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【摘 要】本设计中的智能照明系统，是基于Zigbee技术，采用嵌入式微处理器AT89S51作为核心处理芯片，并结合μC/OS-II操作系统实现了对多个灯具的智能控制。
【关键词】Zigbee、 μC/OS-II、CC2430
1引言
随着科技的不断发展，人们对于家庭装修的要求越来越多，日常生活中应用的照明设备也越来越多。传统的机械式手动照明开关已经无法满足当今人们追求完美生活的需要。因此远程无线遥控照明系统必然会一步步取代传统手动开关，成为今后生活的主流。
ZigBee是一种新兴的专为低速率无线传输而设计的低成本、低功耗的短距离无线通信技术。由于其相对于其他技术而言出现较晚，因此相应的规范及应用仍在不断的完善和发展之中，现今，已经能够被广泛应用于军事、工业、智能家居等领域。
2 Zigbee技术概述
ZigBee协议使用IEEE802.15.4规范作为介质访问层（MAC）和物理层（PHY）。Zigbee联盟在此基础上建立网络层（NWK）和应用层构架。IEEE802.15.4有两个PHY层，分别运行在不同的频率范围： 2.4GHz和915/868MHZ，每个频带提供固定数量的信道。MAC层使用CSMA-CA机制来控制无线电信道的访问。
ZigBee无线网络可采用星型网络、点对点网络、群集或网状等多种类型的网络配置。
Zigbee传感器网络的节点，路由器，网关，都是由一个单片机和zigbee兼容无线收发器构成的硬件为基础，再加上由语言代码写成的协议软件构成。
Zigbee无线收发芯片采用Chipcon公司开发的CC2430芯片。CC2430采用IEEE802.15.4标准，利用全球共用的的公共频率2.4GHz，是世界上第一个真正意义上的SoCZigBee一站式产品之一，具有芯片可编程闪存和通过认证的ZigBee TM协议栈。鉴于其具有低成本、低功耗、节点多和传输距离远等优势，可广泛的应用于家庭和楼宇自动化、医疗设施、物流和其他终端市场等。
3无线照明系统设计
基于Zigbee的智能照明系统整体是由一个星型拓扑结构构成，每盏灯与其各自的灯具控制终端节点相连，无线控制器作为网络协调器，可实现对控制终端节点进行相关控制。系统结构布局如图1所示。
无线遥控器是该系统的控制中心，主要用来接收和处理Zigbee网络中的数据，根据用户的操作来控制网络中各个节点的工作。它包含有ZigBee射频收发模块和嵌入式控制系统。各控制终端根据无线遥控器发送过来的控制信息进行相应的操作。
3.1 无线遥控器硬件设计
智能照明系统中的无线遥控器作为网络协调器需要处理较大数据量，因此本设计采用嵌入式微处理器AT89S51作为遥控器的核心处理芯片。
AT89S51是ATMEL公司推出的一款体积小，低功耗，高性能的嵌入式微处理器。它由CPU内核、程序存储器、数据存储器、I＼O口、复位与时钟、定时器与计数器、终端系统、串行通讯接口、看门狗和ISP在线编程接口组成。兼容MCS-51内核单片机，4Kbytes可在线编程Flash存储器，可有效擦除/读写1000次。
无线遥控器中的Zigbee收发模块采用CC2430芯片，CC2430是Chipcon公司推出的用来实现嵌入式Zigbee应用的片上系统。它支持2.4GHz IEEE 802.15.4/Zigbee 协议。
各节点通过无线信道连接，Zigbee收发模块与微处理器模块通过四线连接，实现无线遥控。对于AT89S51单片机其四个管脚VCC、TXD、RXD、GND，分别于CC2430芯片的四个管脚VCC、RXD、TXD、GND连接。
3.2灯具控制终端节点的硬件设计
基于Zigbee的无线遥控系统终端节点即灯具控制终端节点是嵌入到各灯具开关电路中。
Zigbee网络组网成功后，该模块主要负责接收无线遥控器发出的指令信息，进而控制灯具工作，开关灯具或调整灯光亮度等。灯具控制终端与灯具串联连接，根据可控硅导通与否来控制灯具开关；另外可控制可控硅的触发角控制流过灯具的等小电流大小，达到改变灯光亮度的目的。
3.3无线照明系统软件设计
该系统的软件设计使用跟CC2430芯片配套的Z-STACK协议栈和IAR集成开发环境。Z-STACK协议栈运行在一个基于任务调度机制的OSAL操作系统上，OSAL通过触发任务的事件来实现任务调度。
μC/OS-II 是一种基于优先级的占先式实时多任务操作系统，包含了实时内核、任务管理、时间管理、任务间通信同步和内存管理等功能。它可以使各个任务独立工作，很容易实现准时而且无误执行，使实时应用程序的设计和扩展变得容易，使应用程序的设计过程大为减化。
其主程序设计首先要对各个芯片初始化，其中有AT89S51的初始化包括对管脚初始化、串口初始化、定时器初始化等；CC2430的初始化包括对管脚的初始化、芯片复位及内部寄存器的初始化。在主程序初始化后，开始于子系统建立Zigbee网络，进入循环状态并进行数据的接收和发送，从而实现对整个系统的管理。
4总结
本智能照明系统是基于Zigbee技术设计的，其采用嵌入式微处理器AT89S51作为核心处理芯片，并结合μC/OS-II操作系统实现了对多个灯具的智能控制，具有组网简单、花费少、扩展网络容易等优点。随着智能家居理念越来越深入人心，这种使用高性能微控制器并结合实时操作系统的构架模式必将成为一种发展趋势。
参考文献：
[1]李文仲，段朝玉.PIC单片机与ZIgbee无线网了实战[M].北京：北京航空航天大学出版社，2007：227～229
[2]王玮，樊则宾.基于CC2430的无线温度检测终端的设计[J ].电子工程师.2007：78～80
[3]邵贝贝等译.嵌入式实时操作系统uCOS-II.北京：北京航空航天大学出版社，2003
[4]孙秋野，孙凯，冯健编著.ARM嵌入式系统开发典型模块.北京：人民邮电出版社，2007
【关键词】Zigbee、 μC/OS-II、CC2430
1引言
随着科技的不断发展，人们对于家庭装修的要求越来越多，日常生活中应用的照明设备也越来越多。传统的机械式手动照明开关已经无法满足当今人们追求完美生活的需要。因此远程无线遥控照明系统必然会一步步取代传统手动开关，成为今后生活的主流。
ZigBee是一种新兴的专为低速率无线传输而设计的低成本、低功耗的短距离无线通信技术。由于其相对于其他技术而言出现较晚，因此相应的规范及应用仍在不断的完善和发展之中，现今，已经能够被广泛应用于军事、工业、智能家居等领域。
2 Zigbee技术概述
ZigBee协议使用IEEE802.15.4规范作为介质访问层（MAC）和物理层（PHY）。Zigbee联盟在此基础上建立网络层（NWK）和应用层构架。IEEE802.15.4有两个PHY层，分别运行在不同的频率范围： 2.4GHz和915/868MHZ，每个频带提供固定数量的信道。MAC层使用CSMA-CA机制来控制无线电信道的访问。
ZigBee无线网络可采用星型网络、点对点网络、群集或网状等多种类型的网络配置。
Zigbee传感器网络的节点，路由器，网关，都是由一个单片机和zigbee兼容无线收发器构成的硬件为基础，再加上由语言代码写成的协议软件构成。
Zigbee无线收发芯片采用Chipcon公司开发的CC2430芯片。CC2430采用IEEE802.15.4标准，利用全球共用的的公共频率2.4GHz，是世界上第一个真正意义上的SoCZigBee一站式产品之一，具有芯片可编程闪存和通过认证的ZigBee TM协议栈。鉴于其具有低成本、低功耗、节点多和传输距离远等优势，可广泛的应用于家庭和楼宇自动化、医疗设施、物流和其他终端市场等。
3无线照明系统设计
基于Zigbee的智能照明系统整体是由一个星型拓扑结构构成，每盏灯与其各自的灯具控制终端节点相连，无线控制器作为网络协调器，可实现对控制终端节点进行相关控制。系统结构布局如图1所示。
无线遥控器是该系统的控制中心，主要用来接收和处理Zigbee网络中的数据，根据用户的操作来控制网络中各个节点的工作。它包含有ZigBee射频收发模块和嵌入式控制系统。各控制终端根据无线遥控器发送过来的控制信息进行相应的操作。
3.1 无线遥控器硬件设计
智能照明系统中的无线遥控器作为网络协调器需要处理较大数据量，因此本设计采用嵌入式微处理器AT89S51作为遥控器的核心处理芯片。
AT89S51是ATMEL公司推出的一款体积小，低功耗，高性能的嵌入式微处理器。它由CPU内核、程序存储器、数据存储器、I＼O口、复位与时钟、定时器与计数器、终端系统、串行通讯接口、看门狗和ISP在线编程接口组成。兼容MCS-51内核单片机，4Kbytes可在线编程Flash存储器，可有效擦除/读写1000次。
无线遥控器中的Zigbee收发模块采用CC2430芯片，CC2430是Chipcon公司推出的用来实现嵌入式Zigbee应用的片上系统。它支持2.4GHz IEEE 802.15.4/Zigbee 协议。
各节点通过无线信道连接，Zigbee收发模块与微处理器模块通过四线连接，实现无线遥控。对于AT89S51单片机其四个管脚VCC、TXD、RXD、GND，分别于CC2430芯片的四个管脚VCC、RXD、TXD、GND连接。
3.2灯具控制终端节点的硬件设计
基于Zigbee的无线遥控系统终端节点即灯具控制终端节点是嵌入到各灯具开关电路中。
Zigbee网络组网成功后，该模块主要负责接收无线遥控器发出的指令信息，进而控制灯具工作，开关灯具或调整灯光亮度等。灯具控制终端与灯具串联连接，根据可控硅导通与否来控制灯具开关；另外可控制可控硅的触发角控制流过灯具的等小电流大小，达到改变灯光亮度的目的。
3.3无线照明系统软件设计
该系统的软件设计使用跟CC2430芯片配套的Z-STACK协议栈和IAR集成开发环境。Z-STACK协议栈运行在一个基于任务调度机制的OSAL操作系统上，OSAL通过触发任务的事件来实现任务调度。
μC/OS-II 是一种基于优先级的占先式实时多任务操作系统，包含了实时内核、任务管理、时间管理、任务间通信同步和内存管理等功能。它可以使各个任务独立工作，很容易实现准时而且无误执行，使实时应用程序的设计和扩展变得容易，使应用程序的设计过程大为减化。
其主程序设计首先要对各个芯片初始化，其中有AT89S51的初始化包括对管脚初始化、串口初始化、定时器初始化等；CC2430的初始化包括对管脚的初始化、芯片复位及内部寄存器的初始化。在主程序初始化后，开始于子系统建立Zigbee网络，进入循环状态并进行数据的接收和发送，从而实现对整个系统的管理。
4总结
本智能照明系统是基于Zigbee技术设计的，其采用嵌入式微处理器AT89S51作为核心处理芯片，并结合μC/OS-II操作系统实现了对多个灯具的智能控制，具有组网简单、花费少、扩展网络容易等优点。随着智能家居理念越来越深入人心，这种使用高性能微控制器并结合实时操作系统的构架模式必将成为一种发展趋势。
参考文献：
[1]李文仲，段朝玉.PIC单片机与ZIgbee无线网了实战[M].北京：北京航空航天大学出版社，2007：227～229
[2]王玮，樊则宾.基于CC2430的无线温度检测终端的设计[J ].电子工程师.2007：78～80
[3]邵贝贝等译.嵌入式实时操作系统uCOS-II.北京：北京航空航天大学出版社，2003
[4]孙秋野，孙凯，冯健编著.ARM嵌入式系统开发典型模块.北京：人民邮电出版社，2007