基于ZigBee的智能照明控制系统设计

基于ZigBee的智能照明控制系统设计

张 斌，侯严严，赵 涛

【摘 要】针对当前多数家庭照明系统都是手动控制，用户使用体验差且极易造成电力资源浪费的情况，设计了一种基于ZigBee的自动照明控制系统。该系统不仅具有手动控制照明设备的功能，而且还可以用手机APP对整个照明系统进行有选择的控制；另外，通过系统感知层的光照和人体感应传感器的作用，可以实现感知区域照明设备的自动控制。自动照明系统的设计与实施，可以实现家用电灯的智能控制，从而可以有效地减少电量浪费，延长灯具的使用寿命。 【期刊名称】微型机与应用 【年(卷),期】2018(037)012 【总页数】4

【关键词】照明系统；ZigBee；传感器；智能控制 【文献来源】

https://www.zhangqiaokeyan.com/academic-journal-cn_microcomputer-

application_thesis/0201271600084.html

引用格式：张斌，侯严严，赵涛.基于ZigBee的智能照明控制系统设计[J].信息技术与网络安全，2018,37(12)：62-65.

0 引言

随着传感器技术、网络技术、综合布线技术、自动控制技术和大数据技术的发展，物联网在人们生活中的作用越来越重要，智能家居是物联网的应用领域之一。智能家居是一个较为庞大的系统，它由智能家电、智能照明和家庭安防三个部分组成[1]。

智能照明控制系统是智能家居系统的重要组成部分。传统的家用照明系统一般

都是手动控制，因人为疏忽，很可能会引起忘记关灯的情况，极易造成电量的浪费，而且会缩减灯具的使用寿命。另外，在夜晚不容易找到电灯的开关，会有一些不必要的麻烦。而智能家用照明系统则能解决这种问题。通过用传感器感受光强，来判断是黑夜还是白天；通过是否有人通过，来判断是否需要自动地将电灯点亮；还可以通过手机APP对灯具的工作状况进行检查，从而可以一目了然地知道哪些灯具正在工作，从而避免不必要的电量浪费。通过智能照明系统对家用灯具进行监控和管理，可以极大地提高用户的生活体验，能够让人们切身体会到现代科技给人们带来的便利。

1 相关技术介绍

1.1 传感器技术

传感器是自动化和智能化控制系统的主要部件，被广泛应用于收集环境数据，如温度、湿度、气压、光照等[2]。传感器感知外界信息，并将获得的信息通过网络传送给计算机进行处理，进而使获得的信息成为有效的数据。 1.2 ZigBee技术

ZigBee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗和低成本的无线网络协议，适合于远程控制和自动控制等领域，主要应用于嵌入式设备中[3]。与其他频段的无线技术相比，ZigBee技术具有功耗低、距离长、成本低、容量高和易组网的特点[4]。ZigBee提供的低安装和运行成本有助于解决现有家庭自动化系统的昂贵和复杂的体系结构问题[5]。在ZigBee网络中的设备类型一般有三个，分别是网络协调器、中继器和终端设备[6]。其中协调器负责将网络启动，中继器可以允许其他终端设备加入ZigBee网络。

2 智能照明系统硬件设计

2.1 智能照明系统总体设计框图

智能照明控制系统主要是对家用电灯进行控制，系统主要由基础设施层、感知层、网络层和应用层组成，系统总体设计框图如图1所示。

基础设施层：主要是家用电灯，电灯种类和型号没有限制，节能灯、彩灯等都可以。

感知层：主要是一些传感器，用来感知家用电灯的状态和周围环境，通过将周围信息进行采集，传输给数据处理中心，数据处理中心将数据进行分析，然后发送相应的指令，从而实现灯具的智能控制。用户也可以根据采集的信息了解电灯的开关情况，实现电灯的远程开闭控制。

网络层：主要是将感知层的设备连接在一起，然后将感知层的数据通过ZigBee网络传递给应用层。该层可以作为照明系统的中枢，实现数据的可靠传输。 应用层：该层的主要作用是根据用户的指令，进行数据的查询和设备的控制。具体的操控将由手机APP来完成。 2.2 手机与硬件设备的通信过程

在智能照明控制系统中，手机作为客户端，硬件设备的中央控制器作为服务端。客户端和服务端通过网络进行连接。在进行通信的时候，手机APP通过HTTPClient向服务端发送一个用JSON组织内容的HTTP请求，服务端接收到该请求之后，在中央控制器进行信息的整合汇总，然后进行相应指令的控制。手机与硬件设备的通信如图2所示。 2.3 网络层的设计

网络层在整个智能照明系统中处于中间位置，所以智能照明系统的核心是网络层设计。