基于Zigbee照明控制系統(tǒng)設計案例分享

Twisthink 公司通過Silicon Labs（亦稱“芯科科技”）的低功耗、高集成度、功能豐富的Zigbee無線解決方案，以及本身獨特的設計能力，快速地進行物聯(lián)網（IoT）應用的卓越創(chuàng)新！同時將豐富的專業(yè)知識投入到品牌發(fā)展、用戶界面/工業(yè)設計和電子設計中（重點使用收音機和天線集成技術設計硬件、軟件、PCB 布局），進而成功打造了一個大規(guī)模、節(jié)能的工業(yè)無線照明控制系統(tǒng)――Kanepi。

Twisthink結合了設計、技術與戰(zhàn)略，不斷成功地促進產品商業(yè)化，并將“科學的”工業(yè)設計和“藝術的”電子工程完美的融合在一起。請往下瀏覽或點擊“閱讀原文”至Silicon Labs中文社區(qū)探索基于我們Zigbee產品的工業(yè)無線照明控制系統(tǒng)設計優(yōu)勢。

系統(tǒng)概述

Kanepi 系統(tǒng)由 Twisthink 開發(fā)，適用于大型倉庫或生產類型配置的工業(yè)照明控制。通常，這些類型的設施配置長排的頂部照明，照明設備固定間隔為 25-40 英尺；這些照明設備由交換機、接觸器或斷路器按排控制。在燈具上進行步進調光的無線控制能夠優(yōu)化能源使用，并將光線從占位傳感器和日光收集傳感器中解耦出來。每個燈具都包括一個 Zigbee 設備。所有數據報告都發(fā)送到一個中央集中器。系統(tǒng)的控制由中央控制器完成，該控制器實現于運行嵌入式 Linux 的EPIC 單板計算機。還可使用觸屏或無線照明開關，手動請求設施中的其他照明設備。還可以利用網關為這些開關的流量安排路徑來處理這些流量。

網絡描述

典型的網絡為300至1,200個照明設備。所有照明燈具都是連接到運行嵌入式Linux的EPIC單板計算機的Zigbee設備。EPIC 計算機還可以使用 Digi Corporation 的 XTEND 產品來利用其他基于 Zigbee 的協(xié)調器。

• 根據時間表、傳感器和操作員操作，網絡中從網關到設備的數據流通常是不連續(xù)的。所有路由工作都通過“多對一”路徑進入網關和網絡中從網關到設備的廣播完成。

• 網關每日不間斷更新“多對一”路徑。

• 當來自占位傳感器的信號觸發(fā)燈具時，系統(tǒng)上的典型延遲小于 1 秒。標準安全機制與信任中心鏈路密鑰一起使用。

• 系統(tǒng)在Silicon Labszigbee 軟件上運行。在使用收音機引導裝載程序啟動這些系統(tǒng)時，對主機軟件進行了現場升級。

下列圖片顯示了從控制屏視圖看到的典型系統(tǒng)。

網絡環(huán)境

該系統(tǒng)運行于包括典型 Wi-Fi 網絡的工業(yè)和商業(yè)設施。建筑結構通常為金屬框架和金屬屋頂，但幾乎沒有內墻。將 Zigbee 無線電設備作為燈具的一部分進行安裝。照明設備的設計壽命為 15-20 年。

網絡可靠性

在超過 800 個照明控制模塊組成的測試網絡中，每天發(fā)送接近 30 次的照明指令。在網絡中定義了 35 個唯一組，每個唯一組含有 5-20 個照明設備。利用預定事件（時間觸發(fā)）、被動反應事件（傳感器觸發(fā)）和手動事件（操作員觸發(fā)）相結合來控制該網絡。通常，每個事件控制多個組。網關驗證每條照明指令后，每個照明設備的狀態(tài)都適當地發(fā)生了改變。過程中的任何故障都會生成經過記錄和調查的警報。網絡平均每天處理大約 3,000 條照明命令。網絡自 2007 年 12 月就已經運行。在撰寫本文時，我們不知曉歸因于系統(tǒng) PHY/Zigbee 層的單一通信故障，以及記錄的 1,000,000 多條消息。

總結

該數據顯示了分布式 Zigbee 網絡在商業(yè)環(huán)境中的預期可靠性。許多 zigbee 商業(yè)應用的環(huán)境通常是特定的，并提供了預期操作的良好指標。在長時間運行中，這些網絡很少或不丟失信息，表明該網絡是健壯且可靠的系統(tǒng)。

Zigbee 無線設備已被安裝在用于現場部署的各種不同網絡中。這些網絡采用不同的拓撲結構，不同的設備數量、密度，以及不同的流量模式。但是可對每個網絡進行分析，并且每個網絡都提供一些網絡可靠性與穩(wěn)健性的寶貴數據。Silicon Labs 將繼續(xù)公布這些案例研究記錄，此類用戶網絡的案例研究可作為其他客戶的信息庫。本案例研究是針對正在設計 Zigbee 系統(tǒng)并對現場經驗和可靠性感興趣的 Silicon Labs 的客戶。具體的目標受眾是為支持 Zigbee 的產品開發(fā)新型應用程序的系統(tǒng)架構師和軟件工程師。

這些圖像顯示了使用該無線系統(tǒng)的附加現場。