智能家居照明控制新版专业系统设计.doc

本科毕业论文（设计）

题 目 智能家居照明控制系统设计
学 院 电信学院
专 业 电子信息工程
班 级 电子信息工程 统本（01）班
学 号
学生姓名 谢国鑫
指引教师 田新志
完毕日期 5月
西安思源学院教务处制
二〇一 六 年 五 月

摘 要

人们寻常生活照明是必不可少，随着老百姓生活水平提高,普通照明达不打那种随心所欲规定,并且电子发展,通信和计算机网络技术为智能照明控制系统提供了条件，具备辽阔发展前景。
本课题中所设计系统中使用CC2530作为无线网络设备，MSP430F2619 微控制器芯片作为解决器，并结合TI公司Z -堆栈合同栈来实现打开和关闭以及控制LED灯泡。本设计在上位机通过节点之间关系灵活配备进而能达到智能控制。
本设计中电气系统自组网功能,顾客可以通过路由器到路由器节点控制协调器发送信号任何终端设备,终端接受到命令和PWM信号,实现每个灯导致多级调光和场景模式控制功能,具备一定实用价值。

核心词： 智能照明系统 ZigBee 无线网络 CC2530

Abstract
Lighting is essential to People's Daily life，as people living standard rise，the requirements of general lighting up to don't play that follow one's inclinations，and the development of electronic，communication and computer network technology provides conditions for the intelligent lighting control system，has a broad development prospects.
This topic in the design of the system used in CC2530 as wireless network equipment，MSP430F2619 microcontroller chip as the processor，and connecting with the TI company Z - stack protocol stack to achieve open and close and control LED bulbs. This design through the node in the upper machine of the relationship between the flexible configuration which can achieve intelligent control.
Electrical system in the design of the ad-hoc network function，the user can control the coordinator to send signals through the router to router nodes any terminal，terminal receives the command and the PWM signal，realize each lamp to multistage dimming and scene mode control function，has a certain practical value.

Keywords：Intelligent Light System ZigBee wireless network CC2530

目 录

第一章 绪论 1
1.1 本课题研究背景 1
1.2智能家居照明系统国内外研究现状 1
1.2.1智能家居照明系统发呈现状 1
1.2.2短距离无线通信技术发呈现状 2
1.3智能家居照明控制系统发展方向 2
1.4本课题设计重要工作和任务 3
1.5论文构造安排 4
第二章 智能家居照明控制系统支撑技术——zigbee技术 5
2.1 ZigBee概述 5
2.2 ZigBee网络基本 6
2.2.1 网络节点类型 6
2.2.2 网络拓扑形式 6
2.2.3 工作模式 8
2.3 本章小结 8
第三章 智能家居照明系统总体设计方案 9
3.1 智能家居照明系统设计规定 9
3.2 系统总体设计方案 9
3.3 系统硬件设计方案 11
3.4 系统软件设计方案 11
第四章 智能照明系统硬件设计与实现 13
4.1微控制器模块设计 13
4.1.1 MSP430F2619 微控制器芯片 13
4.1.2 MSP430F2619 微控制器外围电路设计 14
4.2无线射频模块设计 17
4.3传感器采集模块设计 18
4.4 光控模块设计 18
第五章 智能照明控制系统软件设计 20
5.1 系统构造 20
5.2系统程序流程图 21
5.2.1网络建立过程 21
5.2.2路由器程序设计 22
5.3.3终端程序设计 22
5.3系统核心程序设计 23
5.4 上位机 24
5.4.1 上位机功能简介 24
5.4.2 上位机工作流程 24
5.5 系统测试 25
5.5.1 系统硬件测试 25
5.5.3 合同栈测试 25
5.5.4 上位机测试 25
第六章 结论 27
道谢 28
参照文献 29

第一章 绪论
1.1 本课题研究背景

对于繁杂照明控制系统来说，若采用老式有线控制方式则价格较高，电缆铺设繁琐，已经逐渐不能完全满足当代都市人们应用需求了。因而无线通信技术应运而生。
无线通信技术种类有诸多，不同技术应用场合也不相似。如蓝牙技术传播速度快，但是传播距离有限，合用于近距离且组网节点少场合；WIFI传播速度快，传播距离远，但其价格偏高，功耗较大，组网能力较差。而本文中将要使用ZigBee技术则具备低成本、低功耗等特点，并且其在工作模式下，ZigBee传播速率较低，传播数据量很小，从而导致信号收发时间很短，此外当其处在非工作模式时，节点处在休眠模式以节约能源消耗。
1.2智能家居照明系统国内外研究现状
1.2.1智能家居照明系统发呈现状
智能家居照明系统是近几年开始发展起来，本质上是从属于智能楼宇自动化系统中一种子系统。进入21世纪已来，智能化建筑方面发展可谓是日新月异，在智能化建筑中涉及到有老式用于通信方面网络系统（涉及有线与无线系统），有用于安全面智能监控系统，有用于提高工作效率智能办公和通信自动化系统。智能建筑在这几方面已有了长足发展，有关技术也比较成熟。但是作为智能建筑中智能照明控制系统方面发展却相对比较滞后。当前在诸多成熟智能建筑系统，照明方面依然采用老式手动控制照明办法。浮现这一现象重要是由于智能照明控制系统在国外定位太高，对于普通消费者来说只能是海市蜃楼，价格高得难以接受。而在国内此前则是重要是受老式消费观念影响，在人们印象中照明也只是在黑暗中提供充分光源就可以了，没有必要去花过多金钱在照明控制上，正是由于普通民众这种想法，使得国内某些具备这方面科研能力院所和公司没有也不肯投入过多人力和财力进行研究和推广智能照明系统1。当前随着生活水平提高，人们对生活品质追求也越来越高，因而对智能照明系统提出了新规定，当前智能照明控制系统大某些是由舞台灯光控制系统演变而来，但随着智能家居和楼宇自动化发展，智能照明系统也开始从舞台灯光控制向各种建筑物照明发展。当前随着无线通信技术与计算机技术发展，国内外诸多科研机构也开始研究如何将无线通信技术引入智能照明控制系统中。而ZigBee技术各种特性，可以较好满足智能照明系统规定，成为智能照明控制系统研究热点技术。
1.2.2短距离无线通信技术发呈现状
对于智能照明系统来说使用主在通信技术就是短距离无线通信技术。现阶段重要无线短离距通信技术有ZigBee技术、UWB技术、蓝牙技术、WiFi技术等。UWB不采用老式无线通信技术惯用持续载波，而是通过纳秒级脉冲来完毕数据信号发送，具备很宽频谱范畴。蓝牙技术通信距离普通在10m以内，现阶段蓝牙技术重要应用在计算机外设，例如蓝牙打印机、蓝牙音箱等。此外当前智能手机都内置有蓝牙模块，用于短距离之间数据传播。WiFi也是一种短距离无线通信技术，重要用于数据传播量大，可靠性规定较高场合（如无线局域网）等，但其成本较高、功耗很大。 对于ZigBee来说，其通信速率在10~250kbit/s之间，通信距离在开阔空间难可以达到300m，若是在室内等较封闭空间也在10~100m范畴之间，通信效率也比较高。合用于低成本、低功耗场合。上述几种无线短距通信技术各有各特点，因而其应用场合也不完全相似，但它们之间竞争非常激烈，一定期候也许互相进行补充1。
1.3智能家居照明控制系统发展方向
老式照明系统只为人们提供必要照度，智能照明控制系统设计重要是为理解决老式照明系统方面局限性。纵观智能照明控制系统发展，大体可分为三个阶段：照明系统电子化、照明系统自动化和照明系统智能化2。在智能照明系统中顾客可以依照需要设立不同情景模式，此外还可以通过某些传感器感应周边环境变化，从而实现智能调节，为人们工作、学习和生活提供更好环境。就当前发展来看智能照明控制发展重要趋势重要在如下几种方面1：
1) 更加人性化。依照人们不同需求来实现智能化调节，目就是实现人机合一。
2) 网络化。由于维护方面老式照明比较有局限性，因此网络化能及时监测到各种信息并及时反馈以便人们使用。
3) 可扩展性。智能照明系统因实现可扩展，以便新设备能随意接入网络。
4) 原则化。智能照明系统原则化很重要，如果说不同厂商生产出来用时不能使用会给人们带来极大地不便。
1.4本课题设计重要工作和任务
智能家居照明系统是一项实践性很强课题。需要具备一定理论基本知识，还规定具备一定动手实践能力。为了较好完毕本次毕业设计，从毕设准备到最后完毕重要做了如下几方面工作。
（1）查阅有关文献资料，收集相应理论基本知识。在此基本上做好理论知识准备。
（2）进行了相应实地考察，理论与现实相结合，分析判断考虑设计整体框架。
（3） 进一步理解了ZigBee技术特性和通信原理以及智能照明技术规定等。
（4）在有关理论基本完备状况下设计了基于ZigBee智能家居照明系统
（5）4)最后进行仿真与调试，完毕课题设计。
1.5论文构造安排
论文第一某些为“绪论”，该某些一方面说本课题研究背景做了较为详细阐述，随后就智能照明控制系统国内外研究现状过行了系统分析。
论文第二某些为“智能照明控制系统支撑技术——Zigbee技术”，该某些重要对Zigbee技术进行了详细阐明。
论文第三某些为“系统硬件设计与实现”,该某些重要简介智能照明控制技术中硬件某些设计。
论文第四某些为“系统软件设计实现”，该某些就系统构造，功能以及相相应程序设计与实现分别进行核心技术阐明分析。
第五某些为“结论”，该某些用于描述本课题实行结论并给出了进一步展望。
第二章 智能家居照明控制系统支撑技术——zigbee技术
2.1 ZigBee概述
ZigBee技术一种应用于传播距离短、速率低电子设备间无线通信技术。是基于IEEE802.15.4原则低功耗局域网合同。
Zigbee合同栈由子层构成，每一层为其上层提供服务：如果是一种数据实体就提供数据传播服务；如果是一种管理实体就提供管理、维护服务。每个服务实体通过一种提供了一系列基本服务指令来实现相应功能服务接入点（SAP）为其上层提供服务接口。其合同栈构造如图2-1所示。

图2-1 ZigBee合同栈构造
从图中可以看出，ZigBee合同从下到上分别为物理层(PHY)、媒体访问控制层(MAC)、传播层(TL)、网络层(NWK)、应用层(APL)（应用支持子层和应用层）3。其中物理层和媒体访问控制层遵循IEEE 802.15.4原则规定，传播层、网络层及应用支持子层则遵循ZigBee联盟原则规定。
从合同工作过程来看，ZigBee合同中层与层之间与OSI参照模型工作过程类似都是通过原语进行信息互换和应答。层与层之间通过服务接口来完毕有关服务与有关数据传递。ZigBee合同提供数据服务和管理服务两种服务接口，数据服务接口重要任务是向上层提供所需常规数据服务，管理服务接口重要任务是向上层提供访问内部层参数、配备和管理数据机制4。
在本课题所设计系统中，为了达到节能目，系统将会采用Zigbee技术来构建智能家居照明系统。
2.2 ZigBee网络基本
ZigBee网络和老式意义上网络是不同。本文重要从ZigBee网络中设备类型，网络拓扑构造以及工作模式这三方面内容进行简介，在ZigBee原则中，网络重要有三类网络节点、三种拓扑构造以及两种工作模式。三类网络节点分别是网络协调器（Coordinator）、路由器(Router)和终端节点（End Device）；三种拓扑形式是星型拓扑、树型拓扑和网状拓扑；两种工作模式为信标(Beacon)模式和非信标(Non-beacon)模式。
2.2.1 网络节点类型
(1) 协调器（Coordinator）
协调器顾名思义就是在网络中进行协调，在ZigBee网络中，协调器重要作用有：1）ZigBee网络中通信频道选取；2）ZigBee网络建立；3)为其她节点提供必要路由信息，管理其他节点安全及其她服务。依照ZigBee合同规定在一种Zigbee网络中有且只有一种协调器节点。
(2) 路由器（Router）
在ZigBee网络中，路由器重要作用有：1）路由器节点自身信息收发；2）节点之间转发信息收发；3）协助其他节点加入到网络中；4）为网络提供路由信息。
(3) 终端节点
终端节点是Zigbee系统中最小单元，其重要作用有：1）发送和接受信息；2）为了达到节能目，普通当终端节点不需要数据收发时，就会进入休眠状态以减少能耗。
2.2.2 网络拓扑形式
(1) 星型拓扑
在星型拓扑中有一种协调器节点和若干个终端节点，协调器节点负责全网运营，这种拓扑构造是Zigbee网络拓扑构造中最简朴拓扑形式，如图2-2所示。

图2-2 星形拓扑构造
(2)树型拓扑
在树形拓扑构造中，协调器节点作为整个网络根节点，它可以连接路由器节点和终端节点，路由器节点可以连接路由器节点和终端节点，而终端节点下面则不能再连接任何其他节点。树状拓扑构造如图2-3所示。

图2-3 树状拓扑构造
(3)网状拓扑
在在ZigBee网状拓扑中，网状拓扑是最复杂一种方式，固然也是最灵活一种方式，具备较好容错能力，如果某个路由途径浮现问题，信息可自动选取她途径进行传播。网状拓扑构造如图2-4所示。

图2-4 网状拓扑构造
2.2.3 工作模式
不同应用需求，对网络工作方式规定也不同。为了满足不同应用需求，ZigBee网络工作模式分为信标(Beacon)模式和非信标(Non-beacon)模式两种。
在信标模式下，网络中所有设备工作与休眠都是同步，这样做目是可以在最大限度上节约能源消耗。而在而非信标模式进行周期性休眠，网络中设备工作与休眠不是同步，网络中协调器和所有路由器设备长期处在工作状态，以保证系统时刻处在响应中。
2.3 本章小结
本章就ZigBee技术给与某些基本简介，并且对节点类型和拓扑形式以及工作模式有了一定理解，在第三章和第四章会简介如何基于硬件完毕设计。
第三章 智能家居照明系统总体设计方案
3.1 智能家居照明系统设计规定
当代家居照明系统规定与过去相比有了很大不同。一方面让顾客在适合光照下生活学习，另一方面还规定系统具备节能功能以及顾客操作以便性。因而在设计智能家居照明系统时应环绕这几种方面来考虑。针对以上规定智能控制系统设计方面应在无线感知网络方面、接入节点功能方面、远端顾客和数据中心方面进行重点考虑。各方面需完毕重要功能如下。
无线感知层：作为感知层方面来说系统应当可以监测室内温度、湿度、室内光照强度及设备电池电压等环境信息,然后将感知到成果通过系统中接入节点转发到远端顾客或数据中心5。
接入节点：对于接入点来说，一方面收集感知层传感节点采集到室内温度、室内湿度、室内光照强度及设备电池电压等环境信息,然后通过通信网络将收集到数据转发给远程顾客或PC机上数据中心；此外对于远端顾客或者数据中心发送时候关查询命令、网络拓扑更新命令和LED灯具开/关灯及调光控制命令等接入节点应当可以及时进行解析,并依照解析成果将信息转发给底层感知节点5。
远端顾客和数据中心：对于远端顾客来说，普通都是采用手机监控室内环境信息,这样顾客就可以运用手机等终端设备通过短信形式向感知节点发送查询或者控制命令,并接受感知节点反馈信息等；让顾客也许很以便监控室内环境。对于数据中心来说，则需要进行接受并显示感知层监测到数据、实时显示网络拓扑构造、发送控制命令并显示查询成果,还具备历史数据查询及记录信息显示等功能5。
3.2 系统总体设计方案
智能家居照明系统是一种较为复杂系统，涉及到通信技术、智能控制技术以及计算机技术等方面，本课题通过充分认证后决定采用基于ZigBee无线传感器网络技术来设计本系统。本系统重要构成某些有感知节点、接入节点、路由节点、终端节点和数据中心/远端顾客。如图3-1所示。

图3-1 系统构造图
在本系统中，系统中所有节点通过自适应方式构成一种网状无线传感器网络,在该网络中接入节点承担zigbee网络中协调器,该节点上电后会自动建立网络,随后路由节点和终端节点能自由地加入网络。
在本系统中,各某些作用如下。
传感器节点
环境数据采集与发送
LED灯具亮度自适应调节

路由器节点
网络管理
数据转发

接入节点
网络建立
节点管理
数据解决以及对外接口
网络建立

节点管理；
数据解决以及对外接口
接入节点

实现对智能照明节点集中控制与管理
数据中心/远端顾客：
。

3.3 系统硬件设计方案
本课题中硬件某些设计本质上就是无线传感器网络中节点设计。由于系统需要实现无线方式照度调节，灯具开与关，因而本系统硬件设计重要有微解决器模块、光控模块、无线射频收发模块、电源模块、串口单元和调试接口等设计,系统构造框图如图3-2所示。在该系统中,微解决器单元需要与光控模块、射频模块、串口单元以及调试接口进行通信，是系统核心部件。
电源模块
光控模块
CC2530
射频模块
串口
单元
调试
接口
MSP430F2619
微控制器模块
GPIO
SPI
GPIO
JTAG

图3-2 节点构造框图
3.4 系统软件设计方案
系统硬件是系统正常运营基本，而系统中软件某些则是系统灵魂，一种好系统离不开先进软件系统。为了实现本课题中智能家居照明系统设计，在该系统中数据中心/远端顾客、接入节点、路由节点和终端节点某些软件功能如下应做到如下几种方面5。
数据中心
Ø 实时地显示家居环境信息（自然光照度）
Ø 顾客可以通过数据中心对网络中节点管理、控制智能灯光节点上灯具开关等;

远端顾客
Ø 可以实时远程监控家居环境信息
Ø 可以通过短信形式向感知节点发送查询、控制命令,并接受感知节点反馈信息;

接入节点
Ø 组建无线传感器网络
Ø 发送与接受网络数据与指令
Ø 实现与数据中心/远端顾客通信;

终端节点
Ø 实现对室内环境信息采集
Ø 通过无线传感器网络发送监测数据及拓扑信息到接入节点
路由节点
Ø 实现数据包路由与转发,扩大网络覆盖范畴
Ø 具备终端节点所有功能

第四章 智能照明系统硬件设计与实现
按照系统规划，智能家居照明系统硬件某些设计与实现也就是微控制器模块、射频模块、光控模块、传感器采集模块、电源模块、串口单元及调试接口设计与实现。
4.1微控制器模块设计
4.1.1 MSP430F2619 微控制器芯片
微控制器（MCU），也被称为单片机，可以被以为在其内部集成了许多完毕算术运算和逻辑运算等功能逻辑电路模块。微控制器每一条汇编指令相应一种逻辑电路模块。微控制器依托所运营程序来完毕工作。这个程序是设计者对微控制器一组完整指令，指令告诉微控制器其操作每一步应当去调用什么逻辑电路模块，以及如何调用这个逻辑电路模块。这些指令以二进制代码形式存储在存储器中，微控制器从存储器中一次读取一条指令代码，并完毕由指令代码指定操作。
通过编写设计文献，或者程序，可以在可编程逻辑器件内部产生但愿硬件电路，或者控制微控制器完毕不同工作，正时由于这个特点，使得硬件系统设计变得非常以便。当由于需求更改而需要修改系统某些设计时，设计者只需要进行少量工作就可以完毕。
由于微控制器一次只能执行一条指令，因而它重要局限性是工作速度。采用硬件方案设计数字系统总是比软件方案设计数字系统工作速度快6。可编程逻辑器件在下载设计文献后来，在它内部将形成相应硬件电路，这些电路是可以同步工作。例如向2个数码管传送显示代码，这时可以同步进行。在微控制器中，向2个数码管传送显示代码工作只能是逐个传送。可编程逻辑器件内部电路模块中信号解决时间只来源于硬件电路产生时间延迟，不存在指令读取和执行产生时间延迟。上述工作特点使得可编程逻辑器件工作速度比微控制器芯片快。
在本课题设计中采用MSP430F2619微控制器模块，该芯片是由德州仪器（TI）公司生产64管脚PM包装。MSP430F2619芯片管脚排列图和功能方框图分别如图4-1和图4-2所示。

图4-1 MSP430F2619芯片管脚排列图

图4-2 MSP430F2619芯片功能方框图
4.1.2 MSP430F2619 微控制器外围电路设计
 1 MSP430F2619系列芯片时钟系统 
MSP430 F2619芯片时钟系统具备4种时钟信号源：
内部数控振荡器（DCO）
内部低功耗振荡器（VLO）
低频振荡器（LFXT1）
高频振荡器（XT2）。
这些时钟信号源被用来产生芯片内部使用3种时钟信号：
主时钟信号（MCLK）
子时钟信号（SMCLK）
辅助时钟信号（ACLK）
主时钟信号（MCLK）支持芯片CPU工作，子时钟信号（SMCLK）和辅助时钟信号（ACLK）支持芯片内部外围模块工作。MSP430F2619微控制器芯片时钟系统方框图如图4-3所示。 

图4-3  MSP430系列芯片时钟系统方框图
2) 传感器电路
传感节点作用就是感知信息，在本系统中传感电电路设计中使用了温度方面传感器。在该系统中温度采集使用 ds18b20传感芯片，详细电路如图4-4所示。

图 4-4 温度传感器电路图 图 4-5 按键复位电路图
3) 按键复位电路
按键复位电路作用是可以通过按键断开和闭合在运营系统中控制其复位。图 4-5是系统按键复位电路。
4) 串口连接电路
串行数据通信中数据位传送，按位顺序进行，至少只需一根传播线即可完毕；成本低但传送速度慢。在本系统中PC与接入点采用就是串口通信。串口连接电路图如图4-６所示。

图 4-６ 串口模块原理图
5) 调试接口电路
调试接口是单片机系统中惯用接口，调试接口也有诸多诸多，在本系统中调试接口采用JTAG，JTAG(Joint Test Action Group，联合测试行动小组)是一种适合于国际性原则合同测试，重要用于芯片内部测试。JTAG 属于在线编程，详细做法是，先对芯片进行预编译，没问题后装配到目的板上。运用该项技术可以变化其设计流程，简化元器件，从而提高工作效率，加快工程进度。JTAG接口原理图如图 4-7 所示。

图 4-7 JTAG 接口原理图
6) 复位电路
系统在启动运营时都需要复位，复位使MCU和系统中其她部件都处在一种拟定工作状态，并从这个状态开始工作。在系统中，有时也会浮现显示不正常，也为了调试以便，需要设计一种复位电路。
4.2无线射频模块设计
无线射频是20世纪90年代兴起一种非接触式自动辨认技术。射频技术 相对于老式磁卡及IC卡技术具备非接触、阅读速度快、无磨损等特点。 无线射频技术在阅读器和射频卡之间进行非接触双向数据传播，以达到目的记别和数据互换目。与老式条型码、磁卡及IC卡相比，射频卡具备非接触、阅读速度快、无磨损、不受环境影响、寿命长、便于使用特点和具备防冲突功能，能同步解决多张卡片7。
在本课题设计过程中，考虑到智能家居照明系统低功耗、响应快等特点,在本系统中协调器、路由器和各个终端节点RF芯片都采用TI公司CC2530F256芯片。ZigBee CC2530片上系统提高了系统性能并且节约系统成本；CC2530RF收发器能有效地与MCU融为一体,大大简化了其外围电路，因而在设计本系统也提供了很大便捷性。
4.3传感器采集模块设计
本课题所设计智能家居照明控制系统需要采集照明现场光照度、移动目的、温度、LED状态等环境参数等，而要完毕这一功能则是由系统中布置大量传感器模块来完毕，当传感节点收集到这些信息后通过RF无线射频模块发送到系统中协调器网关节点，而系统中MCU微解决器则需要对收集过来数据进行解决、根据内置条件进行逻辑分析和智能判断，然后依照结论来实现LED灯具PWM线性无极智能调光、智能调色温、分组群控、情景模式等复杂功能。
在该系统中传感器采集模块重要由如下内某些构成：用于采集自然光照度GL45I6光敏电阻，用于检测人体移动目的LHI787热释电红外探头,用于釆集环境温度DS18B20温度传感器构成。传感器釆集模块方案框图如图4-8所示。

图4-8 传感器采集模块方案框图
4.4 光控模块设
光控模块是系统中重要控制模块，在该系统中所有灯具均采用LED灯源，LED作为照明灯是这两年来使用频率越来越高一种照明技术。绿色低碳、节能减排是LED灯一种重要特点。本系统选用LED作为被控灯具,相比老式LED灯，在这里LED灯具中集成了 CC2530微解决器、RF无线射频模块以及PT4115脉冲恒流驱动器。详细工作过程是系统中MCU对室内环境参数(光照度、移动目的、温度等)数据进行解决，结合特点进行逻辑判断，然后通过智能分析,最后实现对LED灯具PWM无极智能调光、智能调色温、分组群控、情景模式等复杂功能。LED驱动调光节点方案框图如图4-9所示。

图4-9 LED驱动调光节点方案框图
第五章 智能照明控制系统软件设计
5.1 系统构造
继电器节点
LED
LED
LED
电脑（上位机）
网 关
继电器节点

继电器节点

路由节点
本课题所设计智能家居照明系统由ZigBee协调器节点、路由器节点、继电器器节点构成。ZigBee协调器重要任务是进行分布式解决。它可以和若干个继电器节点进行通信，从而完毕控制任务。这样可以使本系统同步控制各种区域。基于节能方面考虑，当系统没有数据祈求时，有关传感器节点只进行低功耗信道扫描。

图5-1 智能LED系统示意图
(1)在本系统中网关作用是网间连接器和合同转换器。它在传播层上以实现网络互连，是比较复杂网络互连设备，用于两个高层合同不同网络互连
(2)本系统中继电器节点主在是用于控制LED灯光，放置在需要控制地方。同步继电器终端可以实现网络加入、与协调器绑定来建立LED控制。
(3)本系统中上位机重要作用是完毕对所有区域LED控制，普通位于监控室。
5.2系统程序流程图
LED控制是本课题所设计核心，是系统能否达到节能核心所在，系统采用是基于ZigBee技术智能LED控制。
5.2.1网络建立过程
本课题设计中，各个终端节点具备自动加入ZigBee网络功能，要完毕这一功能需要系统自动建立网络，在这一过程中一方面协调器发起网络建立并进行信道选取；随后有关路由节点和终端节点才干加入网络中。系统流程图如图5-2所示。
上电复位
硬件、堆栈初始化

发现网络
是
否
加入网络
入网成功
否
是
继电器收到数据据
发送成功?
是
否
尝试重新建立绑定
成功？
是
否

图5-2 网络建立过程
详细工作过程是，有关设备通过一系列初始化后，系统中继电器节点根据ZigBee合同来搜寻网络，一旦发既有相应网络存在就发送指令祈求加入节点。在祈求得到确认后，继电器节点将自身地址信息发送给系统中协调器，并自动与协调器进行绑定。在接受到数据传送祈求之后，继电器节点就会将LED电路及时传送给协调器。协调器将新建无线网络。若成功，容许协调器设定为绑定。协调器检测与否有节点规定加入网络，如果接受到节点加入祈求，记录下节点地址，并建立绑定，同步向节点发出传送数据祈求，得到节点确认后，协调器开始接受数据，最后通过RS-232串口发送给上位机8。
5.2.2路由器程序设计
在本系统中，路由器作用是对数据进行中继和转发,并管理及维持网络正常运营,固然为了达到节能目，路由器也许会不定期休眠。而对于应用层来说，路由是透明,应用程序只负责向下发送去往任何设备数据到相应栈中,栈会负责寻找有关途径,本系统中路由程序设计涉及途径发现、途径选取、途径保持维护、路由表维护和终端与协调器数据互换中继。程序流程如下图5-3所示:
设备
路由初始化
路由已入网
开始无线监测
接受数据
与否转发数据
发送数据
上

5.3.3终端程序设计
设备上电
设备初始化成功入网
与否有数据采集命令
采集传感器数据
发送数据
发送成功
与否有高光命令
PWM调光
本系统中终端节点重要负责采集室内温湿度和室内光照度等信息,并将采集有关数据发送给父节点来进行传送,此外终端节点还要接受控制端发送过来脉冲信号来进行数据解决,控制输出口脉冲占空比来控制LED灯亮度,终端节点网络通信功能比较简朴,系统数据采集程序和网络通信控制程序如图5-4所示:

否

是
采集
是

图5-4 终端程序设计流程
5.3系统核心程序设计
(1)设备描述程序
在该系统中，继电器和中心收集设备需要进行配备，中心收集设备将作为协调器或路由器启动，详细描述为：
const SimpleDescriptionFormat_t zigb_SimpleDesc =
{MY_ENDPOINT_ID，
MY_PROFILE_ID，
DEV_ID_COLLECTOR，
DEVICE_VERSION_COLLECTOR，
NUM_IN_CMD_COLLECTOR，
(cId_t *) zb_InCmdList，
NUM_OUT_CMD_COLLECTOR，
(cId_t *) NULL
}
(2)继电器设备描述为：
const SimpleDescriptionFormat_t zigb_SimpleDesc =
{MY_ENDPOINT_ID，
MY_PROFILE_ID，
DEV_ID_COLLECTOR，
DEVICE_VERSION_COLLECTOR，
M_IN NU_CMD_COLLECTOR，
(cId_t *) zb_InCmdList，
NUM_OUT_CMD_SENSOR，
(cId_t *) zb_OutCmdList
5.4 上位机
5.4.1 上位机功能简介
上位机软件重要完毕对每个区域控制分析与显示。本课题设计中，上位机通过串口来对协调器进行实时控制，可以通过上位机可以选取控制一种区域也可以同步控制各种区域，并有很人性化显示界面提高顾客体验。
5.4.2 上位机工作流程
开始
接受来自串口数
提取地址
与否新地址？
控制开关

否
是
更新地址信息
初始化串口

在上位机中当程序启动后，需要做如下几件事情，第一对串口进行相应设立并检测网络启动否。另一方面当串口初始化过后，上位机中控件将响应串口读入事件。而这时下位机有关数据以字符串形式输入到上位机，在该字符串中具有有关节点地址信息。这时，上位机需要对收集到地址信息进行查看。系统程序依照不同地址，选取显示相应LED。在上位机程序显示界面中，可以用来显示每个区域LED开关状况。可以点击不同节点进行切换查看。

5.5 系统测试
系统测试是保障系统正常运营重要环节。
5.5.1 系统硬件测试
系统硬件测试涉及对开发平台电源、内存、按键、LED灯、串口，以及配套电路进行测试。
下载各模块程序后，系统各硬件均能正常工作。
5.5.3 合同栈测试
下载协调器模块到网关模块、节点模块到电池板后，程序运营对的，从串口能对的接受到节点地址以控制LED开关。
5.5.4 上位机测试
打开上位机软件，能显示各个节点区域LED，并且可以控制任何一种区域LED，可以顺利在各种区域间进行切换。
第六章 结论
主题实际工程项目,重要目是设计一种大中型家庭场合,智能照明控制系统控制功能,提供丰富照明功能,以及操作以便和手段。提出并设计了一种基于Zigbee无线网络智能家居照明系统。设计系统中使用CC2530随着无线网络设备,MSP430F2619单片机芯片作为解决器,并结合TI公司Z -堆栈合同栈实现打开和关闭,控制LED灯泡。
电气系统设计自组网功能,顾客可以控制协调器发送信号通过任何终端路由器到路由器节点,终端接受命令和PWM信号,实现多级调光系统中所有灯具和情景模式控制功能,具备一定实用价值。
由于我水平是有限,时间是有限,和智能明系统覆盖等因素存在,本文只有一小某些功能进行了进一步研究,系统仍有诸多地方需要修改,可以考虑添加其她电气设备控制子系统,设计网络、系统扩展到更广泛智能家居照明系统

道谢
本设计完毕是在咱们导师田新志教师细心指引下进行。在每次设计遇到问题时教师不辞辛苦解说才使得我设计顺利进行。从设计选题到资料收集直至最后设计修改整个过程中，耗费了田教师诸多宝贵时间和精力，在此向导师表达衷心地感谢!导师严谨治学态度，开拓进取精神和高度责任心都将使学生受益终身!
还要感谢和我同一设计小组几位同窗，是你们在我平时设计中和我一起探讨问题，并指出我设计上误区，使我能及时发现问题把设计顺利进行下去，没有你们协助我不也许这样顺利地结稿，在此表达深深谢意。

参照文献
1. 王群锋 《基于无线网络智能照明系统研究》 研究生论文 5月
2. 王朝波 《Zigb