发布时间 : 星期一 文章基于Zigbee的智能灯光控制系统设计 - 图文更新完毕开始阅读
基于Zigbee的无线智能灯光控制系统设计
图2-3 CC2530实验板
本实验中所用到的CC2530开发板功能如下： （1）4色LED
4色LED由左至右分别为蓝、橙、红、绿。对应编号为LED4、3、2、1。四色LED的IO口为：LED4--P0.1、LED3--P1.4、LED2--P1.1、LED1--P1.0。在Zigbee协议栈将其中任一IO口置1，就能使其对应编号的LED灯亮起。P0.1口的LED4可与光敏座联动，当插入光敏电阻后，LED4就能根据光敏电阻检测的光照程度自动调整亮度。P1.4口同时也与继电器口互通，控制P1.4口就可以同时控制LED3以及继电器的通断。
（2）人体红外座
人体红外座上可插入红外传感器。本课题中设计的硬件实验所需PIR传感器就需要在此座插入。人体红外座对应IO口为P0.5默认高电平也即是有人状态。
（3）光敏插座
光敏插座与LED4共用一个IO口，P0.1。当插入光敏电阻后，LED4就能根据光敏电阻检测的光照程度自动调整亮度。
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（4）USB供电串口
在进行实验时，共需用三块CC2530节点，实验时，需在供电串口处连接USB线与电脑相接为其供电，如此CC2530节点才能工作。
（4）电源切换开关
为体现无线传输功能，实验中选协调器端作为电池供电，不需用USB线供电，此时，按下电源切换开关即可实现。
（5）复位按键
对CC2530节点进行初始化的按键，一般捎入程序后需要按动此键。 （6）Debug口
仿真驱动器插入此口后，可与电脑连接并捎入程序。此口也可以作为供电用。
2.4 光敏传感器
随着现代电测技术飞速发展和完善，各种功能的传感器层出不穷。而在众多种类的传感器中，运用较为普遍的就是光敏传感器。光敏传感器对非电量检测和智能、节能控制系统有着较为重要意义，其在各种照明控制工程或监测工作中都被广泛使用[7]。最简单的光敏传感器就是光敏电阻。而本课题中，所使用的光敏元件也是光敏电阻。
光敏电阻又称光导管，常用的制作材料为硫化镉，另外还有硒、硫化铝、硫化铅和硫化铋等材料。这些制作材料具有在特定波长的光照射下，其阻值迅速减小的特性。这是由于光照产生的载流子都参与导电，在外加电场的作用下作漂移运动，电子奔向电源的正极，空穴奔向电源的负极，从而使光敏电阻器的阻值迅速下降[8]。
通常，光敏电阻器都制成薄片结构，以便吸收更多的光能。当它受到光的照射时，半导体片（光敏层）内就激发出电子—空穴对，参与导电，使电路中电流增强。为了获得高的灵敏度，光敏电阻的电极常采用梳状图案，它是在一定的掩膜下向光电导薄膜上蒸镀金或铟等金属形成的[8]。光敏电阻的结构图如图2-4所示。
光明传感器的工作原理是：利用光敏元件，将所检测到的光信号，可以使照度信息，也可以是光照强度信息等这些非电量，转换为电量，也就是电信号的形式，具体应用在本课题中，其电信号的值有两种情况，1或0。
本课题中需要使用光敏电阻进行室内光照信息检测。若室内光照强度不足，则光敏电阻将输出值为1的信号。
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图2-4 光敏电阻结构图
光敏传感器敏感波长在可见光波长附近，包括红外线波长和紫外线波长。光传感器不只局限于对光的探测，它还可以作为探测元件组成其他传感器，对许多非电量进行检测，只要将这些非电量转换为电信号的变化即可。当光子冲击接合处就会产生电流，使其接通，转化成所需的电信号。
2.5 热释电红外线传感器
热释电红外线传感器主要是由一种高热电系数的材料，如锆钛酸铅系陶瓷、钽酸锂、硫酸三甘钛等制成尺寸为2*1mm的探测元件。在每个探测器内装入一个或两个探测元件，并将两个探测元件以反极性串联，以抑制由于自身温度升高而产生的干扰。由探测元件将探测并接收到的红外辐射转变成微弱的电压信号，经装在探头内的场效应管放大后向外输出。为了提高探测器的探测灵敏度以增大探测距离，一般在探测器的前方装设一个菲涅尔透镜，该透镜用透明塑料制成，将透镜的上、下两部分各分成若干等份，制成一种具有特殊光学系统的透镜，它和放大电路相配合，可将信号放大70分贝以上，这样就可以测出10~20米范围内人的行动[9]。
热释电红外传感器在结构上引入场效应管，其目的在于完成阻抗变换。由于热电元输出的是电荷信号，并不能直接使用，因而需要用电阻将其转换为电压形式。故引入的N沟道结型场效应管应接成共漏形式来完成阻抗变换。热释电红外传感器由传感探测元、干涉滤光片和场效应管匹配器三部分组成。设计时应将高热电材料制成一定厚度的薄片，并在它的两面镀上金属电极，然后加电对其进行极化，这样便制成了热释电探测元。由于加电极化的电压是有极性的，因此极化后的探测元也是有正、负极性的。该传感器将两个极性相反、特性一致的探测元串接在一起，目的是消除因环境和自身变化引起的干扰。它利用两个极性相反、大小相等的干扰信号在内部相互抵消的原理来使传感器得到补偿。对于辐射至传
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感器的红外辐射，热释电传感器通过安装在传感器前面的菲涅尔透镜将其聚焦后加至两个探测元上，从而使传感器输出电压信号[10]。
如今，热释电红外传感器已被广泛运用于许多方面的解决方案之中。例如：过道、走廊的照明灯光控制、私人车库照明、超市等。究其原因，除了其价便宜，成本较低外，还因为其功能实用度高，较为符合实际需求等原因。热释电红外传感器在照明系统控制、运动检测、安防监控中都有着不可替代的地位。
本课题中设计的实验需要采用热释电红外传感器中的无源红外传感器（PIR传感器），如图2-5所示。
图2-5 PIR传感器
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