基于ZigBee新型室内照明控制系统设计

摘 要： 提出了一种基于ZigBe e 无线传感器网络和模糊控制技术的新型室内照明控制系统。系统通过ZigBe e无线传感器网络采集相关环境信息，并传输照明控制指令，将环境信息作为模糊控制器的输入量，建立模糊控制规则库，实现室内照明的模糊控制。该系统具有实用、经济、节能等优势，尤其适用于家庭应用。

0 引 言

随着2009 年哥本哈根气候变化会议的召开，全世界都在提倡更加节能环保的生活方式。

抑制碳排放、应对气候变化的重要措施之一就是发展室内照明控制系统，提高照明效率。

近年来，国内外针对室内照明控制系统开展了大量的研究。ZigBee无线传感网络与模糊控制技术分别被引入室内照明控制的研究中，为室内照明控制的进一步研究提供了良好的思路，但结合两者构建的室内照明控制系统还并不多见。

本文结合ZigBee 无线传感网络与模糊控制技术，设计了新型室内照明控制系统。由于自然光可提供室内部分或全部的照明需要，该系统充分利用自然光， 通过对百叶窗旋转角度的控制，引入自然光作为光源， 人工照明为补充，从而使室内照明既可以满足人们对照明的需要，又可以达到节能的目的。

1 系统总体设计

整个系统由ZigBee无线传感器网络、基站和远程监控中心组成，总体结构如图1所示。每个房间都布置有检测环境信息的传感器、自然光控制器和人工照明控制器。通过传感器采集房间的照度、人员位置等各个环境信息，并经由Zig2Bee无线传感器网络传输至基站PC机。基站PC机对相关信息自动进行分析处理，计算房间所需引入自然光量及补充的人工照明量，确定照明模式，并通过ZigBee无线传感器网络将结果输出，以控制人工照明控制器和自然光控制器的工作，从而实现室内照明的自动控制。基站PC机还可以实时显示各个设备的相关信息，并通过无线通信方式将信息传输到用户手中（远程监控中心）。

图1　系统总体结构图

在该系统中， ZigBee无线传感器网络采用星状网络拓扑结构，节点分为四类：传感器节点、控制器节点、路由节点和协调器节点。传感器节点嵌入多种传感器，用于读取并传输照明控制所需的相关环境信息。控制器节点嵌入自然光控制板和人工照明控制板，以控制引入的自然光量和补充的人工照明量；此外，控制器节点还有中断响应功能，能够处理用户的控制指令。路由节点接收该房间传感器节点采集的相关信息，并将其传输至协调器节点，再将协调器节点的控制指令传输至传感器节点和控制器节点。协调器节点与基站PC机通过RS2232串口相连接，用于所有网络节点的地址分配和管理，并能够监控各种信息的发送与接收。

基站负责控制整个网络，既需要完成无线传感器网络节点信息的采集，又需要完成所采集信息的分析处理及控制输出，以完成室内照明的模糊控制，并达到节能的目的。通过PC机软件用户界面，显示整个系统网络的拓扑结构图和各节点的工作状况及采集的实时数据信息；查询各个房间的历史及实时数据；具有远程设置功能，用户可通过远程监控中心设置某些房间的照明模式，如全开/全关等；同时还具备设备管理和用户管理等功能，软件可实时更新设备和无线传感网络节点信息，具有设备更新的自适应能力，并通过用户管理保证了系统使用的安全性。