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摘要：在可持续发展背景下，节能减排成为社会共识，与人们生活密切相关的照明设施也开始朝着绿色环保的方向发展。LED作为绿色光源的代表，具有体积小、能耗低、使用寿命长等优点，配合无线控制技术，能够实现智能照明，提升照明控制的智能化程度。本文从ZigBee技术和LED技术的内涵出发，就基于ZigBee的LED智能照明无线控制系统进行了分析和研究。
关键词：ZigBee；LED；智能照明；无线控制系统
前言：科学技术飞速发展背景下，新一代信息技术得以出现，物联网、云计算、移动互联网等先进技术的应用，推动了智慧城市的发展。智能照明技术融合了照明技术和控制技术，能够在保证照明效果的同时，实现节能降耗，而如果进一步融入相应的无线控制技术，如ZigBee技术，则可以实现对于智能照明的无线控制，促进控制系统的优化和完善。
1 相关技术内涵
ZigBee技术属于一种无线网络技术或者双向无线通信技术，其运行的基础是IEEE802.15.4无线标准，主要内容包括了网络构建、网络安全等。早在2005年，ZigBee联盟就公布了第一份正式的ZigBee规范“ZigBee Specification V1.0”，借助该规范，技术人员能够运用IEEE802.15.4给出的物理层和媒体芥子访问层，对应用层和网络层进行定义。
LED指发光二极管，属于一种特殊的二极管，能够将电能转化为光能，存在有正负极，在实际应用中需要设置相应的外加电源，电能经由正负极进入二极管。LED光源具备几个比较显著的特点，一是效率高，功耗低[1]。研究表明，LED发光效率超过了当前所有类型的照明光源，而且对比传统光源，功耗更低，只需少量电能就可以发出同等光效的光；二是结构稳固。传统光源一般采用的都是玻璃外壳，不仅内部灯丝容易断裂，外部的玻璃壳也是稍碰即碎，存在一定安全隐患，LED光源可以利用荧光粉和树脂进行封装，对于震动和冲击有着良好的抵抗能力，结构更加稳固，安全性更强；三是使用寿命长。传统灯具的平均使用寿命为数千小时，LED光源的使用寿命可以达到10万小时；四是绿色环保。当前，日常生活中采用的照明光源多是荧光灯或者汞灯，而在这些灯具中，存在一些可能危害人体健康的物质，废弃后也会引发相应的环境污染，与之相比，LED属于绿色光源，发光效果好且不存在紫外线及红外线辐射，能够为人们创造出一个舒适、安全的生活工作环境。
2 基于ZigBee的LED智能照明无线控制系统
2.1总体架构
在对基于ZigBee的LED 智能照明无线控制系统进行设计时，应该坚持安全可靠、节能降耗、经济效益等基本原则，明确系统的功能需求。整体设计方案以ZigBee-Wifi网关为核心，借助ZigBee自组网技术，在网络中加入智能灯具，借助ZigBee网络及wifi网络，控制器能够实现信息的高效传输，支持PC端、控制器和智能手机多种控制模式[2]，具体如图1所示。
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图1 基于ZigBee的LED 智能照明无线控制系统
用户可以利用电脑或则手机控制终端，访问ZigBee-Wifi，电脑也可以通过wifi网络或者串口通信实现对于ZigBee-Wifi网关的访问，ZigBee-Wifi网关能够将接收到的控制命令通过相应的ZigBee网络，传输给终端控制设备，实现对于LED灯具的智能无线控制。
2.2硬件部分
ZigBee芯片选择中，考虑方案中采用的是嵌入式设计，需要将ZigBee模块嵌入LED灯具中，因此其体积应该尽可能小，在保持较低功耗的同时，对成本进行控制，最终选择TI公司的CC2530芯片，配合相应的电容电感元件，就能够满足智能控制系统的要求[3]。
2.2.1ZigBee-Wifi网关
ZigBee-Wifi网关包含了ZigBee全功能设备和wife模块，设计环节需要关注其在网络中所能够发挥的作用，在LED智能照明无线控制系统中，ZigBee-Wifi网关的功能包括了网络组建、信号传输以及环境参数监控，因此其硬件应该包含传感器模块、wifi通信模块、外部接口、晶振电路等。
2.2.2智能灯具选择
ZigBee智能灯具必须能够接收ZigBee网络传输的信息，然后经由设置在灯具上的ZigBee芯片，完成LED灯色温、亮度和颜色的调节。在ZigBee智能灯具中，应该包含ZigBee功能模块、电源模块和LED驱动模块，电路中的射频模块与ZigBee-wifi网关的相关部分一样，只是在RF前端模块中，采用了PCB天线，电源模块采用的是Debug串口供电模式，因为LED芯片本身的功耗低，可以采用一个电源电路同时为ZigBee模块和LED驱动模块供电。LED驱动模块可以借助CC2530芯片中的T1计时器，进行PWM输出，通过控制LED正向工作电流占空比的方式，可以对单个LED芯片在运行中的亮度进行合理调整，在不同输出口位置，设置不同占空比，就能够得到不同的亮度，以此来满足用户的个性化需求。同时，借助相应的三基色混色远离，控制器也可以对LED光源的颜色进行改变[4]。
2.3软件部分
优秀的软件设计能够将硬件的性能切实发挥出来，其本身也是智能照明无线控制系统的一部分，在智能控制、自动调节等方面发挥着积极作用。在本文提到的系统中，软件设计可以分为两部分，一是下位机软件，需要能够将ZigBee-wifi网关和ZigBee智能灯具运用到智能照明系统中，因此应该做好相关程序的开发工作，以Z-Stcak为基础；二是上位机软件，可以以Qt为基础进行开发，强调对相关程序以及系统整体的控制。以用户登录界面为例，其本身是系统的入口所在，能够通过账户密码验证的方式来保证系统内部数据信息安全，在使用系统时，用户需要在登录窗口输入账号密码，系统则会借助函数，对读取到的数据进行解析和验证，通过验证的用户才能够进入控制界面。登录界面的设计需要借助Qt实现，设置项目名称为MyWidget，选择QWidget作为基类，然后双击MyWidget.ui文件，进入设计模式，于界面内添加标签和按钮，开展属性设计，然后退回编辑模式中，将支持中文的代码添加到main.cpp中[5]。
3 结语
总而言之，借助ZigBee所具备的功能，可以设计出相应的LED智能照明无线控制系统，实现对于LED智能灯具的无线控制，控制的内容包括亮度、色温以及颜色等，能够满足不同人群对于照明的个性化需求。面对新的发展环境，也可以在智能照明系统中加入人工智能，赋予系统相应的学习能力，确保其能够根据用户的习惯进行灯具的调节控制，以更好地适应环境变化的要求。
参考文献
[1]赵璇，黄立玲.城市路灯照明智能控制系统的应用[J].电子技术与软件工程，2019，（06）：.104.
[2]赵红燕.智能家居照明控制系统的设计[J].低碳世界，2019，9（03）：203-204.
[3]周华妹，周华安，李端峰，等.基于ZigBee的隧道照明智能控制系统研究与实现[J].测控技术，2019，38（02）：69-74.
[4]王多，王琪.轨道交通智能照明控制系统技术研究及其应用[J].科学技术创新，2019，（05）：140-141.
[5]张斌，侯严严，赵涛.基于ZigBee的智能照明控制系统设计[J].信息技术与网络安全，2018，37（12）：62-65.
论文作者:姜孝福
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年4期
论文发表时间:2019/6/25
标签：智能论文; 控制系统论文; 灯具论文; 光源论文; 网关论文; 模块论文; 技术论文; 《建筑学研究前沿》2019年4期论文;