一种ZigBee传感器实现的景观LED系统设计

为加强系统管理维护、提升蓄电池使用寿命、保证系统运行可靠提供信息。

　　2.2 场景控制器

　　场景控制器内置GPRS模块通过GPRS网络接入Intenet后与上位机实现通信。同时，在ZigBee无线传感器网络中其角色为协调器，负责无线传感器的组网和管理各传感器设备（照明单元）。系统设计中将每个传感器网络内的通信节点最大值设定为128个，即1个协调器和127个设备。一个景观照明系统的照明单元可能超过127个，也就是在一个系统中同时存在2个以上的协调器及其负责的网络。系统中为每个协调器设置一个惟一的16位网络PAN ID，其管理的照明单元中内嵌ZigBee终端模块需设置与本网络协调器相同的PAN ID，这样位于场景控制器的协调器即可接受处理其网络覆盖范围内相同PAN ID终端的加入网络的请求，然后加入新照明单元节点的信息。

　　系统运行中，场景控制器并不处理和保存监控主机以及照明单元发来的信息，它直接将照明单元发送的状态检测信息通过局域网交给监控主机处理，同时将监控主机下达的指令发送给各照明单元。监控主机负责整个系统多个场景及照明单元的信息处理判断。系统中场景控制起到作用为传感器网关，负责与各个设备通信及Intenet网的通信。

　　传感器网关硬件组成包括MCU 单元，GPRS模块单元，ZigBee模块单元，电源管理单元，时钟单元。其中电源管理单元输入电压将蓄电池组电压转换为GPRS模块所需的4.1V，MCU所需的5V以及MCU模块所需的3.3V，MCU 模块的UART0与UART1分别与GPRS和ZigBee模块连接，用于实现网络控制与通信。电路设计中应注意GPRS模块启动时的大电流将造成电压下降0.6~0.7V，需在4.1V 输出端与地之间设计1~2个100μF的钽电容，避免由于电压降低到3.0V带来GPRS模块保护带来的重启。场景控制器使用NXPLPC1766 单片机（内含256 KBFLASH，64 KB RAM），其两个UART 口分别与GPRS模块与ZigBee收发模块接口连接。软件上基于嵌入式操作系统μC/OSⅡ实现了UDP、IP协议栈，系统中监控主机可通过UDP协议与网关实现信息交互。

　　2.3 监控主机

　　系统中监控主机是整个景观照明系统的信息中心，系统运行时上位机软件经由Intenet接收来自场景控制器转发的照明单元的状态信息，并根据场景设置要求发送查询、设置指令到场景控制器，然后由场景控制转发至相应的照明单元。

　　监控主机同时也是系统的控制中心，配置控制整个系统照明单元启动时间、光源颜色及光强。系统以场景控制器为单位进行设置，为场景控制器控制的每个照明单元可配置参数，如：红、绿、蓝灯珠闪断参数各1字节（取值0~255），每个场景包含16位场景控制器号，场景代码（8位），127×32位照明单元。软件提供编辑功能，将编辑的结果编码后存储在本地硬盘文件。设置时加上起止时间发送给指定的场景控制器。

　　监控上位机软件同时提供系统运行状态动态分析、报警、维护提示等功能。

　　3 网络通信协议描述

　　景观照明控制系统局域通信采用ZigBee无线传感器网络，该网络目前使用广泛，是一种低速率、低功耗、短距离的无线通信技术。ZigBee支持多种组网方式，系统基于效率、可靠性考虑，使用星型拓扑组网，即每个景观照明系统根据需要部署一个到多个Co-ordinator（场景控制器），每个场景控制器直接与Sensor device（照明单元）通信。由于每一个传感器网络只能有一个PAN Co-ordinator，系统中监控主机通过Intenet管理多个场景控制器，每个场景控制负责一个传感器网络的网络。

　　（1）传感器网组网流程

　　系统中为每个Co-ordinator（场景控制器）预定义一个PAN ID作为网络的标识，场景控制器启动（复位）后60s播发广播帧，开放Sensor device（照明单元）加入网络的请求应答，照明单元一旦启动或复位后，定时进行频道扫描，一旦发现网络中出现了可以使用的场景控制器，就发出请求，场景控制器检测到请求后，判断是该照明单元信息，决定接受或拒绝设备加入网络，同时更新自己的网络表。

　　（2）传感器网络信息通信

系统中传感器网络场景控制器与照明单元间的数据传输采用直接传输方式（无中间设备转发），即场景控制直接将数据发送给照明单元，当照明单元接收到数据后发送确认信息给场景控制器。该数据传输方式要求端节点设备随时都处于数据接收状态，也就是要求其随时都要处于唤醒的状态。场景控制器使用单播方式发送信息轮询各传感器节点，场景控制器启动后按时间片轮，依照网络表中各照明单元的顺序，定期发送数据发送请求帧到照明单元进行轮询，照明单元接收到发送请求帧，返回应答帧，应答帧中包含其状态信