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晶控ZigBee模块定制案例之ZigBee版LED调色温调光灯

2015-01-30 11:04
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目   录

一、项目立项思路
1.1 LED照明系统智能化升级的必要性
1.2 ZigBee版LED智能照明系统定制的背景
二. LED照明光源技术动态
三. ZigBee无线自组网络的技术性能比较
四. ZigBee版LED定制案例的功能需求

4.1.  硬件设计要求
4.2.  软件设计要求
4.3.  功能设计要求
五. ZigBee版LED定制案例的方案选择
5.1.  LED驱动实现
5.2.  LED调光实现
5.3.  ZigBee协议栈实现
六. ZigBee版LED定制案例的软硬件平台实现
6.1.  硬件平台搭建
6.2.  软件平台搭建 

    附    录
一、《ZigBee应用领域》
二、《晶控Zigbee产品大全》
三、《合作流程》
 
 


 一、项目立项思路

1.1 LED照明系统智能化升级的必要性    

    传统照明系统已无法满足现代人家居生活的需要

    在移动互联网与智能手机突飞猛进的今天,智能家居慢慢摆脱了“只叫好、不叫座”,“有概念、没体验”的魔咒,智能产品一步步走向成熟,价格也逐渐变得亲民。
随着人们对家居生活网络化、智能化、节能化的需求日益强烈,智能照明系统已成为智能建筑与家庭自动化必不可少的一环。而传统照明系统,因布线繁琐、扩展性差、功能单一、人工管理、“长明灯”耗能严重等诸多缺陷,已无法满足现代人的生活与品质需求。在此背景下,LED智能照明系统应运而生。
 
    LED智能照明系统节能环保,具有巨大经济效益
    舒适、便捷、高效、节能作为智能建筑、智能家居控制系统追求的终极目标,在智能照明系统中尤为明显。近年来,由于我国能源效率低下,能源紧张问题日益突出,能源危机逐渐上升到国家的战略高度,国家在“十二五”规划中制定了重要目标——单位GDP能源消耗比“十一五”期末减少20%。目前,照明耗能约占总能耗的20%,若能以高效率的LED智能照明系统取代全国30%低效率、高耗电的传统照明系统,照明终端将节电220亿度,减排二氧化碳2420万吨。因此,LED智能照明技术对缓解当前紧迫的能源问题具有举足轻重的作用,更突显出巨大经济社会效益。  
    相比白炽灯、荧光灯、节能灯等传统照明灯具,LED是一种光效高、耗能少、对环境无污染、工作寿命长达10万小时的新型照明技术。LED智能照明技术实现了在最合适的时间,给最需要的地方以最舒适和最高效的照明度,在提升照明质量同时,使智能家居照明进一步走向绿色环保和低碳节能的发展方向。
 
    LED智能照明系统,无需布线、安装简单,是未来大势所趋
    智能照明系统与传统照明系统都具备照明、开关、调光等基本功能,但传统照明常选用现场总线、电力载波等控制方式,均需要敲墙砸洞、综合布线,严重影响建筑美观,工作繁琐且改装费用昂贵;而智能照明系统以无线传感网络的智能控制为主,手动控制为辅,实现照明现场LED的远程控制与调节。LED智能照明控制系统的核心即改善建筑照明质量,满足多元化的用户体验,其集中控制管理克服了传统照明单一控制、管理落后和“长明灯”现象等诸多缺陷,是未来发展的主流。


1.2  ZigBee版LED智能照明系统定制的背景

    ZigBee这一短距离双向无线通信技术,主要适用于自动控制和远程控制领域,可以嵌入各种设备,在工业自动化控制、智能建筑、消费电子和自动抄表等领域都有着广泛的应用前景。是目前嵌入式应用的一个大热点,(具体详见下文附录)。

    晶控,深耕智能化控制领域近10年,拥有成熟的研发经验和强大团队实力,早在今年年初即推出ZigBee模块二次开发的合作项目,只要双方开放各自的应用接口,即可实现产品的ZigBee智能升级;同时晶控的ZigBee模块自带MCU,用户可以通过编程将模块打造成自身的无线串口模块,并且可以自定义数据传输格式,让原始设备制造商(OEM)也能够轻松设计出支持ZigBee协议的完整系统,确保认证产品达到ZigBee应用的要求,与市场同类产品相比具有更强大的功能和性价比。

    本期ZigBee版LED调色温调光灯,就是上述ZigBee模块合作定制的实例之一。首先LED照明系统要实现智能化,必须实现其网络化,而ZigBee无线传感网络技术以IEEE802.15.4协议标准为基础,具有全自动组网、近距离、低速率、低成本、低功耗等诸多优势,是LED照明系统智能化升级的首选。该款LED灯正是基于ZigBee无线传感网络的LED智能照明系统的研究,实现了“LED无级调色温、LED无级调光、ZigBee无线自组网、APP客户端集中管理”等设计目标。升级完成后即可通过手机端、PC端对产品进行远程控制,并能实时查看产品的工作状态,有效提升产品附加值。 

    LED与ZigBee无线传感网络技术的结合,将给照明系统“网络化、智能化、节能化”的数字家园带来了广阔的发展空间和应用前景。随着用户对LED照明品质的要求日益提高,该案例技术在智能建筑、智能家居行业极具市场竞争力,应用前景广阔。总而言之,ZigBee版的LED智能照明控制系统是我们生活中最为常用、最为基础的系统之一,它的无线化、网络化、智能化与绿色节能无疑会给我们的社会与生活带来深远的影响。下文我们将详细剖析该定制产品的研发及技术情况。
 
 
二、LED照明光源技术动态

    照明光源(Illumination Source)是指用于楼宇建筑物内外照明的人工光源。根据光产生原理的不同将照明光源分为热辐射、气体放电和半导体三大类。第四代新型光源LED与传统照明光源的综合性能比较如表2-1所示,LED与传统照明光源的光效对比如图2-1所示。

 
图2-1  LED与传统照明光源的光效对比
 
    热辐射光源利用光辐射原理,将辐射体钨丝通电加热至高温热辐射发光,包括白炽灯、卤钨灯,色温在2800~2900K左右,额定寿命短(约1000~1500小时),灯丝极易氧化,耗能严重,有用功仅为10%左右,其余均转化为热能。但灯具结构简单、使用方便、价格低廉,目前市场普及率仍非常高,年生产数量巨大。

    气体放电光源利用气体放电原理,在电场作用下使电流通过气体时发光,包括荧光灯、高压钠灯、高压汞灯等,其中荧光灯发光效率高,额定寿命为1500~10000小时,且体积小、结构紧凑,是室内照明的良好选择;后三者发光功率大,额定寿命为5000~12000小时,但由于它们均存在高温辐射,长期热沉积使灯具光照衰减,且灯具内含有汞、钠等污染元素。

    半导体光源LED(Light Ewiting Diod)是将有机树脂和半导体材料、金属材料封装的固态器件,是低压直流驱动的冷光源,属于第四代新型光源。其具体优势为:一、LED光源发光效率高,可达到50~200流明/W,且无需过滤,单色性好无色差;二、LED节能环保,单管功率仅为0.03~0.06瓦,同等照度下耗能仅为白炽灯的1%、荧光灯的50%;三、LED封装结构抗震抗碎,且照明寿命长久,平均可达10万小时以上;四、LED安全环保,无热辐射、冷光源、低压直流驱动,无汞钠等污染元素。

    鉴于LED光源在绿色低碳、节能环保方面的明显优势,无论全球国际半导体巨头,还是中国市场的照明厂商都纷纷借机切入LED光源照明领域,瞄准LED智能照明控制系统的解决方案,欧美国家的智能建筑、家庭自动化早已开始普及和推广成熟的LED智能照明控制系统。
 

三、ZigBee无线自组网络的技术性能比较

    无线传感网络WSN(Wireless Sensor Network)是由大规模、自组织、多跳、动态性的传感器节点所构成的无线网络。无线通信(Wireless Communication)是利用空间中的电磁波信号实现数据信息的交互方式,按传输媒介分为光通信、微波通信、声波通信等;按频段分为卫星频段、ISM频带、陆地频段、航空频带等;按协议标准分为ZigBee、Wi-Fi、WLAN、Bluetooth、WiMAX、UWB、WUSB、GPRS等。无线传感网络具体如何选择协议标准,需从应用场合、应用目的等多角度考虑,综合比较它们的性能、成本、功耗等各方面的优劣势。短距离无线通信技术性能比较如表3-1所示。
   
    ZigBee国际联盟成立于2001年8月,制订了基于IEEE 802.15.4协议的ZigBee双向无线通信技术,安全可靠,适用于868Mhz、915Mhz或2.4Ghz的ISM频段。我国均采用2.4Ghz频段,是全球通用、免付款、无需申请,传输速率为250Kbps/s,增加RF前端功率芯片后,通信距离达1~3km,极具应用前景。
 
 
表3-1 短距离无线通信技术性能比较
 
    无线通信技术的信噪比抗干扰性能测试如图3-1所示,横坐标为信噪比(SNR dB),纵坐标为误码率(Bit Error Rate),误码率一信噪比曲线足以说明在低信噪比的环境下,ZigBee无线传感网络具有超强的抗干扰性能。与WiFi、蓝牙Bluetooth等其它无线通讯技术相比,ZigBee起步较晚,不过却是“后起之秀”。
 
图3-1  无线通信技术的信噪比抗干扰性能测试
 
    ZigBee凭借自身具备近距离、自组织、低速率、低成本、低功耗等独特优势,必将成为无线传感网络的最佳选择之一。ZigBee无线传感网络技术优势:
1.低速率、自由频段:三个ISM可选工作频段,欧洲采用868MHz频段,速率20kbps;美国选用915MHz频段,速率40kbps;而我国选用2.4GHz频段,速率250kbps,全球通用、免付费、无需申请。
2.网络节点无限扩展:网络层分配地址采用分布式寻址方案,一种64位MAC长地址,由IEEE分配,全球唯一,最多可以容纳65535个节点;另一种是16位网络短地址,由父节点分配,当前网络中唯一,最多可容纳255个节点。
3.短距离、覆盖面广:RF收发天线可采用单端非平衡倒F型PCB天线,室内有障碍空间端到端的通信距离约为10~100m,若附加CC2591距离扩展器模块可增加至1~3km,且满足多节点自组网实现数据多跳传输,满足收发距离要求。
4.低功耗:收发模式均为mW级别,非工作时间为超低功耗休眠模式,普通5号电池的即可长时间连续续航,这是其他无线通信技术望尘莫及的。
5.安全可靠:采用冲突避免载波多路侦听技术(CSMA-CA),避开数据传输的竞争与冲突;模块采用自组网、动态路由的通信方式,保证了数据传输的可靠性;采用全球唯一的64位身份识别,并支持AES-128 加密,具有高保密性。
6.时延短:休眠激活时延仅为15ms,设备搜索时延仅为30ms,信道接入时延仅为15ms,保证了数据传输的正确性,进一步降低了设备模块的功耗。

    ZigBee无线传感网络的显著优势使它在工业自动化、远程控制等拥有大量终端节点的设备网络中得到广泛应用,在其他相关领域也得到辐射与普及,例如智能建筑、家庭自动化、社区安防、环境检测、煤气水电抄表等现代化领域。


 四、ZigBee版LED定制案例的功能需求


4.1硬件设计要求
1.标准化硬件、易扩展:参照ZigBee联盟规范设计ZigBee模块、PWM调光、RF射频电路和PCB天线,保证不同厂商之间的ZigBee通信模块可以整体替换,系统完全兼容,扩展性好,降低LED智能照明系统整合难度。
2.LED驱动调光集成:贴片设计,缩小驱动器PCB板体积,与LED灯具集为一体,满足用户即插、即换、即用,方便安装、实用美观。
3.脉冲恒流驱动:要充分发挥LED节能、调光、调色温等优势,驱动器至关重要,精准控制电流脉冲频率和占空比实现PWM无极调光,达到合理照明度。
4.高效节能:一方面要求LED照明灯具节能省电,减少电能消耗;另一方面要求LED实现PC或手机客户端的远程登录,集中控制与管理,实现智能PWM无级调色温和调光。
5.可靠稳定:照明环境现场,难免不会受到外界信号干扰(WiFi、蓝牙、红外等),要求ZigBee模块的信噪比抗干扰能力突出,也要求无线发射和接收模块的通信距离满足室内无线组网条件,保证通信稳定。
 
4.2软件设计要求

1.遵循协议规范:ZigBee模块的软件完全遵循ZigBee协议规范和模块化设计,具备良好系统兼容性;数据格式一致,提高传输质量和稳定性,减少时延。
2.全自动组网:ZigBee无线传感网络实现全自动组网,组网灵活方便,具备自我修复能力;用户可以任意添加、删除ZigBee模块,所有模块均可设置为协调器、路由器或终端设备;模块合理布局,保证网络覆盖面积广,无通讯盲区。
3.时钟控制:利用CC2530芯片时钟管理单元,实现对LED智能照明系统中的LED灯具进行分组同步控制(同步性好、无滞后)和延时控制(延时指定时间)。
4.动态路由:路由器依照路由查询、路由维护等命令动态维护路由表,源节点和目标节点之间数据传输路线不唯一,具备“路由重选”功能,提高通信可靠性,最大限度降低路由开销和能量开销,缩短平均时延,提高环境适应能力。
 
4.3 功能设计要求
1.PWM无级调色温:可以从3000K(暖色)~6000K(冷色白光)之间进行无级调色温,根据不同的场景要求任意切换并满足想要达到的灯光色彩效果,LED产品亮度高、功率低,更节能环保省电。
2.PWM无级调光:实现PWM线性无级调光,避免现场光照度发生大幅度突变,有利于营造舒适的照明环境,节约电能,延长LED额定寿命,保证光照度始终维持在用户预设值附近,改善照明质量。
3.情景模式设置:根据用户个性需求,通过灵活多变的情景模式,对LED灯具进行任意百分比色温、百分比亮度、情景模式分组,变化出绚丽多彩的照明模式,包括全开、全关、延时、小夜灯、节日、会客等复杂模式,最大限度展现LED智能照明系统的优势。
 

五、ZigBee版LED定制案例的方案选择
5.1. LED驱动实现

    作为绿色环保、高效节能的第四代新型光源,LED是低电压(2V~3.6V)、大电流(200mA~1500mA)的半导体器件,其发光强度取决于LED光源的正向电流,当正向电流过大会导致LED芯片结温大
幅升高,光通量大幅衰减,寿命也大打折扣;当正向电流过小会导致LED发光强度大幅下降,严重影响LED照明质量。

    LED驱动器的方案设计是核心技术,至关重要,虽然只占控制系统的很小比例,但其综合性能的好坏直接影响整个LED智能照明系统的稳定性。LED驱动电路除了要满足安全可靠性外,对效率要求也十分苛刻,要充分体现出其高效节能与长寿命的独特优势。目前,国内外市场上LED普遍采用直流驱动: 

1.方案一:LED电阻限流驱动
在LED电源回路中串接可调电阻R,通过改变其阻值实现限流驱动。该方案电阻耗能大,节能效率低,受电源变动影响较大,不适合驱动大功率LED。

2.方案二:LED恒压驱动
在LED电源回路中使用稳压元件,端电压不变,输出电流随LED负载变化;通过调节合适阻值的串接电阻保证LED照明度一致,耗能严重,不宜采用。

3.方案三:LED恒流驱动
LED的端电流恒定不变,端电压随负载变化;精确控制LED正向电流的脉冲频率与占空比,实现恒流驱动;间歇脉冲供电,延长了大功率LED额定寿命。
综上所述,LED恒流驱动方案最佳,因此该ZigBee版LED定制方案选择方案三。
 

5.2.  LED调光实现

    调光技术对于LED智能照明控制系统至关重要,随着环境参数变化智能调节LED光照度,有利于营造舒适的照明环境,减少“长明灯”现象,节约电能,延长LED额定寿命。 

1.方案一:直流电源正向电流调光
    LED照明度是与正向电流近似成正比,改变与LED负载串联的电流检测电阻值实现调光。该方案在调光瞬间会导致色谱偏移、色温变动,且无法实现精确调光;LED长时间工作于低亮度状态导致效率大幅下降,LED温度骤增而报废。

2.方案二:交流电源双向可控硅(双向晶闸管)调光
    适用于白炽灯、荧光灯等传统灯具调光,切割交流电正弦波改变其有效值实现LED调光。该方案缺陷在于导通瞬间对电网造成严重的高次谐波干扰,且高次谐波抑制电感开通瞬间产生音频噪声污染。

3.方案三:直流电源PWM脉冲调光
    LED属于二极管,可实现高频开与关,实现PWM脉冲调光。PWM调光无色谱偏移,调光精确度高达万分之一,且无LED闪烁现象;PWM调光维持恒流源驱动,无过热现象。
综上所述,PWM调光方案最佳,因此该ZigBee版LED定制方案选择方案三。
 

5.3.    ZigBee协议栈实现

5.3.1.   ZigBee 节点类型与网络拓扑

1.ZigBee节点类型
    在ZigBee无线传感网络中存在两种物理设备类型:全功能设备(Full Function Device,FFD)和精简功能设备(Reduced Function Device,RFD),两者相辅相成,紧密配合,共同完成无线传感网络的通信。

    全功能设备FFD具备的功能特性完整、齐全,支持ZigBee协议标准规范的所有性能特征。FFD可作为协调器节点或路由器节点模块使用,具备控制器的存储、计算能力,实现数据发送、数据接收和路由选择等功能,与任何其他设备节点进行双向无线通信,所以FFD将消耗更多的能量和内存资源。

    精简功能设备RFD只具备局部特性。RFD只能作为终端设备节点模块使用,只负责终端的数据采集并将其转发至上级FFD节点,只能与FFD节点完成通信,禁止与RFD节点通信,内存资源要求不高。
 
图5-1  ZigBee网络节点类型
 
    按ZigBee节点模块按组网功能可分为Coordinator、Router和End-Device。ZigBee网络由一个Coordinator以及若干Router和End-Device组成,如图5-1所示。

    协调器节点(ZigBee Coordinator,ZC)包含ZigBee网络的所有数据信息,存储容量大,数据处理能力最强;整个网络中具有中唯一性,且必须为全功能设备FFD,负责节点上电、网络启动与配置,选择网络标示符(PAN ID)和通信信道(Channel),建立ZigBee网络,等待新节点入网,并分配16位短地址。

    路由器节点(ZigBee Router,ZR)必须是全功能设备FFD,成功入网后,获取16位网络短地址;负责路由发现与选择、路由建立与维护,并允许其他设备节点的入网或离网,可作为远距离通信的数据中转站,实现数据的多跳透传。

    终端设备节点(ZigBee End-Device,ZE)为精简功能设备RFD或全功能设备FFD,无路由功能,只能加入或离开ZigBee网络,只能与上级父节点实现双向通信,获取或转发相关信息,常处于有睡眠或激活工作模式,超低功耗。

2.ZigBee网络拓扑方案
    ZigBee 无线传感网络支持多种网络拓扑结构如图5-2所示,包括星形(Star)、树状(Tree)、网状(Mesh),有且仅有一个全功能设备FFD作为协调器节点,路由节点和终端设备节点的数量若干,由用户自我配置。
 
图5-2  ZigBee网络拓扑结构
 
    星形拓扑结构由中心向四周辐射,只包含唯一的Coordinator和若干End-Device。Coordinator作为控制核心负责ZigBee网络的启动、配置与维护;End-Device负责数据采集。星型拓扑网络结构简单,无需执行大量上层协议与路由操作,便于管理,但要求所有End-Device必须在Coordinator通信半径之内,极大限制了网络覆盖面积,且路由路线单一,极易导致网络拥堵与数据包丢失。

    树状拓扑结构包含唯一的Coordinator和若干星形拓扑,是对星形拓扑的扩展与延伸,数据转发均通过树状路由完成;继承了星形拓扑的简单性、路由操作少、存储器要求不高等优势,同时又增强了数据多跳传输,避免了星形拓扑覆盖面积不足的劣势。但树状拓扑仅依靠树状路由作为唯一骨干网络,也极易造成拥堵或瘫痪。为此,树状拓扑定期进入休眠模式,降低功耗,延缓拥堵。

    网状拓扑结构包含唯一的Coordinator以及若干Router和End-Device,是对树状拓扑的升级与完善,允许通信半径内的FFD设备两两任意通信,Router均具备“路由重选”功能,动态维护路由表,提高了网络的环境适应能力,缩短了平均时延,数据转发更加安全可靠,但必然将花费设备节点更多的内存资源。
 

5.3.2  Z-Stack协议栈架构

    Z-Stack协议栈是ZigBee无线传感网络中各层协议的总和,形象的反映了无线传感网络中数据文件传输的完整过程:由上层协议到底层协议,再由底层协议到上层协议。Z-Stack是基于IEEE 802.15.4标准协议的精简网络模型,即IEEE 802.15.4定义了最底层的物理层(Physical Layer,PHY)和媒体介质访问层(Medium AccessControl Layer,MAC);ZigBee联盟定义了网络层(Network Layer,NWK)和应用层(Application Layer,APL)。其中,网络层实体包含数据实体(Network Layer Data Entity,NLDE)和管理实体(Network Layer Management Entity,NLME)两部分;应用层包含应用支持子层(Application Support Sub-layer,APS)和ZigBee设备对象(ZigBee Device Object,ZDO) ,用户可以根据终端需要对应用层进行定制开发。Z-Stack协议栈体系结构如图5-3所示。
 
图5-3  Z-Stack协议体系结构
 
    Z-Stack协议栈由一系列的层模块(PHY、MAC、NWK、APL)搭建而成,分层结构使各层协议之间相对独立、结构合理、简单紧凑、脉络清晰。每个层模块负责对Z-Stack协议栈的局部进行规范和标准化,并完成该层辖区内规定的任务,也向上一层模块提供特定服务,完成上下层模块间的通信:数据服务实体(NLDE)提供数据传输服务,允许应用程序传输应用协议数据单元;管理实体(NLME)提供其他剩余管理服务,如配置设备、启动网络、节点入网或离网、地址分配等。每个服务实体凭借对各层模块的服务接入点(Service Access Point,SAP )为其上层模块提供服务接口,每个服务接入点均通过一系列的服务原语来实现所对应的功能。

 

5.3.3  ZigBee原语与操作系统任务调度OSAL方案

1.ZigBee原语
    ZigBee协议栈标准规范定义了一系列服务原语,其分层结构要求各层模块,通过相应的服务接入点(Service Access Point,SAP ),为上一层模块提供唯一的服务接口,又通过对服务原语的调用来实现具体的服务内容。一方面,分层结构要求协议栈的各层模块相对独立的运行,结构清晰明朗;另一方面,ZigBee协议栈又是一个有机的整体,各层模块的独立运行并不代表各层之间失去所有联系。服务原语的调用实现了协议栈层与层之间的信息共享、信息交互,为ZigBee设备准确无误的协同作业提供了条件。协议栈层模块之间服务原语的关系图如图5-4所示。
 
 
图5-4  ZigBee协议栈原语
 
(1)Request(请求原语):是上层N1用户向本层N用户请求指定的服务。 
(2)Confirm(确认原语):是本层N用户对上层N1用户发出的请求原语的确认。 
(3)Indication(指示原语):是本层N用户发给上层N2用户,指示N的内部事件。 
(4)Response(响应原语):是上层N2用户对本层N用户的指示原语的响应[28]。

2.ZigBee操作系统任务调度OSAL方案
    Z-Stack协议栈中各层的服务原语多达数十或上百条,是一个多任务软件程序,需要设计一个操作系统抽象层OSAL的协议栈调度程序,并采用操作系统的思维与任务轮转查询机制来完成多任务的调度,避免任务间的紊乱。操作系统任务调度OSAL是一种多任务的分配资源机制,搭建简单的多任务操作系统。ZigBee操作系统任务调度OSAL方案如图5-5所示。
    首先,OSAL初始化系统,包括系统初始化和资源初始化,其中系统初始化是OSAL任务表、任务结构体、序列号等变量初始化;资源初始化是对内存、中断、NV等设备资源初始化。再则,OSAL通过osal_add_task添加任务事件到任务表中,形成一个以高低优先级排序任务链表。最后,OSAL开始执行轮转查询机制,以死循环模式不断地查询任务事件的发生,并根据软件预设的任务优先级高低依次进入中断程序处理对应事件;若没有任务事件准备就绪,ZigBee系统将进入超低功耗模式。
 

图5-5  ZigBee操作系统任务调度OSAL方案
 

 

 

六、ZigBee版LED定制案例的软硬件平台实现


6.1. 硬件平台搭建


6.1.1. 酷炫先锋智能家居控制主机--KC868-F
(1) KC868-F主机参数: 
Ø  产品尺寸:205*150*30 mm
Ø  工作电压:DC9V 
Ø  静态功耗:<0.5W 
Ø  材    质:阻燃ABS 
Ø  通信距离:RF射频315MHz,空旷环境距离>4000m 
Ø  射频协议:2262编码和1527编码 
Ø  GSM网络:850/900/1800/1900MHz   四频网络,全球通用 
Ø  工作温度:-20℃~70℃  
    工作湿度:20%-90% 
图6-1  KC868-F主机侧面细节图
图6-2  KC868-F主机背面细节图
 
(2)KC868-F主机功能: 
  •  多运行平台:支持Window7、Window8、WindowXP、IOS 系统、安卓系统;
  •  315MHz无线射频信号接收/发射功能、2.4G ZigBee无线信号接收/发送;
  •  情景模式功能;
  •  无线传感器触发联动功能;
  •  触发联动、定时联动模式功能;
  •  RS232串口,发送指令控制。

 

(3)主机与路由器的连接方式:
    第一次使用主机时,将主机插上标配电源。当主机的黄灯常亮后,表示主机启动成功。用平行网线将主机接入路由器。主机网线连接如图6-3所示。
图6-3  KC868-F主机网线连接图
 6.1.2 ZigBee标准化通信模块

(1) 主要特性:
      
图6-4  ZigBee标准通信模块正面与背面细节图
供电方式可选
  • 3.3V直流供电
  • 5V直流供电
高性能,低成本
  • 载频频率2405–2480 MHz,为全球免费频段;
  • 发射功率可达100mW(20dBm),发射功率软件可调;
  • 接收灵敏度 -103dBm (BER=1%);
  • 空中传输速率高达250kbps;
  • 视距情况下,可靠传输距离可达 1000m。
高级网络和安全
  • 丢包重发机制和ACK机制;
  • 多通道通信,根据环境自动选择可靠频道通信;
  • DSSS(直接序列扩频技术),有效的抗同频窄带干扰;
  • 每个直接序列通道覆盖65000 个唯一网络地址;
  • 自带16位CRC 校验,能有效检错;
  • 基于QPSK 的调制方式,采用高效前向纠错信道编码技术,提高了抗干扰的能力;
  • 支持点对点,点对多点和对等网络;
  • 实现自组网,自动路由,自我诊断,容错网状网络。
 使用简易
  • 模块提供UART 接口;
  • 波特率出厂为9600bps,8位数据位,1位停止位,无校验; 
  • 体积小、重量轻;
  • 采用SOC,外围电路少,可靠性高,故障率低;
  • 鞭状天线,IPX天线连接座等多种天线连接方式。
 
(2) ZigBee标准通信模块管脚定义:
图6-5  ZigBee标准通信模块IO引脚图
 
表6-1 ZigBee标准通信模块管脚定义
 6.1.3.LED驱动器与ZigBee控制转接小板

(1)ZigBee控制转接小板
图6-6  LED驱动器的ZigBee控制转接小板背面细节图
 
 
图6-7  LED驱动器的ZigBee控制转接小板正面细节图
 
    LED驱动器的ZigBee控制转接小板上用以焊接ZigBee标准模块,4个pin引脚分别为GND、PWM1、PWM2、VCC。转接小板为ZigBee标准模块提供5V直流电源,同时ZigBee标准模块输出2路可任意调百分百%的PWM信号,对LED进行无级调色温和无级调光。
 
图6-8  LED调光调色驱动电源PCB正面细节图
 
    LED调光调色驱动电源输入100~240V,50/60HZ,为ZigBee控制转接小板提供12V直流电源,也为LED灯珠提供12V电源。同时LED调光调色驱动电源还将ZigBee控制转接小板引出的2路PWM信号传输给LED灯珠,进行LED进行无极调色温和无极调光。
 
 
图6-9  LED调光调色驱动电源外壳正面细节图
 
 
图6-10  LED调光调色总装配图
 
6.2. 软件平台搭建

PC客户端登录与LED调色温调光控制界面
 
图6-13  PC客户端的主机登录界面
 
    登录界面填写内容如下:
(1)语言:Chinese(简体中文)和English 
(2)用户:管理员或普通用户。 
Ø   管理员拥有PC客户端软件的全部功能权限;普通用户只能进行设备的控制操作; 
Ø   PC客户端登录方式可以选择管理员和普通用户;手机或平板客户端登录方式只有普通用户。   
(3)地址:填入主机网络参数中的IP地址,默认:192.168.1.200 (必填) 
(4)密码:出厂设置默认密码:12345678 (必填) 
(5)端口:填入主机网络参数中的端口号,默认:4196  (必填) 
(6)主机ID:填入主机包装壳上ID 序列号  (必填) 
(7)记住密码:被勾选,即可让客户端记住密码,下次登录无需重复输入。 
(8)自动登录:被勾选,双击控制软件图标后,自动进行登录,而无需手动再次点击“登录”按钮。 
(9)数据同步:被勾选,登录时,将主机内的配置数据读出至PC客户端,使PC客户端与主机内的信息同步。
图6-14  PC客户端的主机登录成功后的主界面


 
图6-15  ZigBee版LED调色温调光控制主界面
 
 
附录.
一、《ZigBee应用领域》

    除LED灯等小家电的智能升级外,ZigBee技术还广泛应用于以下领域,如果您所处的行业恰巧吻合,且产品需要智能升级或面临技术瓶颈等问题,欢迎来电咨询!Tel: 0571-56050300  QQ:420951892

1、消费性电子设备:电视、录像机、DVD、 CD机、无线电话按键、运动和休闲器械等电器的远程遥控。 
2、电脑外设:无线键盘、鼠标、游戏操纵杆、无线耳机。 
3、医疗设备控制:医用传感器、病人的紧急呼叫按钮等,实时监测病人的血压、体温和心跳速度。 
4、工业控制装置:危险化学成分的检测、火警的早期检测和预报、高速旋转机器的检测和维护等,利用传感器和ZigBee网络使数据的自动采集、分析和处理将变得更加容易。 
5、交互式玩具:玩具、游戏机等游戏器具。 
6、个人健康监护:监视、诊断、传感器。 
7、家庭和建筑物自动化设备:安保系统、采暖通风和空调系统、照明、烟火检测器、抄表系统、无线报警、厨房机械、窗帘遥控器。 
8、农业自动化:利用传感器和ZigBee网络,使用更多自动化、网络化、智能化和远程控制的设备来耕种,如传收集土壤湿度、氮浓度、PH值、水量、温度、空气湿度和气压等信息,进行环境监测、水利水文监测。 
9、汽车应用:配合传感器网络报告汽车所有系统的状态。 
10、资产跟踪应用:产品运输、产品跟踪、存储较大物品和财产管理。 
11、军事应用:战场监视和机器人控制。
 

二、《晶控Zigbee产品大全》

   目前我司已研发出的ZigBee产品如下,由于下列产品通信协议是我司在国际标准通信协议基础上,自主研发的智能家居通讯协议,因此可配合二次开发;同时开关、调光面板的图案、颜色丰富多样,支持个性化定制,满足用户多元需求。

ZigBee灯光面板 

    目前ZigBee灯光面板的颜色分为白色和香槟色,有1路、2路、3路灯光控制面板可供选择,适用于家庭、办公、医院和酒店等场合,是当前面板的主流。

ZigBee调光面板 

    ZigBee调光面板的颜色分为白色和香槟色,面板的图案、颜色丰富多样,支持个性化定制。

ZigBee开合型窗帘电机 

    ZigBee开合型窗帘电机可以提供单轨、双轨窗帘电机的个性定制。
 

ZigBee温湿度 

   
与普通温湿度产品相比,Zigbee无线温湿度传感器具有自组网功能,可将其他ZigBee产品作为信号中继,从而扩展了与主机的通信范围;同时它无需对码学习,简单易用;因其独特的专业性能,Zigbee无线温湿度传感器可广泛应用于住宅、办公、医院(如育婴房等)、农业(如蔬菜、瓜果大棚等)、植物园等场所。
    由于此传感器的通信协议是我司在国际标准通信协议基础上,自主研发的智能家居通讯协议,因此可配合二次开发。

ZigBee空气质量检测仪U-air

    目前,PM2.5(细颗粒物)已成为各国衡量空气污染造成的健康风险最明显的指标之一。为了改善室内空气质量,提高人们生活品质,我们基于ZigBee协议设计了一款多功能空气检测仪--U-air智能空气魔盒,主要用于检测室内环境的PM2.5和温湿度值。

    本产品无需对码学习,简单易用,当它与主机配合使用,即可让用户通过手机、电脑、平板电脑等移动终端,远程实时查看家中的空气状况;一旦PM2.5超标即显示警示灯,并联动配合情景模式,如向用户发送报警信息,开启空气净化器、空气清新机、新风系统等设备,从而智能优化室内环境,为您和家人的健康保驾护航。 U-air智能空气魔盒应用广泛,特别适用于有孕妇、老人、儿童、婴儿的家庭,有哮喘、过敏性鼻炎、花粉过敏症等敏感人员的居所以及医院、写字楼、会所、酒店等场所。

    由于此产品的通信协议是我司在国际标准通信协议基础上,自主研发的智能家居通讯协议,因此可配合二次开发。

ZigBee智能家居控制主机KC868-F

    技术上,酷炫先锋同时支持全新Zigbee技术和无线射频,让用户集中控制灯光、窗帘、电视、空调、影音、安防等设备之余,更可以远程实时查看电器的工作情况;外形上,酷炫先锋采用黑白高光磨砂工艺 ,边角流线弧度设计,时尚简约、典雅大方,与现代家居装饰风格相得益彰。酷炫先锋功能涉及智能照明控制、智能家电控制、家庭能源管理、家庭安防监控、家庭环境调节等多个领域,同时增设串口通信功能,主机软件操作界面亲切人性化,可在手机/平板/电脑上操作,并支持远程、定时及自定义操控 ,是杭州晶控电子智能家居主机的巅峰之作。  
  

 
温馨提示:
   
上述ZigBee产品暂时只能与我司智能家居主机KC868-F组网使用,更多ZigBee产品目前正处于研发阶段,不久将一一面市,敬请期待!
 
三、《合作流程》
   

 
 
    第一步:双方深入沟通,确定您的实际需求和细节。
    第二步:根据您的需求我们提出具体的解决方案,并评估元器件成本和开发费用。
    第三步:客户对方案进行开发周期以及开发费用的确认。
    第四步:项目定金支付,一般为项目总额的60%。
    第五步:项目(产品)验收。
    第六步:项目达到要求,客户结算余款。