基于Zigbee无线传感器网络的智能灯光跟随系统

摘要：设计一个基于Zigbee的智能灯光跟随系统。系统中连接有人体红外热释电传感器的ZigBee结点等距离分布在走廊或道路的旁边，检测特定区域人员是否存在的信息，并将信息传于协调器节点，协调器节点连接主控制器PXA270，PXA270根据采集的信息控制舵机的转向和照明装置的亮与灭，实现有人走动存在时，灯光随着人的转移而转移，无人时照明系统自动熄灭，从而实现节约能源的效果。
关键词：灯光跟随；Zigbee；热释电人体红外感应；无线传感器；PXA270

目前，在我国，资源消耗高、浪费大等问题很严重，随着经济的快速增长和人口的不断增加，资源不足的矛盾更加突出，建设节约型社会已刻不容缓。节约不仅要减少消费，而且要提高利用效率。建设节约型社会的最大动力在于科技创新。节能性产品成为社会追求的目标。
ZigBee是一种便宜的，低功耗的近距离无线组网通讯技术。Zigbee无线传感器网络以其自组网，体积小，低功耗的优势已在很多地方得到应用。基于此，本文设计了一种基于Zigbee无线传感器网络的智能灯光跟随系统，该系统利用Zigbee无线传感器网络和嵌入式控制器，实现了有人时，灯光紧随人的移动而移动，无人时，灯自动熄灭。避免了长时间、大范围不必要的照明造成的电能的浪费，达到节能的效果。

1 系统的总体构架
整个系统的布署的拓扑结构如图1，该系统基于Zigbee的WSN技术，利用Zigbee的低耗能，低成本，高扩充性，免频段使用费的优点，构建一个无线传感器网络。该系统可分为Zigbee无线传感器网络，嵌入式控制机构和执行装置，Zigbee无线传感器网络是由一个协调器节点和若干传感器节点组成的星型网络，负责采集环境中人员存在方位的信息；Zigbee网络中传感器节点分布在房间和走廊的各个角落，实时监测特定区域的人员存在方位的信息。协调器节点负责建立并维护网络，收集到传感器节点采集刭的信息，并通过UART方式传给主控制器。主控制器分析采集的数据，判断人员的方位，控制舵机的转向和灯的亮和灭，实现灯光跟随功能。

2 系统的硬件设计
本系统的硬件主要包括3部分：无线传感器网络，嵌入式器PXA270和舵机、照明设备执行机构。
2．1 Zigbee无线传感器网络
本系统采用的无线传感器网络的核心是基于TI公司生产的CC2430开发的无线模块，CC2430结合一个高性能2．4 GHz DSSS射频收发器核心和一颗工业级小巧高效的8051控制器，拥有8～14位ADC、DMA，定时、计数器、USABT、AES-128协处理器、睡眠模式定时器、看门狗、上电
复位和掉电检测电路以及21个可编程引脚，是一颗真正的系统芯片(SoC)CMOS解决方案。
系统中的无线传感器网络由一个协调器节点和若干传感器节点组成，传感器节点由数据采集模块，数据处理模块，无线通信模块，电源模块组成，电路图如图2所示。

连接人体红外模块HC-SR501。HC-SB501是基于红外线技术的自动控制模块，采用德国原装进口LHI778探头设计，灵敏度高，可靠性强。人进入其感应范围则输出高电平，人离开感应范围则自动延时关闭高电平，输出低电平。人体红外传感器的OUT输出端口连接到CC2430的I／O口上，把I／O口设置为输入模式，通过检测I／O端口的高低电平就能得到人员是否存在的信息。协调器节点功能相当于网关节点，在本系统中充当与主控制器通信的硬件，其组成如图3所示，包括CC2430射频模块，仿真下载模块，UABT，开关和LED指示灯。Zigbee节点组成星状网络，所有的传感器节点都将采集到的信息实时发送到协调器节点。
2．2 嵌入式控制平台和执行机构
系统中采用的主控制器为Intel公司生产的PXA270，PXA270基于ARMv5E的Xscale核心，最高频率可达624 MHz，是一款性能极其强劲的嵌入式处理器，系统的控制机构结构如图4，PXA270通过串口连接Zigbee协调器节点，通过PWM模块堆垛机进行控制，I／O端口连接光耦芯片TPL521-4，利用I／O口的高低电平控制TPL521-4输出的导通和截止，照明装置的电源线连接到TPL521-4的输出端口，并固定在在舵机上，随舵机而转动。