摘 要： 提出了一種基于ZigBe e 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和模糊控制技術(shù)的新型室內(nèi)照明控制系統(tǒng)。系統(tǒng)通過ZigBe e無線傳感器網(wǎng)絡(luò)采集相關(guān)環(huán)境信息，并傳輸照明控制指令，將環(huán)境信息作為模糊控制器的輸入量，建立模糊控制規(guī)則庫，實現(xiàn)室內(nèi)照明的模糊控制。該系統(tǒng)具有實用、經(jīng)濟、節(jié)能等優(yōu)勢，尤其適用于家庭應(yīng)用。
0 引 言
隨著2009 年哥本哈根氣候變化會議的召開，全世界都在提倡更加節(jié)能環(huán)保的生活方式。
抑制碳排放、應(yīng)對氣候變化的重要措施之一就是發(fā)展室內(nèi)照明控制系統(tǒng)，提高照明效率。
近年來，國內(nèi)外針對室內(nèi)照明控制系統(tǒng)開展了大量的研究。ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)與模糊控制技術(shù)分別被引入室內(nèi)照明控制的研究中，為室內(nèi)照明控制的進(jìn)一步研究提供了良好的思路，但結(jié)合兩者構(gòu)建的室內(nèi)照明控制系統(tǒng)還并不多見。
本文結(jié)合ZigBee 無線傳感網(wǎng)絡(luò)與模糊控制技術(shù)，設(shè)計了新型室內(nèi)照明控制系統(tǒng)。由于自然光可提供室內(nèi)部分或全部的照明需要，該系統(tǒng)充分利用自然光， 通過對百葉窗旋轉(zhuǎn)角度的控制，引入自然光作為光源， 人工照明為補充，從而使室內(nèi)照明既可以滿足人們對照明的需要，又可以達(dá)到節(jié)能的目的。
1 系統(tǒng)總體設(shè)計
整個系統(tǒng)由ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、基站和遠(yuǎn)程監(jiān)控中心組成，總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。每個房間都布置有檢測環(huán)境信息的傳感器、自然光控制器和人工照明控制器。通過傳感器采集房間的照度、人員位置等各個環(huán)境信息，并經(jīng)由Zig2Bee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)傳輸至基站PC機。基站PC機對相關(guān)信息自動進(jìn)行分析處理，計算房間所需引入自然光量及補充的人工照明量，確定照明模式，并通過ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)將結(jié)果輸出，以控制人工照明控制器和自然光控制器的工作，從而實現(xiàn)室內(nèi)照明的自動控制。基站PC機還可以實時顯示各個設(shè)備的相關(guān)信息，并通過無線通信方式將信息傳輸?shù)接脩羰种校ㄟh(yuǎn)程監(jiān)控中心）。
圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖
在該系統(tǒng)中， ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)采用星狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，節(jié)點分為四類：傳感器節(jié)點、控制器節(jié)點、路由節(jié)點和協(xié)調(diào)器節(jié)點。傳感器節(jié)點嵌入多種傳感器，用于讀取并傳輸照明控制所需的相關(guān)環(huán)境信息。控制器節(jié)點嵌入自然光控制板和人工照明控制板，以控制引入的自然光量和補充的人工照明量；此外，控制器節(jié)點還有中斷響應(yīng)功能，能夠處理用戶的控制指令。路由節(jié)點接收該房間傳感器節(jié)點采集的相關(guān)信息，并將其傳輸至協(xié)調(diào)器節(jié)點，再將協(xié)調(diào)器節(jié)點的控制指令傳輸至傳感器節(jié)點和控制器節(jié)點。協(xié)調(diào)器節(jié)點與基站PC機通過RS2232串口相連接，用于所有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的地址分配和管理，并能夠監(jiān)控各種信息的發(fā)送與接收。
基站負(fù)責(zé)控制整個網(wǎng)絡(luò)，既需要完成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點信息的采集，又需要完成所采集信息的分析處理及控制輸出，以完成室內(nèi)照明的模糊控制，并達(dá)到節(jié)能的目的。通過PC機軟件用戶界面，顯示整個系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖和各節(jié)點的工作狀況及采集的實時數(shù)據(jù)信息；查詢各個房間的歷史及實時數(shù)據(jù)；具有遠(yuǎn)程設(shè)置功能，用戶可通過遠(yuǎn)程監(jiān)控中心設(shè)置某些房間的照明模式，如全開/全關(guān)等；同時還具備設(shè)備管理和用戶管理等功能，軟件可實時更新設(shè)備和無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點信息，具有設(shè)備更新的自適應(yīng)能力，并通過用戶管理保證了系統(tǒng)使用的安全性。