基于Zigbee技术的LED灯光控制器的设计及应用

接受50 kHz 的PWM 频率。

　　硬件系统是由LED 灯驱动模块、LED 电源驱动模块和Zigbee 无线传输模块等组成。硬件电路逻辑框图如图2 所示。

　　图2 硬件电路逻辑框图。

　　LED 灯驱动部分采用PT4207 驱动芯片，PT4207 是一款高压降压式LED 驱动控制芯片， 用于驱动一颗或多颗LED灯， 其输入电压范围为20~450 V， 可以实现在85~265 VAC范围内稳定可靠的工作，并保证系统的高效能。同时内置的输入电压补偿功能极大地改善了不同输入电压下LED 电流的稳定性。PT4207 还具有负载短路保护、开路保护和过温保护等功能。其专用调光管脚可直接接受PWM 脉冲调光，将PWM 信号加到DIM 脚。PWM 信号低电平要小于0.35 V，高电平在2.5~5 V 之间， 为达到较好调光效果，PWM 信号脉冲频率最好小于最低工作频率的1%.简单驱动原理图如图3 所示。

　　图3 PT4207 的驱动原理图。

　　Zigbee 无线通信模块主要采用CC2530.CC2530 是用于2.4-GHz IEEE 802.15.4、ZigBee 和RF4CE 应用的一个真正的片上系统（SoC）解决方案。它具有极高的接收灵敏度和抗干扰性能， 能够以非常低的总的材料成本建立强大的网络节点。CC2530 结合了领先的RF 收发器的优良性能，业界标准的增强型8051 CPU，系统内可编程闪存，8-KB RAM 和许多其他强大的功能。CC2530 具有32/64/128/256KB 四种不同的闪存版本，本系统采用的是256KB 闪存。CC2530 具有不同的运行模式，使得它尤其适应超低功耗要求的系统，运行模式之间的转换时间短进一步确保了低能源消耗。本系统是通过改变PWM 输出进而改变灯光亮度，CC2530 的定时器1 是一个16 位定时器，具有定时器/PWM 功能。它有一个可编程的分频器，一个16 位周期值，和五个各自可编程的计数器/捕获通道，每个都有一个16 位比较值。一个16 位捕获寄存器也用于记录收到/发送一个帧开始界定符的精确时间，或传输结束的精确时间， 还有一个16 位输出比较寄存器可以在具体时间产生不同的选通命令（开始RX，开始TX，等等）到无线模块。每个计数器捕获通道可以用作一个PWM 输出或捕获输入信号边沿的时序。定时器2 是专门为支持IEEE802.15.4 MAC 或软件中其他时槽的协议设计。定时器3 和定时器4 是8 位定时器，具有定时器/计数器/PWM 功能。

　　3 系统软件设计

　　软件开发环境选择IAR Embedded Workbench for MCS-51 7.51A 作为Zigbee 开发的IDE.在TI Z Stack 协议栈的基础上，编写了系统的应用程序代码，用VC 编写上位机程序。

　　Z Stack 提供了丰富的调试函数调试接口。系统软件主要包括协调器节点程序、路由器节点程序。协调器是第一级节点，负责组建网络，网络组建好后会分配节点ID 地址，协调器接收到手持控制终端发送的命令，发送控制命令到节点就可以实施相应控制，如图4 是协调器的工作流程图。

　　图4 协调器工作流程图。

　　以下扩展到第2 级、第3 级甚至多级，只要在同一网络就可以实施相应控制，协调器接收命令同时将控制命令发送到路由器或者终端节点，如果直接发送命令给路由器，路由器就会执行相应命令， 也可以通过路由器发送给终端节点，由终端节点执行相应命令。如图5 是路由器（包含终端节点）工作流程图。

　　图5 路由器（包含终端节点）工作流程图。

　　4 功能实现

　　控制终端是一手持遥控器，遥控器内设置了无线收发模块，在组建网络时将遥控器加入网络，遥控器会自动识别每一节点的ID 地址，通过对节点发送命令实现控制。可以对单个灯进行亮度调节，即向单个节点发送控制命令，也可以将部分节点组建一个局域网络存储到遥控器中，对这个局域网络发送命令就可以实现局域网内所有节点的灯光控制。

　　5 结论。

　　通过Zigbee 技术实现了对灯光的无线控制，解决了家庭内部网布线复杂、扩展性差、价格高、功耗高和通信范围存在盲区等问题， 实现了家庭住宅或者办公场所的无线通讯，所构建控制系统具有低功耗、低成本，开发方便，易于扩展等特点，而且通过手持遥控器进行控制给人们带来了便利。由于国家大力推行使用LED 节能照明灯， 所以Zigbee 无线灯光控制方面具有广阔的市场，同时可以进一步扩展到智能家居中对家用电器进行无线控制， 甚至远程无线控制。基于Zigbee 技术的各种优点， 其在物联网上的发展空间会很大，尤其是学校的宿舍，教学楼，图书馆或者食堂。