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ZigBee智能灯控系统

什么是ZigBee技术

ZigBee是一种成熟的无线通信协议,在智能灯控领域有着悠久的应用历史。

ZigBee本身是一种带有自愈功能的Mesh网络,在ZigBee网络中设备分为三种类型:协调器、路由器、终端节点。

l 协调器:建立ZigBee网络,管理路由器和终端节点接入网络,同时具备数据路由中继的功能。

l 路由器:可以辅助协调器维持已存在的ZigBee网络的设备连接,同时也具备数据路由中继的功能。路由器的路由中继功能可以帮助协调器扩大信号覆盖距离和范围。

l 终端节点:终端节点接入ZigBee网络后不能直接通信,需要协调器或者路由器作为父节点转发其数据收发。但是终端节点可以在连接状态下关闭无线收发电路,降低功耗。

zigbee协议栈

ZigBee模组的应用层协议即ZCL协议把若干种不同应用以“簇”进行了细分类,每个“簇”即一种应用规范,在一个簇规范中细分了设备控制端的行为和受控端的行为,包括控制端发出什么指令,受控端执行什么操作,受控端返回什么状态。通常一个ZigBee设备会同时支持多个簇规范,并且ZigBee设备又具备协调器、路由器、终端节点三种不同的角色。ZigBee设备通过对不同簇规范的排列组合和三种角色的排列组合,实现各种各样不同的设备功能。

灯控系统和智能灯控系统

在典型的灯控系统中,按照传统的架构,该系统共有两种设备:控制端设备和受控端设备。控制端设备就是开关,受控端就是灯。传统的灯控系统中,开关通过通断灯泡的供电的方式实现对灯的控制。这种应用方式只能控制灯的亮灭,对于亮度和色彩的控制很难实现,特别是现今的灯都是采用半导体照明技术的LED灯更无法通过通断供电电路的方式调节亮度和颜色。

在流行半导体照明的LED灯时代,智能灯控技术也开始普及。这类灯具通常基于会集成一个MCU用于控制LED。该类灯具在使用时会接在一个连通的供电电路上,使其有持续的供电。而灯具的控制端通常以无线遥控的方式对灯具进行控制,当然也有一些采用有线控制的协议如DALI总线或电力载波,采用有线控制的智能灯控系统需要解决控制信号线路和供电线路的兼容问题增加了施工难度,而无线灯控则不存在施工问题,因此主流智能灯控多采用无线控制的方式。

为什么ZigBee适合智能灯控系统

由于ZigBee协议栈结构是Mesh结构的无线网络,在智能灯控系统中,受控端设备(灯泡)可以以路由器的角色实现,在智能灯控系统中通过增加灯泡数量来增加信号覆盖范围。特别是一些需要安装在信号死角盲区的灯具,可以通过路由器来解决盲区问题。

ZCL协议针对每个应用簇都有完整的闭环控制机制,针对智能灯控ZCL协议定义了三个不同的应用簇规范,分别对应通断控制,亮度(级数)控制和颜色控制。在灯泡端可根据需要,选择性的支持这三种簇的排列组合,就能实现亮灭灯、调光灯、彩色灯三种不同的灯具,它们可以采用同一个控制端来控制。


ZigBee智能灯控系统功能实现

ZigBee智能灯控系统中的控制端和受控端:

之前提到了灯控系统必须具备两样设备——控制端和受控端,其实任何一种控制系统都是由控制端和受控端构成。在基于ZigBee的智能灯控系统中,受控端通常有2类设备,分别是独立的灯泡和带继电器的开关(俗称单控开关)。控制端通常有2类设备:分别是无线开关(俗称单控开关或灯控遥控器)和带APP的网关。在后续的介绍中,这4类设备分别叫做:灯泡、开关、遥控器、网关。


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