅为0.03~0.06瓦,同等照度下耗能仅为白炽灯的1%、荧光灯的50%;三、LED封装结构抗震抗碎,且照明寿命长久,平均可达10万小时以上;四、LED安全环保,无热辐射、冷光源、低压直流驱动,无汞钠等污染元素。

    鉴于LED光源在绿色低碳、节能环保方面的明显优势,无论全球国际半导体巨头,还是中国市场的照明厂商都纷纷借机切入LED光源照明领域,瞄准LED智能照明控制系统的解决方案,欧美国家的智能建筑、家庭自动化早已开始普及和推广成熟的LED智能照明控制系统。
 

三、ZigBee无线自组网络的技术性能比较

    无线传感网络WSN(Wireless Sensor Network)是由大规模、自组织、多跳、动态性的传感器节点所构成的无线网络。无线通信(Wireless Communication)是利用空间中的电磁波信号实现数据信息的交互方式,按传输媒介分为光通信、微波通信、声波通信等;按频段分为卫星频段、ISM频带、陆地频段、航空频带等;按协议标准分为ZigBee、Wi-Fi、WLAN、Bluetooth、WiMAX、UWB、WUSB、GPRS等。无线传感网络具体如何选择协议标准,需从应用场合、应用目的等多角度考虑,综合比较它们的性能、成本、功耗等各方面的优劣势。短距离无线通信技术性能比较如表3-1所示。
   
    ZigBee国际联盟成立于2001年8月,制订了基于IEEE 802.15.4协议的ZigBee双向无线通信技术,安全可靠,适用于868Mhz、915Mhz或2.4Ghz的ISM频段。我国均采用2.4Ghz频段,是全球通用、免付款、无需申请,传输速率为250Kbps/s,增加RF前端功率芯片后,通信距离达1~3km,具有应用前景。
 

 
表3-1 短距离无线通信技术性能比较
 

    无线通信技术的信噪比抗干扰性能测试如图3-1所示,横坐标为信噪比(SNR dB),纵坐标为误码率(Bit Error Rate),误码率一信噪比曲线足以说明在低信噪比的环境下,ZigBee无线传感网络具有超强的抗干扰性能。与WiFi、蓝牙Bluetooth等其它无线通讯技术相比,ZigBee起步较晚,不过却是“后起之秀”。
 

图3-1  无线通信技术的信噪比抗干扰性能测试

 
    ZigBee凭借自身具备近距离、自组织、低速率、低成本、低功耗等独特优势,必将成为无线传感网络的选择之一。ZigBee无线传感网络技术优势:
1.低速率、自由频段:三个ISM可选工作频段,欧洲采用868MHz频段,速率20kbps;美国选用915MHz频段,速率40kbps;而我国选用2.4GHz频段,速率250kbps,全球通用、免付费、无需申请。
2.网络节点无限扩展:网络层分配地址采用分布式寻址方案,一种64位MAC长地址,由IEEE分配,全球唯一,可以容纳65535个节点;另一种是16位网络短地址,由父节点分配,当前网络中唯一,可容纳255个节点。
3.短距离、覆盖面广:RF收发天线可采用单端非平衡倒F型PCB天线,室内有障碍空间端到端的通信距离约为10~100m,若附加CC2591距离扩展器模块可增加至1~3km,且满足多节点自组网实现数据多跳传输,满足收发距离要求。
4.低功耗:收发模式均为mW级别,非工作时间为超低功耗休眠模式,普通5号电池的即可长时间连续续航,这是其他无线通信技术望尘莫及的。
5.安全可靠:采用冲突避免载波多路侦听技术(CSMA-CA),避开数据传输的竞争与冲突;模块采用自组网、动态路由的通信方式,保证了数据传输的可靠性;采用全球唯一的64位身份识别,并支持AES-128 加密,具有高保密性。
6.时延短:休眠激活时延仅为15ms,设备搜索时延仅为30ms,信道接入时延仅为15ms,保证了数据传输的正确性,进一步降低了设备模块的功耗。

    ZigBee无线传感网络的显著优势使它在工业自动化、远程控制等拥有大量终端节点的设备网络中得到广泛应用,在其他相关领域也得到辐射与普及,例如智能建筑、家庭自动化、社区安防、环境检测、煤气水电抄表等现代化领域。

 四、ZigBee版LED定制案例的功能需求

4.1硬件设计要求
1.标准化硬件、易扩展:参照ZigBee联盟规范设计ZigBee模块、PWM调光、RF射频电路和PCB天线,保证不同厂商之间的ZigBee通信模块可以整体替换,系统完全兼容,扩展性好,降低LED智能照明系统整合难度。
2.LED驱动调光集成:贴片设计,缩小驱动器PCB板体积,与LED灯具集为一体,满足用户即插、即换、即用,方便安装、实用美观。
3.脉冲恒流驱动:要充分发挥LED节能、调光、调色温等优势,驱动器至关重要,精准控制电流脉冲频率和占空比实现PWM无极调光,达到合理照明度。
4.稳定节能:一方面要求LED照明灯具节能省电,减少电能消耗;另一方面要求LED实现PC或手机客户端的远程登录,集中控制与管理,实现智能PWM无级调色温和调光。
5.可靠稳定:照明环境现场,难免不会受到外界信号干扰(WiFi、蓝牙、红外等),要求ZigBee模块的信噪比抗干扰能力突出,也要求无线发射和接收模块的通信距离满足室内无线组网条件,保证通信稳定。
 
4.2软件设计要求

1.遵循协议规范:ZigBee模块的软件完全遵循ZigBee协议规范和模块化设计,具备良好系统兼容性;数据格式一致,提高传输质量和稳定性,减少时延。
2.全自动组网:ZigBee无线传感网络实现全自动组网,组网灵活方便,具备自我修复能力;用户可以任意添加、删除ZigBee模块,所有模块均可设置为协调器、路由器或终端设备;模块合理布局,保证网络覆盖面积广,无通讯盲区。
3.时钟控制:利用CC2530芯片时钟管理单元,实现对LED智能照明系统中的LED灯具进行分组同步控制(同步性好、无滞后)和延时控制(延时指定时间)。
4.动态路由:路由器依照路由查询、路由维护等命令动态维护路由表,源节点和目标节点之间数据传输路线不唯一,具备“路由重选”功能,提高通信可靠性,降低路由开销和能量开销,缩短平均时延,提高环境适应能力。
 
4.3 功能设计要求
1.PWM无级调色温:可以从3000K(暖色)~6000K(冷色白光)之间进行无级调色温,根据不同的场景要求任意切换并满足想要达到的灯光色彩效果,LED产品亮度高、功率低,更节能环保省电。
2.PWM无级调光:实现PWM线性无级调光,避免现场光照度发生大幅度突变,有利于营造舒适的照明环境,节约电能,延长LED额定寿命,保证光照度始终维持在用户预设值附近,改善照明质量。
3.情景模式设置:根据用户个性需求,通过灵活多变的情景模式,对LED灯具进行任意百分比色温、百分比亮度、情景模式分组,变化出绚丽多彩的照明模式,包括全开、全关、延时、小夜灯、节日、会客等复杂模式,展现LED智能照明系统的优势。
 

五、ZigBee版LED定制案例的方案选择
5.1. LED驱动实现

    作为绿色环保、节能的第四代新型光源,LED是低电压(2V~3.6V)、大电流(200mA~1500mA)的半导体器件,其发光强度取决于LED光源的正向电流,当正向电流过大会导致LED芯片结温大
幅升高,光通量大幅衰减,寿命也大打折扣;当正向电流过小会导致LED发光强度大幅下降,严重影响LED照明质量。

    LED驱动器的方案设计是核心技术,至关重要,虽然只占控制系统的很小比例,但其综合性能的好坏直接影响整个LED智能照明系统的稳定性。LED驱动电路除了要满足安全可靠性外,对效率要求也十分苛刻,要充分体现出其高效节能与长寿命的独特优势。目前,国内外市场上LED普遍采用直流驱动: 

1.方案一:LED电阻限流驱动
在LED电源回路中串接可调电阻R,通过改变其阻值实现限流驱动。该方案电阻耗能大,节能效率低,受电源变动影响较大,不适合驱动大功率LED。

2.方案二:LED恒压驱动
在LED电源回路中使用稳压元件,端电压不变,输出电流随LED负载变化;通过调节合适阻值的串接电阻保证LED照明度一致,耗能严重,不宜采用。

3.方案三:LED恒流驱动
LED的端电流恒定不变,端电压随负载变化;精确控制LED正向电流的脉冲频率与占空比,实现恒流驱动;间歇脉冲供电,延长了大功率LED额定寿命。
综上所述,LED恒流驱动方案最佳,因此该ZigBee版LED定制方案选择方案三。
 

5.2.  LED调光实现

    调光技术对于LED智能照明控制系统至关重要,随着环境参数变化智能调节LED光照度,有利于营造舒适的照明环境,减少“长明灯”现象,节约电能,延长LED额定寿命。 

1.方案一:直流电源正向电流调光
    LED照明度是与正向电流近似成正比,改变与LED负载串联的电流检测电阻值实现调光。该方案在调光瞬间会导致色谱偏移、色温变动,且无法实现精确准确调光;LED长时间工作于低亮度状态导致效率大幅下降,LED温度骤增而报废。

2.方案二:交流电源双向可控硅(双向晶闸管)调光
    适用于白炽灯、荧光灯等传统灯具调光,切割交流电正弦波改变其有效值实现LED调光。该方案缺陷在于导通瞬间对电网造成严重的高次谐波干扰,且高次谐波抑制电感开通瞬间产生音频噪声污染。

3.方案三:直流电源PWM脉冲调光
    LED属于二极管,可实现高频开与关,实现PWM脉冲调光。PWM调光无色谱偏移,调光准确度高达万分之一,且无LED闪烁现象;PWM调光维持恒流源驱动,无过热现象。
综上所述,PWM调光方案最佳,因此该ZigBee版LED定制方案选择方案三。
 

5.3.    ZigBee协议栈实现

5.3.1.   ZigBee 节点类型与网络拓扑

1.ZigBee节点类型
    在ZigBee无线传感网络中存在两种物理设备类型:全功能设备(Full Function Device,FFD)和精简功能设备(Reduced Function Device,RFD),两者相辅相成,紧密配合,共同完成无线传感网络的通信。

    全功能设备FFD具备的功能特性完整、齐全,支持ZigBee协议标准规范的所有性能特征。FFD可作为协调器节点或路由器节点模块使用,具备控制器的存储、计算能力,实现数据发送、数据接收和路由选择等功能,与任何其他设备节点进行双向无线通信,所以FFD将消耗更多的能量和内存资源。

    精简功能设备RFD只具备局部特性。RFD只能作为终端设备节点模块使用,只负责终端的数据采集并将其转发至上级FFD节点,只能与FFD节点完成通信,禁止与RFD节点通信,内存资源要求不高。
 

图5-1  ZigBee网络节点类型

 
    按ZigBee节点模块按组网功能可分为Coordinator、Router和End-Device。ZigBee网络由一个Coordinator以及若干Router和End-Device组成,如图5-1所示。

    协调器节点(ZigBee Coordinator,ZC)包含ZigBee网络的所有数据信息,存储容量大,数据处理能力强;整个网络中具有中唯一性,且必须为全功能设备FFD,负责节点上电、网络启动与配置,选择网络标示符(PAN ID)和通信信道(Channel),建立ZigBee网络,等待新节点入网,并分配16位短地址。

    路由器节点(ZigBee Router,ZR)必须是全功能设备FFD,成功入网后,获取16位网络短地址;负责路由发现与选择、路由建立与维护,并允许其他设备节点的入网或离网,可作为远距离通信的数据中转站,实现数据的多跳透传。

    终端设备节点(ZigBee End-Device,ZE)为精简功能设备RFD或全功能设备FFD,无路由功能,只能加入或离开ZigBee网络,只能与上级父节点实现双向通信,获取或转发相关信息,常处于有睡眠或激活工作模式,超低功耗。

2.ZigBee网络拓扑方案
    ZigBee 无线传感网络支持多种网络拓扑结构如图5-2所示,包括星形(Star)、树状(Tree)、网状(Mesh),有且仅有一个全功能设备FFD作为协调器节点,路由节点和终端设备节点的数量若干,由用户自我配置。

 
图5-2  ZigBee网络拓扑结构

 
    星形拓扑结构由中心向四周辐射,只包含唯一的Coordinator和若干End-Device。Coordinator作为控制核心负责ZigBee网络的启动、配置与维护;End-Device负责数据采集。星型拓扑网络结构简单,无需执行大量上层协议与路由操作,便于管理,但要求所有End-Device必须在Coordinator通信半径之内,极大限制了网络覆盖面积,且路由路线单一,极易导致网络拥堵与数据包丢失。

    树状拓扑结构包含唯一的Coordinator和若干星形拓扑,是对星形拓扑的扩展与延伸,数据转发均通过树状路由完成;继承了星形拓扑的简单性、路由操作少、存储器要求不高等优势,同时又增强了数据多跳传输,避免了星形拓扑覆盖面积不足的劣势。但树状拓扑仅依靠树状路由作为唯一骨干网络,也极易造成拥堵或瘫痪。为此,树状拓扑定期进入休眠模式,降低功耗,延缓拥堵。

    网状拓扑结构包含唯一的Coordinator以及若干Router和End-Device,是对树状拓扑的升级与完善,允许通信半径内的FFD设备两两任意通信,Router均具备“路由重选”功能,动态维护路由表,提高了网络的环境适应能力,缩短了平均时延,数据转发更加安全可靠,但必然将花费设备节点更多的内存资源。
 

5.3.2  Z-Stack协议栈架构

    Z-Stack协议栈是ZigBee无线传感网络中各层协议的总和,形象的反映了无线传感网络中数据文件传输的完整过程:由上层协议到底层协议,再由底层协议到上层协议。Z-Stack是基于IEEE 802.15.4标准协议的精简网络模型,即IEEE 802.15.4定义了最底层的物理层(Physical Layer,PHY)和媒体介质访问层(Medium AccessControl Layer,MAC);ZigBee联盟定义了网络层(Network Layer,NWK)和应用层(Application Layer,APL)。其中,网络层实体包含数据实体(Network Layer Data Entity,NLDE)和管理实体(Network Layer Management Entity,NLME)两部分;应用层包含应用支持子层(Application Support Sub-layer,APS)和ZigBee设备对象(ZigBee Device Object,ZDO) ,用户可以根据终端需要对应用层进行定制开发。Z-Stack协议栈体系结构如图5-3所示。
 

图5-3  Z-Stack协议体系结构

 
    Z-Stack协议栈由一系列的层模块(PHY、MAC、NWK、APL)搭建而成,分层结构使各层协议之间相对独立、结构合理、简单紧凑、脉络清晰。每个层模块负责对Z-Stack协议栈的局部进行规范和标准化,并完成该层辖区内规定的任务,也向上一层模块提供特定服务,完成上下层模块间的通信:数据服务实体(NLDE)提供数据传输服务,允许应用程序传输应用协议数据单元;管理实体(NLME)提供其他剩余管理服务,如配置设备、启动网络、节点入网或离网、地址分配等。每个服务实体凭借对各层模块的服务接入点(Service Access Point,SAP )为其上层模块提供服务接口,每个服务接入点均通过一系列的服务原语来实现所对应的功能。

 

5.3.3  ZigBee原语与操作系统任务调度OSAL方案

1.ZigBee原语
    ZigBee协议栈标准规范定义了一系列服务原语,其分层结构要求各层模块,通过相应的服务接入点(Service Access Point,SAP ),为上一层模块提供唯一的服务接口,又通过对服务原语的调用来实现具体的服务内容。一方面,分层结构要求协议栈的各层模块相对独立的运行,结构清晰明朗;另一方面,ZigBee协议栈又是一个有机的整体,各层模块的独立运行并不代表各层之间失去所有联系。服务原语的调用实现了协议栈层与层之间的信息共享、信息交互,为ZigBee设备准确无误的协同作业提供了条件。协议栈层模块之间服务原语的关系图如图5-4所示。
 

 
图5-4  ZigBee协议栈原语

 
(1)Request(请求原语):是上层N1用户向本层N用户请求指定的服务。 
(2)Confirm(确认原语):是本层N用户对上层N1用户发出的请求原语的确认。 
(3)Indication(指示原语):是本层N用户发给上层N2用户,指示N的内部事件。 
(4)Response(响应原语):是上层N2用户对本层N用户的指示原语的响应[28]。

2.ZigBee操作系统任务调度OSAL方案
    Z-Stack协议栈中各层的服务原语多达数十或上百条,是一个多任务软件程序,需要设计一个操作系统抽象层OSAL的协议栈调度程序,并采用操作系统的思维与任务轮转查询机制来完成多任务的调度,避免任务间的紊乱。操作系统任务调度OSAL是一种多任务的分配资源机制,搭建简单的多任务操作系统。ZigBee操作系统任务调度OSAL方案如图5-5所示。
    首先,OSAL初始化系统,包括系统初始化和资源初始化,其中系统初始化是OSAL任务表、任务结构体、序列号等变量初始化;资源初始化是对内存、中断、NV等设备资源初始化。再则,OSAL通过osal_add_task添加任务事件到任务表中,形成一个以高低优先级排序任务链表。最后,OSAL开始执行轮转查询机制,以死循环模式不断地查询任务事件的发生,并根据软件预设的任务优先级高低依次进入中断程序处理对应事件;若没有任务事件准备就绪,ZigBee系统将进入超低功耗模式。
 


图5-5  ZigBee操作系统任务调度OSAL方案
 

 

 

六、ZigBee版LED定制案例的软硬件平台实现

6.1. 硬件平台搭建

6.1.1. 酷炫先锋智能家居控制主机--KC868-F
(1) KC868-F主机参数: 
Ø  产品尺寸:205*150*30 mm
Ø  工作电压:DC9V 
Ø  静态功耗:<0.5W 
Ø  材    质:阻燃ABS 
Ø  通信距离:RF射频315MHz,空旷环境距离>4000m 
Ø  射频协议:2262编码和1527编码 
Ø  GSM网络:850/900/1800/1900MHz   四频网络,全球通用 
Ø  工作温度:-20℃~70℃  
    工作湿度:20%-90% 

图6-1  KC868-F主机侧面细节图
图6-2  KC868-F主机背面细节图

 
(2)KC868-F主机功能: 

  •  多运行平台:支持Window7、Window8、WindowXP、IOS 系统、安卓系统;
  •  315MHz无线射频信号接收/发射功能、2.4G ZigBee无线信号接收/发送;
  •  情景模式功能;
  •  无线传感器触发联动功能;
  •  触发联动、定时联动模式功能;
  •  RS232串口,发送指令控制。

 

(3)主机与路由器的连接方式:
    第一次使用主机时,将主机插上标配电源。当主机的黄灯常亮后,表示主机启动成功。用平行网线将主机接入路由器。主机网线连接如图6-3所示。

图6-3  KC868-F主机网线连接图

 6.1.2 ZigBee标准化通信模块

(1) 主要特性:

      
图6-4  ZigBee标准通信模块正面与背面细节图

供电方式可选

  • 3.3V直流供电
  • 5V直流供电

高性能,低成本

  • 载频频率2405–2480 MHz,为全球免费频段;
  • 发射功率可达100mW(20dBm),发射功率软件可调;
  • 接收灵敏度 -103dBm (BER=1%);
  • 空中传输速率高达250kbps;
  • 视距情况下,可靠传输距离可达 1000m。

高级网络和安全

  • 丢包重发机制和ACK机制;
  • 多通道通信,根据环境自动选择可靠频道通信;
  • DSSS(直接序列扩频技术),有效的抗同频窄带干扰;
  • 每个直接序列通道覆盖65000 个唯一网络地址;
  • 自带16位CRC 校验,能有效检错;
  • 基于QPSK 的调制方式,采用高效前向纠错信道编码技术,提高了抗干扰的能力;
  • 支持点对点,点对多点和对等网络;
  • 实现自组网,自动路由,自我诊断,容错网状网络。

 使用简易

  • 模块提供UART 接口;
  • 波特率出厂为9600bps,8位数据位,1位停止位,无校验; 
  • 体积小、重量轻;
  • 采用SOC,外围电路少,可靠性高,故障率低;
  • 鞭状天线,IPX天线连接座等多种天线连接方式。

 
(2) ZigBee标准通信模块管脚定义:

图6-5  ZigBee标准通信模块IO引脚图

 

表6-1 ZigBee标准通信模块管脚定义

 6.1.3.LED驱动器与ZigBee控制转接小板

(1)ZigBee控制转接小板

图6-6  LED驱动器的ZigBee控制转接小板背面细节图
 
 
图6-7  LED驱动器的ZigBee控制转接小板正面细节图

 
    LED驱动器的ZigBee控制转接小板上用以焊接ZigBee标准模块,4个pin引脚分别为GND、PWM1、PWM2、VCC。转接小板为ZigBee标准模块提供5V直流电源,同时ZigBee标准模块输出2路可任意调百分百%的PWM信号,对LED进行无级调色温和无级调光。

 
图6-8  LED调光调色驱动电源PCB正面细节图

 
    LED调光调色驱动电源输入100~240V,50/60HZ,为ZigBee控制转接小板提供12V直流电源,也为LED灯珠提供12V电源。同时LED调光调色驱动电源还将ZigBee控制转接小板引出的2路PWM信号传输给LED灯珠,进行LED进行无极调色温和无极调光。
 

 
图6-9  LED调光调色驱动电源外壳正面细节图

 

 
图6-10  LED调光调色总装配图
 

6.2. 软件平台搭建

PC客户端登录与LED调色温调光控制界面

 
图6-13  PC客户端的主机登录界面

 
    登录界面填写内容如下:
(1)语言:Chinese(简体中文)和English 
(2)用户:管理员或普通用户。 
Ø   管理员拥有PC客户端软件的全部功能权限;普通用户只能进行设备的控制操作; 
Ø   PC客户端登录方式可以选择管理员和普通用户;手机或平板客户端登录方式只有普通用户。   
(3)地址:填入主机网络参数中的IP地址,默认:192.168.1.200 (必填) 
(4)密码:出厂设置默认密码:12345678 (必填) 
(5)端口:填入主机网络参数中的端口号,默认:4196  (必填) 
(6)主机ID:填入主机包装壳上ID 序列号  (必填) 
(7)记住密码:被勾选,即可让客户端记住密码,下次登录无需重复输入。 
(8)自动登录:被勾选,双击控制软件图标后,自动进行登录,而无需手动再次点击“登录”按钮。 
(9)数据同步:被勾选,登录时,将主机内的配置数据读出至PC客户端,使PC客户端与主机内的信息同步。

图6-14  PC客户端的主机登录成功后的主界面

 

图6-15  ZigBee版LED调色温调光控制主界面

 
 
附录.
一、《ZigBee应用领域》

    除LED灯等小家电的智能升级外,ZigBee技术还广泛应用于以下领域,如果您所处的行业恰巧吻合,且产品需要智能升级或面临技术瓶颈等问题,欢迎来电咨询!Tel: 0571-56050300  QQ:420951892

1、消费性电子设备:电视、录像机、DVD、 CD机、无线电话按键、运动和休闲器械等电器的远程遥控。 
2、电脑外设:无线键盘、鼠标、游戏操纵杆、无线耳机。 
3、医疗设备控制:医用传感器、病人的紧急呼叫按钮等,实时监测病人的血压、体温和心跳速度。 
4、工业控制装置:危险化学成分的检测、火警的早期检测和预报、高速旋转机器的检测和维护等,利用传感器和ZigBee网络使数据的自动采集、分析和处理将变得更加容易。 
5、交互式玩具:玩具、游戏机等游戏器具。 
6、个人健康监护:监视、诊断、传感器。 
7、家庭和建筑物自动化设备:安保系统、采暖通风和空调系统、照明、烟火检测器、抄表系统、无线报警、厨房机械、窗帘遥控器。 
8、农业自动化:利用传感器和ZigBee网络,使用更多自动化、网络化、智能化和远程控制的设备来耕种,如传收集土壤湿度、氮浓度、PH值、水量、温度、空气湿度和气压等信息,进行环境监测、水利水文监测。 
9、汽车应用:配合传感器网络报告汽车所有系统的状态。 
10、资产跟踪应用:产品运输、产品跟踪、存储较大物品和财产管理。 
11、军事应用:战场监视和机器人控制。
 

二、《晶控Zigbee产品大全》

   目前我司已研发出的ZigBee产品如下,由于下列产品通信协议是我司在国际标准通信协议基础上,自主研发的智能家居通讯协议,因此可配合二次开发;同时开关、调光面板的图案、颜色丰富多样,支持个性化定制,满足用户多元需求。

ZigBee灯光面板 

    目前ZigBee灯光面板的颜色分为白色和香槟色,有1路、2路、3路灯光控制面板可供选择,适用于家庭、办公、医院和酒店等场合,是当前面板的主流。

ZigBee调光面板 

    ZigBee调光面板的颜色分为白色和香槟色,面板的图案、颜色丰富多样,支持个性化定制。

ZigBee开合型窗帘电机 

    ZigBee开合型窗帘电机可以提供单轨、双轨窗帘电机的个性定制。

 

ZigBee温湿度 

    与普通温湿度产品相比,Zigbee无线温湿度传感器具有自组网功能,可将其他ZigBee产品作为信号中继,从而扩展了与主机的通信范围;同时它无需对码学习,简单易用;因其独特的专业性能,Zigbee无线温湿度传感器可广泛应用于住宅、办公、医院(如育婴房等)、农业(如蔬菜、瓜果大棚等)、植物园等场所。
    由于此传感器的通信协议是我司在国际标准通信协议基础上,自主研发的智能家居通讯协议,因此可配合二次开发。

ZigBee空气质量检测仪U-air

    目前,PM2.5(细颗粒物)已成为各国衡量空气污染造成的健康风险明显的指标之一。为了改善室内空气质量,提高人们生活品质,我们基于ZigBee协议设计了一款多功能空气检测仪--U-air智能空气魔盒,主要用于检测室内环境的PM2.5和温湿度值。

    本产品无需对码学习,简单易用,当它与主机配合使用,即可让用户通过手机、电脑、平板电脑等移动终端,远程实时查看家中的空气状况;一旦PM2.5超标即显示警示灯,并联动配合情景模式,如向用户发送报警信息,开启空气净化器、空气清新机、新风系统等设备,从而智能优化室内环境,为您和家人的健康保驾护航。 U-air智能空气魔盒应用广泛,特别适用于有孕妇、老人、儿童、婴儿的家庭,有哮喘、过敏性鼻炎、花粉过敏症等敏感人员的居所以及医院、写字楼、会所、酒店等场所。

    由于此产品的通信协议是我司在国际标准通信协议基础上,自主研发的智能家居通讯协议,因此可配合二次开发。

ZigBee智能家居控制主机KC868-F

    技术上,酷炫先锋同时支持全新Zigbee技术和无线射频,让用户集中控制灯光、窗帘、电视、空调、影音、安防等设备之余,更可以远程实时查看电器的工作情况;外形上,酷炫先锋采用黑白高光磨砂工艺 ,边角流线弧度设计,时尚简约、典雅大方,与现代家居装饰风格相得益彰。酷炫先锋功能涉及智能照明控制、智能家电控制、家庭能源管理、家庭安防监控、家庭环境调节等多个领域,同时增设串口通信功能,主机软件操作界面亲切人性化,可在手机/平板/电脑上操作,并支持远程、定时及自定义操控 ,是杭州晶控电子智能家居主机的优秀之作。  
  


 

温馨提示:
   
上述ZigBee产品暂时只能与我司智能家居主机KC868-F组网使用,更多ZigBee产品目前正处于研发阶段,不久将一一面市,敬请期待!
 
三、《合作流程》

   

 

 
    第一步:双方深入沟通,确定您的实际需求和细节。

    第二步:根据您的需求我们提出具体的解决方案,并评估元器件成本和开发费用。
    第三步:客户对方案进行开发周期以及开发费用的确认。
    第四步:项目定金支付,一般为项目总额的60%。
    第五步:项目(产品)验收。
    第六步:项目达到要求,客户结算余款。