LED 具有使用壽命長、光效高以及低功耗的特質，使得它在和傳統照明燈具相比的時候優勢明顯。與此同時，近年來電力資源持續缺乏，國家一直在提倡節能環保、營造“綠色低碳”生活，LED 必將會取代傳統照明產品。
LED 的半導體器件的特性，使其在智能照明控制方面有絕對的優勢，可以完美實現對照明燈具的調光調色、靈活設置、分組管理、狀態查詢和故障報警等功能，可以更加人性化的滿足使用者的要求，實現最大限度的節能，有效地降低照明工程的維護成本。LED 照明走向智慧化已經成為一個發展趨勢。
“十二五”規劃，國家確定了七大戰略性新興產業，而節能環保是其不變的主題。鴻雁電器積極響應國家發展政策，朝著智能、節能、綠色環保方向發展。基于鴻雁電器本身強大的產業鏈和產品矩陣，LED 產品依靠引進的主流設備及技術，跨界融合光電與信息產業科技，將智能化控制系統與LED 照明產品進行創造性地融合，為用戶提供更低耗、更高效、更節能、更環保的LED 智慧照明系統解決方案。
1 現狀分析
目前，普通家庭照明采用的基本是采用電工開關+傳統燈具的模式，這種模式已延續幾十年，并且已經成為人們的使用習慣，很難被改變，這種傳統方式相對簡單、有效、直觀。但是，整個系統相對分散，無法實現有效的管理，其適時性和自動化程度太低，已經無法滿足人們對照明的高效控制和功能多樣化的需求。
20 世紀90 年代初，隨著計算機技術和網絡技術的飛速發展，辦公自動化、樓宇自動化、家庭自動化的出現，人們對照明控制提出了更高的要求，從而產生了智能照明控制方式。所謂智能照明控制，就是根據某一區域的功能、每天不同的時間、室內外亮度或該區域的用途來自動控制照明設備，并能夠實現集中統一管理與監控的功能，并結合現代照明技術和照明藝術，科學地管理照明設備，讓人們在一個不僅照明技術參數指標方面達到標準的要求，而且舒適、明亮并富有藝術魅力的照明環境里工作和生活。
從智能照明控制系統的組成方式看，主要有總線型、電力線載波型、無線網絡型等。市場上主流的系統主要有：KNX/EIB、ABB i-bus 系統、邦奇Dynet 系統、Philips 的DALI 總線、日本松下的HBS 總線、奇勝C-Bus 系統、Control4 以及X-10 的電力線載波系統等。上述系統的布線方式和傳統電工布線規范都是不同的，而且這些系統價格高昂、設計復雜、維護成本高，不是一般用戶能夠承受的。
因此，結合LED 照明的發展趨勢和智能照明控制的現狀，運用目前主流的ZigBee無線模塊組網技術，研制開發的LED 智慧照明控制系統將大大滿足人們對照明智能化、節能化以及人性化的需求。
2 系統架構
基于ZigBee無線模塊 的LED 智慧照明控制系統架構如圖1 所示。
圖1 系統架構圖
整個系統由兩個網絡組成：WiFi無線局域網和ZigBee數傳無線個域網。
WiFi 局域網的作用是實現LED 智慧照明控制系統與智能終端（如智能手機、智能Pad 等）的互聯互通，通過智能終端可以方便控制和管理系統；ZigBee 數傳個域網的作用是實現所有驅動模塊與控制設備、系統網關之間的互聯互通，是LED 智慧照明系統的基礎控制網絡。
系統產品遵循統一的交互協議，可實現不同控制器控制一個驅動模塊，一個控制控制多個驅動模塊，以及各種情景模式的設置與控制，結合照度自適應功能，可適應多種領域，如辦公、家庭等，達到智能、節能的效果。
3 ZigBee技術的優勢
(1) 低成本：數據傳輸速率低，協議簡單，所以大大降低了成本，且無需繳納專利費；
(2) 超低功耗：在低耗電待機模式下，兩節普通5 號干電池可使用6 個月到2 年；
(3) 穩定性高： 網狀網絡提供高冗余通信路徑，CSMA/CD 技術和確認機制確保了網絡通信的穩定性；
(4) 組網簡單：自組網和自動路由功能使得網絡的構建和維護變得十分容易；
(5) 高安全性：提供了數據完整性檢查和鑒權功能，采用通用的AES-128 位加密算法；
(6) 兼容性：開放的標準使不同供應商的產品可以很容易實現互聯互通；國際通用的免費頻段使產品準入更為簡單；(
7) 響應速度快：針對時延敏感的應用做了優化，通信時延和從休眠狀態激活的時延都非常短；
(8) 網絡容量大：可支持管理多達65535 個節點。
4 系統特點
4.1 低成本、易安裝
傳統的智能照明控制解決方案需要預先布置大量的通信線纜，既影響美觀又增加了施工的難度，特別是對已完成裝修的家庭來說，重新布線需要破壞原有的裝修環境，在很大程度上也增加了部署的成本。
本系統采用領先的ZigBee無線模塊通訊技術和創新的安裝方式，如圖2 所示，無需在設備間額外安裝通訊電纜，無需更換傳統的開關，只需安裝在燈具上，就可實現對燈光、窗簾等電器的ZigBee數據采集和智能控制，任何一個非專業的電工都能安裝。
圖2 不同布線方式的安裝方式
4.2 自組網，免調試
本系統采用了ZigBee數傳模塊網狀網絡結構，使無線信號可以在設備之間自動路由，從而使得通信網絡不受點與點之間的距離局限而覆蓋整個屋子。系統構建無需調試，系統上電自動組網，任何新加入的設備都能夠自動加入網絡，無需額外配置。
4.3 高可靠，易維護
本系統各個節點設備均配置獨立的CPU 和存儲器，配置信息均保存在節點設備上，即系統中任何一個設備出現故障，只是與該模塊相關的功能失效，而不影響網絡其他設備的正常運行，既有利于快速故障定位，又提高了照明控制系統的容錯水平。
4.4 隨時隨地的多種控制方式
本系統多種集中控制方式，包括機械開關、觸摸液晶屏、遙控器、智能手機、智能Pad 等，用戶可以根據家居的環境和應用的場合自由選擇控制的方式。通過安裝LED 調光模塊，傳統的機械開關就能實現LED 燈具亮度調節。iPhone、iPad 以及Android 手機只需下載安裝控制軟件，通過簡單設置即可實現對LED 照明系統的控制和管理。
5 系統硬件設計
5.1 節點結構
ZigBee/WiFi 網關采用透明傳輸的方式，由客戶機發送控制指令，從節點設備接收指令，并執行相應的動作以及反饋執行后的狀態，降低了以往智能系統主機高度集成帶來的可靠性風險。ZigBee/WiFi 網關配有WiFi 模塊和ZigBee數傳模塊，WiFI 模塊可通過無線路由器與智能終端設備連接，ZigBee 模塊實現控制模塊之間的無線組網。
ZigBee/WiFi 網關的硬件結構如圖3 所示。
圖3 ZigBee/WiFi 網關硬件結構
從節點選用采用意法半導體推出的高性能雙串口8位單片機STM8S105k，存儲器有EEPROM 芯片AT24C02組成。每個從節點配有ZigBee 無線通信模塊與網關連接，實現命令控制和數據的傳輸。從節點硬件結構如圖4 所示。
圖4 從節點硬件結構
5.2 電源模塊LNK304 是PI 公司推出的一款高效離線式開關電源芯片。
LNK304 在一個IC 上面集成了一個700V 的功率MOSFET、振蕩器、簡單的開/ 關控制電路、高壓開關電流源、頻率調制、逐周期的電流限制及過溫保護。器件在啟動及工作期間的功率消耗直接由漏極引腳的電壓來提供，因此，在BUCK 及反激式控制器中可節省偏置供電的相關電路。
LNK304 用來替代輸出電流小于360mA 的所有線性及電容降壓式非隔離電源。其系統成本與所替代的電源相等，但性能更好、效率更高。電源模塊電路原理如圖5 所示。
圖5 電源模塊電路原理
6 系統軟件設計
6.1 系統網絡架構本系統網絡架構采用C/S 模式，在智能終端上安裝客戶端應用軟件，驅動設備作為服務器，客戶端實時訪問、控制和設置服務器。系統網關作為TCP/IP 與ZigBee網絡層協議的轉換，應用層協議不進行任何處理，直接透傳。系統網絡架構如圖6 所示。
圖6 系統網絡架構
軟件通信流程如圖7 所示。系統軟件作為客戶機，驅動模塊作為服務器，客戶機按照通信協議發送具體的控制和設置指令，由驅動模塊直接接收和處理相應的指令，并且將ZigBee數據采集信息反饋信息到客戶機。
圖7 系統軟件通信流程
6.2 ZigBee 網絡協議
ZigBee 協議棧是在IEEE 802.15.4 標準基礎上建立的，定義了協議的MAC 和PHY 層。
ZigBee數傳設備應該包括IEEE 802.15.4（該標準定義了RF 射頻以及與相鄰設備之間的通信）的PHY 和MAC 層，以及ZigBee 堆棧層：網絡層（NWK）、應用層和安全服務提供層。
6.3 系統管理界面系統管理完成的主要任務有：設備管理，包括添加和刪除設備；房間管理，包括添加和刪除房間，以及房間內的設備和常用場景；主界面設置，包括主界面常用場景設置、個性化設置等；設備同步，可實現不同終端設備之間配置信息的同步；主機設置，可對系統網關IP地址進行設置等。系統管理界面如圖8 所示。
圖8 系統管理界面
6.4 系統控制界面
系統控制實現的主要功能是：房間選擇，可以選擇各個房間，查看和控制房間內的設備；單獨控制，針對房間內的設備可以進行單獨控制，實現開關、調光、調色溫、調色彩、窗簾開關等功能；場景控制，根據用戶的預設，在房間內可以實現一鍵式場景控制；個性化圖片顯示，通過系統設置可以在房間內顯示不同房間的圖片。系統控制界面如圖9 所示。
圖9 系統控制界面
7 結語
本文使用用ZigBee 無線模塊構建了LED智慧照明系統。它利用ZigBee數傳模塊進行ZigBee數據采集傳輸，可以充分發揮LED 數字化照明的優勢，對推動LED 進入家居市場有著很重要的作用。目前正是發展LED 智慧照明系統的最佳時機，它將是LED改革浪潮的下一波新的增長點，對于促進LED 照明的發展、推對國民經濟的增長有著重要的意義。