摘要：目前LED是世界认可的环保型高科技光源。 LED比霓虹灯节电超过80%。LED采用电场发光。LED具有无辐射、寿命长、光效高和低功耗的特点。LED的光谱80%以上集中于可见光，它的发光效率达到80%~90%，因此采用LED照明将成为未来的发展方向。本文结合zigbee无线传感网设计了一种Led无线智能系统。
关键字:led照明，zigbee，智能系统
1.led照明的特点
LED是通过超导发光晶体发出高强度的光，由于它的发热量极少，不会像白炽灯浪费太多热量，不会像荧光灯产生有毒有害气体，也不会像霓虹灯要求高压供电，极易损坏。目前LED是世界认可的环保型高科技光源。 LED比霓虹灯节电超过80%。LED改变了白炽灯钨丝发光与节能灯三基色粉发光的原理，而采用电场发光。LED具有无辐射、寿命长、光效高和低功耗的特点。LED的光谱80%以上集中于可见光，它的发光效率达到80%~90%。LED照明利用的是LED点光源，它可以方便的利用光学设计控制其光照的均匀度，可以利用简单的电路来控制LED内的驱动电流，便于进行数字调光， LED还具有小电压供电，工作安全可靠，显色性较好的特点。因此采用LED照明将成为未来的发展方向
2.方案的设计
图1为Led无线智能系统的设计框图，整个系统包括6个部分，即信息管理中心(PC监控台)、zigbee传感网络、LED支路控制系统、LED驱动电路、ZigBee终端环境参数检测节点和支路控制节点。根据外界的环境 (亮度、湿度、温度)， 系统自动运行，并能实时监控各灯的工作情况，及时的跟踪和维护。信息管理中心采用RS232通信，将外界环境的实时参数和LED工作状态等信息及时上传至Pc并进行显示，管理中心对整个系统进行监控，并能根据命令，人工进行控制各灯的亮度和开关zigbee网络负责对信息管理中心的命令传送和搜集ZigBee终端节点的各种状态参数；终端节点对LED进行驱动和控制；ZigBee终端支路负责监控整个支路的工作状态，如电压、电流等；ZigBee终端环境参数检测系统用于检测整个系统的环境参数，包括光线强度、环境的温度、湿度等，以之作为ZigBee终端控制的依据。
图1 Led无线智能系统的设计框图
3.zigebee的选择
ZigBee网络用的是成都无线龙的C5lRF系统。其采用的是TI公司的CC2430处理器， CC2430功能强大，只需较少的外围部件就能实现对信号的收发。单个芯片上还结合了微控制器和射频电路，它使用1个8位的微处理器(8051)，具有可编程闪存的大小为128kB和8kB的RAM，还具有a/d转换器、定时器和AESl28协同处理器H1。C51RF-3-PK专业开发系统，完全满足IEEE802.15.4标准和ZigBee技术标准的无线网络技术设计开发。是一款方便、快捷、经济、高效的开发工具套装。通过C51R系统能实现对星状网络或串状网络的组建。在c51RF系统中，在无障碍物的情况下，ZigBee设备的传输距离为l00m；有障碍物时的可靠传输距离为30m，在本系统的设计中采用星形网络，。
4.led节点的控制
本设计系统控制路灯节点的方式有两种。一种为控制单盏灯的方式，即能够对每盏灯的光色(采用基于三基色原理控制LED三色灯) 功率、开关、进行单独的控制，这样可以依据环境的参数（光强、温度、湿度、时间）对灯光设定特定的控制策略，如在国庆、中秋等特殊的日子可以显示不同的颜色和亮度；另一种是控制支路的方式，主要通过对支路的电源的控制来实现的，通过对支路的电流、电压的检测，根据支路电流及电压的值来确定支路的工作状态是否正常。
由于本系统采用恒流驱动led，所以可以选择PT4115恒流驱动芯片，PT4115是一款连续电感电流导通模式的降压恒流源，适合LED灯的驱动电路。它具有直流8V-30V的电压输入范围,击穿电压为45V，输出0.2~1.2A恒定直电流，可以点亮1~7颗串联的大功率LED或N颗串并联的小功率LED,电流的大小可按根据方案进行设定.。PT4115利用频率抖动技术较好地改善了EMI；采用从满量程向下到零的PWM调光；可以达到5000:1的调光比； SOT89-5的封装方式，芯片的管芯直接连到封装外的金属板进行散热，散热效果较好；PT4115内部有过温保护电路，当芯片的温度超过160℃时,芯片将停止输出电流，并进入过温保护状态,当温度恢复到140℃时,芯片重新开启到正常工作状态。PT4115恒流驱动芯片的应用电路较为简单，周边仅4个元器件，应用成本低廉。如图2所示。
图2节点led控制电路
2．1终端节点设计
图3是本控制系统的终端节点的电路框图。终端节点的外围电路有电源管理、PT4115驱动源、光照度传感器、温度传感器、RS232通信、光电隔离继电器等模块。传感器主要用于对环境参数(光照度、湿度、温度等)进行实时的采集；继电器主要用于对LED的开关进行控制；PT4115应用脉冲恒流源驱动技术控制电流脉冲频率和占空比实现LED的PWM无极调光，从而达到合理的需要的照明亮度。同时，传感器实时采集的环境参数通过控制器CC2430经路由节点后传送到协调器处理器，并与事先设定参数进行比对，并快速做出响应。LCD显示模块对ZigBee传感网组网信息进行实时的显示；ZigBee遥控模块用于切换自控和手控两种模式，手控状态时，用户可以通过遥控器LED照明系统进行远程操作，自控状态时，照明系统会根据外界环境的变化进行智能控制整个系统工作；协调器节点的通讯接口采用标准的RS232，与PC服务器节点建立双向通信，以实现LED照明控制系统的一站式集中管理。协调器、路由节点采用CC2430芯片为微处理器，外围电路和终端节点电路相似，但没有传感器模块、PT4115模块和继电器模块，对复杂数据的综合处理能力远远大于其他节点。
图3 led照明控制系统终端节点电路框图
3 LED照明系统软件实现
3．下位机使用的控制软件有3部分：协调器节点、路由节点和终端节点。协调器进行选择信道并将路由节点及终端实时收集的环境参数与系统事先设定参数进行一一对比和综合分析，根据分析的结果执行相应的操作；终端节点及路由成功入网后，进行实时的收集照明现场的环境参数和LED灯运行状态，并以无线的方式传送给协调器控制器。在本系统中，通过RS232串口协调器每隔1秒钟将照明现场的温度、湿度、光照度等环境参数和LED灯的运行状态传送给PC上位机并进行显示，又可以通过将PC上位机发布的的用户指令发送到无线传感网的其他终端节点，图4为下位机的软件流程图。
图4下位机软件流程图
5 结束语
本系统是利用ZigBee无线传感网的一个基本的应用，照明电路的控制方式有手动控制盒自动控制两种方式可选，该系统可以最大限度降低“长明灯”的现象，减少对电力资源的浪费，同时采用无线传感网络克服了传统照明电路的复杂布线、管理落后、控制单一等缺点。该系统在智能建筑和智能家居等高档别墅中有着巨大的市场竞争潜力，具有十分广阔应用前景。
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