0 引 言
跟着2009 年哥本哈根气候变化会议的举行，全世界都在发起愈加节能环保的生活方法。
按捺碳排放、应对气候变化的重要措施之一便是展开室内照明操控体系，进步照明功率。
近年来，国内外针对室内照明操控体系展开了很多的研讨。ZigBee无线传感网络与含糊操控技能别离被引进室内照明操控的研讨中，为室内照明操控的进一步研讨供给了杰出的思路，但结合两者构建的室内照明操控体系还并不多见。
本文结合ZigBee 无线传感网络与含糊操控技能，规划了新式室内照明操控体系。因为天然光可供给室内部分或悉数的照明需求，该体系充分使用天然光， 经过对百叶窗旋转视点的操控，引进天然光作为光源， 人工照明为弥补，然后使室内照明既可以满意人们对照明的需求，又可以到达节能的意图。
1 体系全体规划
整个体系由ZigBee无线传感器网络、基站和长途监控中心组成，全体结构如图1所示。每个房间都安置有检测环境信息的传感器、天然光操控器和人工照明操控器。经过传感器收集房间的照度、人员方位等各个环境信息，并经由Zig2Bee无线传感器网络传输至基站PC机。基站PC机对相关信息主动进行剖析处理，核算房间所需引进天然光量及弥补的人工照明量，确认照明形式，并经过ZigBee无线传感器网络将成果输出，以操控人工照明操控器和天然光操控器的作业，然后完结室内照明的主动操控。基站PC机还可以实时显现各个设备的相关信息，并经过无线通讯方法将信息传输到用户手中（长途监控中心）。
图1 体系全体结构图
在该体系中， ZigBee无线传感器网络选用星状网络拓扑结构，节点分为四类：传感器节点、操控器节点、路由节点和和谐器节点。传感器节点嵌入多种传感器，用于读取并传输照明操控所需的相关环境信息。操控器节点嵌入天然光操控板和人工照明操控板，以操控引进的天然光量和弥补的人工照明量；此外，操控器节点还有中止呼应功用，可以处理用户的操控指令。路由节点接纳该房间传感器节点收集的相关信息，并将其传输至和谐器节点，再将和谐器节点的操控指令传输至传感器节点和操控器节点。和谐器节点与基站PC机经过RS2232串口相衔接，用于一切网络节点的地址分配和办理，并可以监控各种信息的发送与接纳。
基站担任操控整个网络，既需求完结无线传感器网络节点信息的收集，又需求完结所收集信息的剖析处理及操控输出，以完结室内照明的含糊操控，并到达节能的意图。经过PC机软件用户界面，显现整个体系网络的拓扑结构图和各节点的作业状况及收集的实时数据信息；查询各个房间的前史及实时数据；具有长途设置功用，用户可经过长途监控中心设置某些房间的照明形式，如全开/全关等；一起还具有设备办理和用户办理等功用，软件可实时更新设备和无线传感网络节点信息，具有设备更新的自适应才能，并经过用户办理确保了体系运用的安全性。
2 Z igBee网络节点规划
ZigBee网络节点规划是硬件规划的中心，该体系节点选用模块化规划， 4种节点选用一起的中心模块，不同类型节点配以不同的扩展模块。
网络节点以Freescale公司的MC13192芯片和Philip公司的LPC2138芯片为中心构成了中心板。MC13192具有一个优化的数字中心，可以协助下降MCU处理功率，并缩短其履行周期。
除了接纳、发送和闲暇3 种作业状况外，芯片还有3种低功耗运转形式：掉电形式、睡觉形式、休眠形式。其作业频率是2. 405~2. 480 GHz,并在频带内区分16个信道，每个信道占用5 MHz的带宽，选用直接序列扩频的通讯技能，数据传输速率为250 kb / s.芯片选用可编程功率输出形式，发送功率为0~4 dBm,接纳灵敏度可以到达92 dBm,传输间隔为30~70 m.LPC2138芯片是支撑实时仿真和嵌入式盯梢的32 bit ARM 7微操控器。它带有512 KB嵌入的高速F lash存储器和32 KB片内静态RAM以及多个串行接口， 2个8通道10 bit A /D转换器， 1个D /A转换器和47个GP IO,以及多达9个边缘或电平触发的外部中止。
LPC2138有两种低功耗形式：闲暇形式和掉电形式。因为具有较小的封装和极低的功耗，使LPC2138可以抱负地与MC13192结合，作为依据ZigBee技能的无线传感器网络节点。LPC2138和MC13192经过SP I总线衔接。LPC2138经过4线SP I接口对MC13192 的内部寄存器进行读写操作，然后完结对MC13192 的操控以及数据通讯。由传感器输出的模拟信号经过8 通道10 bit A/D改换后输入到L PC2138中， LPC2138将传感器收集的信号经处理后从天线发射出去。
对传感器的操控信号可以从天线接纳进来，经过解调、解扩得到原始的数据， 再经过SPI传送到LPC2138 上， 经过LPC2138 判别处理后经过GPIO口传送到传感器上， 以完结对传感器的操控。
中心板与各种传感器相连构成传感器节点，与天然光操控板和人工照明操控板相连构成操控器节点，扩展串行通讯接口后构成和谐器节点与基站PC机完结通讯，扩展供电接口与电源模块相连。节点硬件结构如图2所示。
图2 Z igBee网络节点硬件结构图
依据节点类型、节点需求的发射功率和能耗，电源模块分为市电、太阳能与电池3种。和谐器节点发射功率大， 选用市电供电；操控器节点与操控板相连，以驱动相应电路进行天然光及人工照明操控，因而，操控器节点可以和操控板相同选用市电供电；室外传感器节点选用太阳能供电；其他节点选用电池供电 .
3 照明操控规划
照明操控规划需求防止眩光，尽可能使用天然光作为光源，以人工照明为弥补，满意室内人员的照明需求。为了防止眩光，保护视力，需求确认百叶窗的最大旋转视点。为了满意室内人员对照明的需求，需求确认百叶窗的抱负旋转视点。经过对两者进行比较，可以确认百叶窗旋转视点。当抱负旋转视点最大旋转视点，则把百叶窗旋转到抱负视点，人工照明封闭，反之，假如抱负旋转视点>最大旋转视点，则使百叶窗坚持在最大旋转视点，缺乏的照明经过人工照明进行弥补。其全体思路流程图如图3所示。
图3 照明操控流程图
3. 1 最大旋转视点子体系
最大旋转视点子体系的使命是得到防止眩光基础上百叶窗的最大旋转视点。该子体系选用含糊操控器完结， 输入为室外水平照度、窗户参数、太阳高度角和太阳方位角，输出为百叶窗的最大旋转视点。
3. 1. 1 输入量的获取
室外水平照度可由传感器取得，窗户参数由详细房间窗户相关信息确认，式（1）和式（2）别离用来核算太阳高度角和太阳方位角。
其间：α为太阳高度角； Az 为太阳方位角； φ为房间的地理纬度；δ为赤纬； ω为时角。以上单位均为度。
在核算太阳高度角和太阳方位角所需的三个值中，房间的地理纬度（φ）可由房间的详细方位确认，赤纬（δ）和时角（ω）则需别的核算得到。
赤纬（δ）表明太阳光线与地球赤道面的夹角，可经过式（3）核算得到。
其间： n为一年中某日的日期序数。
时角（ω）以当地真太阳时正午为0 °，下午为正，上午为负，每小时15°，如表1所示。
表1 时角
3.1.2 含糊操控规矩。
对该体系而言，拟定含糊操控规矩的主要依据是防止眩光，即当太阳方位接近于水平其直射，光照影响人们的视力时应封闭百叶窗；当只要漫射光时， 对百叶窗的最大旋转视点没有要求。
3. 2 抱负旋转视点子体系
百叶窗抱负旋转视点子体系的使命是得到在天然光供给的室内水平照度满意用户需求时百叶窗的抱负旋转视点。由很多实践丈量的经历数据可以树立天然光在室外的笔直照度、天然光在室内供给的水平照度，以及百叶窗旋转视点的百叶窗旋转视点对应模型表。依据天然光在室外的笔直照度和用户自定义设置的室内抱负水平照度值，经过查询照度- 百叶窗旋转视点对应模型表可以得到百叶窗的抱负旋转视点。
在这里不直接使用室内实践水平照度值， 而是将其用来查验并批改模型表，这样做既可防止闭环操控的发生，又可以在传感器暂时犯错的情况下坚持较好的操控。
4 结 语
本文介绍了一种依据ZigBee无线传感器网络和含糊操控的新式室内照明操控体系。该体系归纳考虑了室内的遮阳体系与照明体系之间的彼此联络， 整个体系最大极限地使用了天然光，经过对百叶窗旋转视点的操控，引进天然光作为光源，并以人工照明为弥补使室内照明满意用户的需求。该体系可以有用地下降照明体系能耗，为人们构建节能、舒适的寓居环境供给了一个有用计划。
