智能灯具中zigbee无线技术方案解析

广州国际灯光节《丝路传奇》刚刚落下帷幕，酷炫灯光的展示背后又有什么新技术？

2017年，广州国际灯光节以“丝路传奇”为主题，由“城市之光”、“海洋之光”、“经济之光”、“科技之光”和“未来之光”五大板块组成，通过来自国内外以及高校将近30组优秀的作品，用时间轴来描述出广州作为古代海上丝绸之路发祥地的文化底蕴和富有广州特色的历史故事。在各式各样酷炫灯光的展示背后，城市景观灯相比以前到底有哪些进步？

图1 城市景观灯

一、传统方案与新型方案的对比

1、传统方案

原有的景观照明设计都是通过对时间控制器的设定，来实现对配电回路接触器进行自动控制，时间控制器的缺点是其：

• 景观灯自身不能根据季节、地域、节假日和工作日的不同而进行准确灵活的设置，需人工进行手动调节；

• 时间的同步控制误差较大，无法搭建绚丽的画面；

• 无法定位故障检修，无法进行节能管理。

2、新型方案

• 灯控节点采用zigbee无线技术，支持MESH网络拓扑，自动组网，传输可靠，部署简单；

• 支持四遥功能，即遥测、遥信、遥控、遥调；

• 基于单灯的精细化控制，实现较好的节能效果；

• 具有自诊断和亮灯率统计能力，避免了传统的繁琐的寻线工作；

• 智能化的采集、控制、分析处理能力，无需人为干预。

显而易见，基于zigbee无线技术方案在管理、控制、节能方面都有了显著提升。

二、zigbee无线技术方案解析

zigbee无线技术方案由两部分组成，分别是：

1、智能单灯控制器

• 具有无线路由功能，低功耗；

• 与多功能集中器保持互通，接受和执行各种指令，并回传状态信息给集中器。

2、多功能集中控制器

• 下行：通过zigbee无线方式和控制节点（单灯）通信；上行：通过GPRS等方式与监控中心通信；

• 负责zigbee无线网络的建立，管理，设备自组网实现等功能。

图2 zigbee无线方案架构

（1）智能单等控制器的实现

众所周知，灯具的控制主要分为开关控制与调光控制。开关控制利用继电器控制灯具的通断电；调光控制利用PWM、模拟信号、DMX协议信号、DALI信号等方式实现控制。硬件上对于MCU的资源需求量是极少的。

图3 智能单等控制器框图

AW824P2EF无线模块是ZLG致远电子基于 NXP 的 JN5161、LPC824 芯 片开发的低功耗、高性能型zigbee二次开发模块，支持自组网。

其中LPC824是采用ARM Cortex M0+ 内核的32位低功耗处理器，30Mhz主频，支持32KB片内Flash存储器和8KB片内SRAM 存储器。3路UART，4路I2C，2路SPI，12路ADC，6路PWM，即使增加一系列的采集传感器，AW824P2EF也完全能够满足需要。

AW824P2EF提供了一个完整的基于IEEE802.15.4标准ISM（2.4-2.5GHz）频段的应用集成方案，支持Fastzigbee协议，最大发射功率 20dbm。

图4 AW824P2EF zigbee模块

图5 DMX模块

（2）多功能集中控制器的实现

集中器又称网关，负责zigbee网络的建立和管理，同时又具有和管理中心通讯的能力，接受并处理管理中心发送的指令。采用zigbee+GPRS双无线技术设计，zigbee对单灯进行组网控制，GPRS用于与管理中心通讯，实现远程监控。

图6 多功能集中控制器框图

基于此，提供两套解决方案供您选择：

方案一：AW824P2EF + ZWG-20IE，选用一个zigbee景观灯节点做为网关，并外挂一个外置GPRS DTU做数据传输。

ZWG-20IE 是一款基于 GPRS 网络的无线数据传输终端设备，提供全透明数据通道，可以方便的实现远程、无线、网络化的通信方式。ZWG-20IE 具有网络覆盖范围广、 组网灵活快捷、运行成本低等诸多优点。

图7 ZWG-20IE GPRS DTU

方案二：IoT-3968L物联网网关方案

IoT-3968L是一款供物联网行业用户进行二次开发的网关控制器，采用ARM9内核，预装Linux操作系统。 IoT-3968L通过两路MiniPCIE接口，实现zigbee、GPRS/3G/4G等无线通讯模块的任意选换，是局域网与广域网之间通信的桥梁。ZLG致远电子为此特别设计MiniPCIE封装形式zigbee模块，解决您所有的后顾之忧。

图8 IoT-3968L网关

（3）zigbee组网建设

综上方案都是ZLG致远电子结合多年的市场经验和各行业用户的实际需求而提供的硬件方案。另外，成熟的zigbee协议与软件平台大幅简化无线产品复杂的开发过程，保证快速，灵活，高效的组网。

图9 zigbee网络拓扑

Fastzigbee协议特点

• 启动零延时，无需等待入网；

• 节点容量大，理论上节点容量高达65535；

• 全透明传输方式，可自定义数据格式；

• 无需二次开发 ，可快速实现动态配置及自组网功能 ；

• 快速添加路由 ，即放即用的智能路由算法，快速恢复通信，方便施工。

自组网协议

模块在自组网模式下，主机模块会自动选择周围没有被使用的PANID和通道号形成一个独立的网络，并能自动递增方式分配一个唯一的本地网络地址给从机模块。从机模块使用时在使能了自组网功能后就不需要进行任何的配置操作，从机模块在加入网络后就能跟主机进行通讯，ZLG致远电子同样为您提供两种实现方案：

方案一：IO引脚控制，模块通过JOIN管脚(IO1)和DETECT管脚(IO2)的电平控制进行自组网的判断。

方案二：指令控制，模块拥有整套的软件指令，不但可以实现自组网的控制，还可查询网络内模块存储的状态信息。