智能燈具中zigbee無線技術(shù)方案解析

廣州國際燈光節(jié)《絲路傳奇》剛剛落下帷幕，酷炫燈光的展示背后又有什么新技術(shù)？

2017年，廣州國際燈光節(jié)以“絲路傳奇”為主題，由“城市之光”、“海洋之光”、“經(jīng)濟(jì)之光”、“科技之光”和“未來之光”五大板塊組成，通過來自國內(nèi)外以及高校將近30組優(yōu)秀的作品，用時(shí)間軸來描述出廣州作為古代海上絲綢之路發(fā)祥地的文化底蘊(yùn)和富有廣州特色的歷史故事。在各式各樣酷炫燈光的展示背后，城市景觀燈相比以前到底有哪些進(jìn)步？

圖1 城市景觀燈

一、傳統(tǒng)方案與新型方案的對(duì)比

1、傳統(tǒng)方案

原有的景觀照明設(shè)計(jì)都是通過對(duì)時(shí)間控制器的設(shè)定，來實(shí)現(xiàn)對(duì)配電回路接觸器進(jìn)行自動(dòng)控制，時(shí)間控制器的缺點(diǎn)是其：

• 景觀燈自身不能根據(jù)季節(jié)、地域、節(jié)假日和工作日的不同而進(jìn)行準(zhǔn)確靈活的設(shè)置，需人工進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)；

• 時(shí)間的同步控制誤差較大，無法搭建絢麗的畫面；

• 無法定位故障檢修，無法進(jìn)行節(jié)能管理。

2、新型方案

• 燈控節(jié)點(diǎn)采用zigbee無線技術(shù)，支持MESH網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌詣?dòng)組網(wǎng)，傳輸可靠，部署簡單；

• 支持四遙功能，即遙測、遙信、遙控、遙調(diào)；

• 基于單燈的精細(xì)化控制，實(shí)現(xiàn)較好的節(jié)能效果；

• 具有自診斷和亮燈率統(tǒng)計(jì)能力，避免了傳統(tǒng)的繁瑣的尋線工作；

• 智能化的采集、控制、分析處理能力，無需人為干預(yù)。

顯而易見，基于zigbee無線技術(shù)方案在管理、控制、節(jié)能方面都有了顯著提升。

二、zigbee無線技術(shù)方案解析

zigbee無線技術(shù)方案由兩部分組成，分別是：

1、智能單燈控制器

• 具有無線路由功能，低功耗；

• 與多功能集中器保持互通，接受和執(zhí)行各種指令，并回傳狀態(tài)信息給集中器。

2、多功能集中控制器

• 下行：通過zigbee無線方式和控制節(jié)點(diǎn)（單燈）通信；上行：通過GPRS等方式與監(jiān)控中心通信；

• 負(fù)責(zé)zigbee無線網(wǎng)絡(luò)的建立，管理，設(shè)備自組網(wǎng)實(shí)現(xiàn)等功能。

圖2 zigbee無線方案架構(gòu)

（1）智能單等控制器的實(shí)現(xiàn)

眾所周知，燈具的控制主要分為開關(guān)控制與調(diào)光控制。開關(guān)控制利用繼電器控制燈具的通斷電；調(diào)光控制利用PWM、模擬信號(hào)、DMX協(xié)議信號(hào)、DALI信號(hào)等方式實(shí)現(xiàn)控制。硬件上對(duì)于MCU的資源需求量是極少的。

圖3 智能單等控制器框圖

AW824P2EF無線模塊是ZLG致遠(yuǎn)電子基于 NXP 的 JN5161、LPC824 芯 片開發(fā)的低功耗、高性能型zigbee二次開發(fā)模塊，支持自組網(wǎng)。

其中LPC824是采用ARM Cortex M0+ 內(nèi)核的32位低功耗處理器，30Mhz主頻，支持32KB片內(nèi)Flash存儲(chǔ)器和8KB片內(nèi)SRAM 存儲(chǔ)器。3路UART，4路I2C，2路SPI，12路ADC，6路PWM，即使增加一系列的采集傳感器，AW824P2EF也完全能夠滿足需要。

AW824P2EF提供了一個(gè)完整的基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)ISM（2.4-2.5GHz）頻段的應(yīng)用集成方案，支持Fastzigbee協(xié)議，最大發(fā)射功率 20dbm。

圖4 AW824P2EF zigbee模塊

圖5 DMX模塊

（2）多功能集中控制器的實(shí)現(xiàn)

集中器又稱網(wǎng)關(guān)，負(fù)責(zé)zigbee網(wǎng)絡(luò)的建立和管理，同時(shí)又具有和管理中心通訊的能力，接受并處理管理中心發(fā)送的指令。采用zigbee+GPRS雙無線技術(shù)設(shè)計(jì)，zigbee對(duì)單燈進(jìn)行組網(wǎng)控制，GPRS用于與管理中心通訊，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。

圖6 多功能集中控制器框圖

基于此，提供兩套解決方案供您選擇：

方案一：AW824P2EF + ZWG-20IE，選用一個(gè)zigbee景觀燈節(jié)點(diǎn)做為網(wǎng)關(guān)，并外掛一個(gè)外置GPRS DTU做數(shù)據(jù)傳輸。

ZWG-20IE 是一款基于 GPRS 網(wǎng)絡(luò)的無線數(shù)據(jù)傳輸終端設(shè)備，提供全透明數(shù)據(jù)通道，可以方便的實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程、無線、網(wǎng)絡(luò)化的通信方式。ZWG-20IE 具有網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍廣、 組網(wǎng)靈活快捷、運(yùn)行成本低等諸多優(yōu)點(diǎn)。

圖7 ZWG-20IE GPRS DTU

方案二：IoT-3968L物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)方案

IoT-3968L是一款供物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)用戶進(jìn)行二次開發(fā)的網(wǎng)關(guān)控制器，采用ARM9內(nèi)核，預(yù)裝Linux操作系統(tǒng)。 IoT-3968L通過兩路MiniPCIE接口，實(shí)現(xiàn)zigbee、GPRS/3G/4G等無線通訊模塊的任意選換，是局域網(wǎng)與廣域網(wǎng)之間通信的橋梁。ZLG致遠(yuǎn)電子為此特別設(shè)計(jì)MiniPCIE封裝形式zigbee模塊，解決您所有的后顧之憂。

圖8 IoT-3968L網(wǎng)關(guān)

（3）zigbee組網(wǎng)建設(shè)

綜上方案都是ZLG致遠(yuǎn)電子結(jié)合多年的市場經(jīng)驗(yàn)和各行業(yè)用戶的實(shí)際需求而提供的硬件方案。另外，成熟的zigbee協(xié)議與軟件平臺(tái)大幅簡化無線產(chǎn)品復(fù)雜的開發(fā)過程，保證快速，靈活，高效的組網(wǎng)。

圖9 zigbee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/span>

Fastzigbee協(xié)議特點(diǎn)

• 啟動(dòng)零延時(shí)，無需等待入網(wǎng)；

• 節(jié)點(diǎn)容量大，理論上節(jié)點(diǎn)容量高達(dá)65535；

• 全透明傳輸方式，可自定義數(shù)據(jù)格式；

• 無需二次開發(fā) ，可快速實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)配置及自組網(wǎng)功能 ；

• 快速添加路由 ，即放即用的智能路由算法，快速恢復(fù)通信，方便施工。

自組網(wǎng)協(xié)議

模塊在自組網(wǎng)模式下，主機(jī)模塊會(huì)自動(dòng)選擇周圍沒有被使用的PANID和通道號(hào)形成一個(gè)獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)，并能自動(dòng)遞增方式分配一個(gè)唯一的本地網(wǎng)絡(luò)地址給從機(jī)模塊。從機(jī)模塊使用時(shí)在使能了自組網(wǎng)功能后就不需要進(jìn)行任何的配置操作，從機(jī)模塊在加入網(wǎng)絡(luò)后就能跟主機(jī)進(jìn)行通訊，ZLG致遠(yuǎn)電子同樣為您提供兩種實(shí)現(xiàn)方案：

方案一：IO引腳控制，模塊通過JOIN管腳(IO1)和DETECT管腳(IO2)的電平控制進(jìn)行自組網(wǎng)的判斷。

方案二：指令控制，模塊擁有整套的軟件指令，不但可以實(shí)現(xiàn)自組網(wǎng)的控制，還可查詢網(wǎng)絡(luò)內(nèi)模塊存儲(chǔ)的狀態(tài)信息。