基于zigbee协议的亮度分级led智能照明系统

　　据相关数据统计，办公照明用电量约占整幢大楼能耗的30%，办公照明的设备费用（包括照明器件和配布线工程费）约占电气工程费用的 10% 以上，因此选择合理的照明方案，配置先进的控制系统，不仅能大大简化穿管布线的工作量，而且能有效地节约能源，降低用户运行费用，提高大楼管理水准，具有极大的经济意义和社会效益。

　　而市场上现有的智能照明系统仅能控制照明的开关，并不能自动按照环境照度补偿以合适的亮度。因此，本文设计了一种基于zigbee的亮度分级智能照明系统，通过感应区域内照度的强弱，自动地调节照明设备的亮度，以达到舒适、实用及节能环保的目的。

　　设计方案及工作原理

　　要实现本设计的目标，首先，系统需要能检测环境的照度，这里使用常用的光敏元件对照度进行检测；其次，系统能对照度不足的环境进行补偿，这里使用控制方便、效率高的白光 led；然后，采用红外感应的方式检测是否有人，是否需要照明。最后，使用zigbee协议将所有的照明设备构成一个网络，方便控制。系统设计方案及工作原理如图 1 所示。整套系统核心是 zigbee，zigbee是基于 IEEE802.15.4 标准的低功耗局域网协议，主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备，是一种便宜的、低功耗的近距离无线组网通讯技术。这里使用zigbee主要是考虑到智能照明系统在其他方面上的延伸性，比如最新技术趋势物联网，这样这套系统就不单单是智能照明系统，添加程序后还成为一套物联网系统。而外围，亮度的检测及控制全部由独立的单片机来完成，这样可以让 zigbee终端更多的 cpu 时间用于其它，例如实时监测、红外传感器、光敏传感器等。

　　

　　方案如下：

　　1、当有人接近时红外模块检测到有人通过，随即打开照明，延时一定时间后未检测到有人通过，则关闭照明可以节约电能；

　　2、当光源照明时，使用光敏元件检测周围环境的光的亮度，将其反馈给单片机，单片机将此数据与预设定的数据进行比对，然后对光源亮度进行调整，使其达到预定值。（此处预定值是可以人为设定的。）而灯具亮度控制方面，使用恒压式驱动，通过改变电压来改变亮度。

　　系统硬件设计

　　系统硬件主要由 12864 液晶，BH1750 芯片，热释电红外传感器，DAC081C081 芯片，STC89C52 单片机，乙类功率放大电路，zigbee无线传输单元所组成。系统硬件结构图如图 2 所示。这里使用闭环调节系统以提高亮度调节的速度。首先，BH1750 芯片将照度转换为数字量并传给单片机，单片机对数据处理后，用12864 液晶显示出当前照度值，然后使用DA 转换输出不同电压以驱动 led。增加或减小电压以控制 led 的亮度的增强和减弱，接着再次检测环境亮度，重复上面的步骤，直到检测的亮度趋于红外遥控器设定的照度值，最终使环境亮度趋于合理。

　　

　　各个组成部分介绍：12864 是一种液晶屏幕，共 128x64 个点，用来显示当前检测的照度值或设置界面。BH1750则是 16 位数字输出型环境光强度传感器，精度高，灵敏度高，适合用于照度检测。热释电红外传感器是一种对人体红外辐射尤为敏感的红外传感器，用来检测是否有人通过。STC89C52 单片机则是一种兼容 51 的单片机，比较常见，性价比较高。DAC081C081 则是 8 位的低功耗 DAC，和乙类功率放大电路共同作为 led 的驱动级。zigbee无线传输单元是用来控制照明系统是否工作的总控制端，当白天时，关闭整个系统，以节省电能，到黄昏时，自动开启系统，智能照明系统开始工作。

　　系统软件设计

　　该系统的软件采用 C 语言。它的使用非常广泛，无需复杂的程序设置环境，支持过程化程序设计、数据抽象面向对象程序设计、泛型程序设计等多种程序设计风格，其语言非常灵活，功能相当强大，并且语法思路层次分明、相呼应。为了日后的更新、维护与拓展，在设计过程中采用模块化的思想。

　　

　　图 3 是系统流程图

　　首先，将预定一个值，作为照度的参考值。由于设备刚刚开启，照明设备就处于关闭状态，然后不断进行红外感应检测，当有人通过，红外感应模块被触发，随既开启照明，检测亮度，并增减控制电压，然后再检测是否达到预定值，直到达到预定值。延时预设的时间，等待行人通过后，再次红外感应检测。当检测到还有人时，由于已经开启照明了，所以继续下一步；而当没有人时，关闭照明设备并继续红外检测，等待下一个人通过。

　　结 语

　　本文所设计的系统已用于某种灯具的亮度分级控制器进行测试，实际应用表明该系统测试准确、稳定可靠，根据此系统生产出的智能照明灯具具有反应灵敏、灯光柔和等优点。如果将 led 驱动方式改为恒流式开关电源，那么系统的效率将进一步得到提高。led 为电流型器件，使用电流更能有效控制 led 的亮度，由于仅需改变 PWM 波的占空比就可以改变电流，不仅方便，而且开关电源的效率高，温度低。但此方案电磁辐射较大，需要合理的设计以避免干扰和电磁辐射。