zigbee的智能灯光开关的设计与实现
目录
一、引言 1
（一）智能灯光开关控制发展背景 1
（二）智能灯光开关的国内发展现状 1
（三）本文的主要研究内容 2
二、硬件系统的设计 2
（一）方案选择及元器件介绍 2
（二）智能灯光开关系统硬件框图设计 11
（三）STC89C51单片机最小系统 12
（四）CC2530型Zigbee模块与单片机电路设计 13
（五）LCD1602显示器外围电路设计 14
（六）DS1302芯片及外围电路设计 15
（七）继电器及其驱动电路设计 15
（八）按键电路设计 16
三、软件系统的设计 16
（一）软件系统流程图设计 16
（二）CC2530模块蓝牙软件流程设计 17
（三）LCD1602屏幕显示流程设计 20
（四）DS1302工作流程图设计 21
（五）继电器工作流程图设计 22
四、 安装与调试 23
（一）PCB设计 23
（二）元件的焊接 24
（三）程序的下载 24
总结 24
致谢 25
参考文献 27
附录 28
一、引言
（一）智能灯光开关控制发展背景
智能灯光开关控制系统是在单片机控制技术以及传感器技术成熟后出现的，这种系统内部往往集成了微处理器、光线强度传感器、RTC时钟模块、显示器以及光照调节器等核心部分。在过去智能灯光开关控制系统还没有出现时，一些公共场合如教师、走廊以及停车场等，电能浪费非常严重。这些公共场所人群济济时通常灯火通明，照明条件良好，而当人群散光之时，灯光照样十分明亮，造成的电能浪费几乎不可控制，除非专门安排工作人员定时开灯关灯，然而像大学自习教室这种场所，由于来自习的时间通常是不固定的，这样工作人员就不能及时对教室里的灯光进行管理，这种现象几乎持续了很长时间。随着半导体技术的迅速发展，许多具有特殊物理性能的半导体被发明出来，其中电阻特性随光照强度变化的光敏电阻就是这么一种具有重要意义的材料，这种材料的阻值
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
通明，照明条件良好，而当人群散光之时，灯光照样十分明亮，造成的电能浪费几乎不可控制，除非专门安排工作人员定时开灯关灯，然而像大学自习教室这种场所，由于来自习的时间通常是不固定的，这样工作人员就不能及时对教室里的灯光进行管理，这种现象几乎持续了很长时间。随着半导体技术的迅速发展，许多具有特殊物理性能的半导体被发明出来，其中电阻特性随光照强度变化的光敏电阻就是这么一种具有重要意义的材料，这种材料的阻值大小随着光照强度的增加而减小，光敏电阻被发明之后，设计人员就通过它作为核心元件设计出了光敏传感器，该传感器内部集成了由光敏电阻组成的感光电桥、比较器以及其他电路部分，当环境中的光照强度比较强时，光敏传感器输出高电平；而环境中的光照强度比较弱时，光敏传感器输出低电平。利用光敏传感器的这一功能，设计人员将光敏传感器与数字逻辑器件相结合，设计出了最初的灯光控制系统，在该系统下，当室外光照充足时教室内的灯光将自动被关闭，而当室外光照较弱时，灯光能自动打开，然而这种控制系统依然不能实现教室没人时灯光自动关闭的功能。随着半导体技术的不断发展，能够检测人体红外信号的半导体也被发明出来，这种半导体能够有效的吸收人体释放的红外波段，而非人体释放的红外线将对其不产生作用，当人体红外信号较强时，该半导体的阻值也将降低，目前市面上较为流行的热释电红外传感器就是以这种半导体作为核心元件而设计出来的，该传感器检测到周围有人时立即输出高电平脉冲信号，这样将该传感器植入到灯光控制系统中，就能够有效的实现教室内无人灯光自动关闭的效果，从而达到节能减排的重要意义。
（二）智能灯光开关的国内发展现状
目前智能灯光开关控制系统在国内外都有着广泛的研究，研究内容主要分为两个方面，一是对灯的材料进行研究，设计出功耗更低，光线质量更优质的LED灯；二是对灯开关的控制系统进行研究，目前所取得的现状是：灯光控制系统能够自动采集声音、人体以及室外光照强度等信号而实现灯光的自动控制，随着网络技术以及无线通信技术的发展，智能灯光控制系统已经不能满足于现在所取得的研究现状，网络化以及无线操控化将是它的最新发展方向，在控制系统中植入Zigbee模块、以太网、GSM等通信模块，将灯光的使用情况通过网络或者短信发送给管理者，实现灯光开关控制系统的更方便管理。
（三）本文的主要研究内容
本文以智能灯光开关控制系统为课题，选择台湾宏晶公司研发的STC89C51单片机作为主控核心，并结合美国德州仪器公司（TI）推出的CC2530型Zigbee模块，设计了一款能够根据通过Zigbee通信进行灯光开关启闭的控制系统，并能通过时间设置，自动对灯光进行开启和关闭，实现了节能减排的效果。
本系统为了实现灯光开关近距离的无线操控，所以选用了CC2530型Zigbee模块作为数据的收发机制。Zigbee目前作为电脑、手机以及各种PDA之间通信的最常用收发器，已经赢得了当前无线通信器件市场的大片份额，Zigbee是作为一种无线通信技术标准，使用2.4GHz的ISM频段作为通信频段。
Zigbee的无线通信采用的是2.4GHz的ISM频段，在2.402GHz至2.480GHz频率范围内共分成79个频道，每个频道的带宽为1MHz，从而使得Zigbee通信能够在这79个频道内实现跳频。目前在发射功率上可以将Zigbee分成三个级别，第一级别的Zigbee发射功率可以达到100mW，也就是20dBm，这种较大的发射功率能够使得信号传送到很远的距离，在空旷的地带上能够达到100米的有效通信距离；第二级别的Zigbee发射功率可以达到2.5mW，即4dBm，在空旷的地带上能够达到10米的有效通信距离；第三级别的Zigbee发射功率可以达到1mW,即0dBm，这种小功率的Zigbee器件一般用于室内等近距离设备中，它的通信距离能够达到1米。
Zigbee的通信标准使用了跳频技术，由于Zigbee在发送文件时，Zigbee控制器将所发文件数据分割到79个频道上进行连续发送，Zi
一、引言 1
（一）智能灯光开关控制发展背景 1
（二）智能灯光开关的国内发展现状 1
（三）本文的主要研究内容 2
二、硬件系统的设计 2
（一）方案选择及元器件介绍 2
（二）智能灯光开关系统硬件框图设计 11
（三）STC89C51单片机最小系统 12
（四）CC2530型Zigbee模块与单片机电路设计 13
（五）LCD1602显示器外围电路设计 14
（六）DS1302芯片及外围电路设计 15
（七）继电器及其驱动电路设计 15
（八）按键电路设计 16
三、软件系统的设计 16
（一）软件系统流程图设计 16
（二）CC2530模块蓝牙软件流程设计 17
（三）LCD1602屏幕显示流程设计 20
（四）DS1302工作流程图设计 21
（五）继电器工作流程图设计 22
四、 安装与调试 23
（一）PCB设计 23
（二）元件的焊接 24
（三）程序的下载 24
总结 24
致谢 25
参考文献 27
附录 28
一、引言
（一）智能灯光开关控制发展背景
智能灯光开关控制系统是在单片机控制技术以及传感器技术成熟后出现的，这种系统内部往往集成了微处理器、光线强度传感器、RTC时钟模块、显示器以及光照调节器等核心部分。在过去智能灯光开关控制系统还没有出现时，一些公共场合如教师、走廊以及停车场等，电能浪费非常严重。这些公共场所人群济济时通常灯火通明，照明条件良好，而当人群散光之时，灯光照样十分明亮，造成的电能浪费几乎不可控制，除非专门安排工作人员定时开灯关灯，然而像大学自习教室这种场所，由于来自习的时间通常是不固定的，这样工作人员就不能及时对教室里的灯光进行管理，这种现象几乎持续了很长时间。随着半导体技术的迅速发展，许多具有特殊物理性能的半导体被发明出来，其中电阻特性随光照强度变化的光敏电阻就是这么一种具有重要意义的材料，这种材料的阻值
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
通明，照明条件良好，而当人群散光之时，灯光照样十分明亮，造成的电能浪费几乎不可控制，除非专门安排工作人员定时开灯关灯，然而像大学自习教室这种场所，由于来自习的时间通常是不固定的，这样工作人员就不能及时对教室里的灯光进行管理，这种现象几乎持续了很长时间。随着半导体技术的迅速发展，许多具有特殊物理性能的半导体被发明出来，其中电阻特性随光照强度变化的光敏电阻就是这么一种具有重要意义的材料，这种材料的阻值大小随着光照强度的增加而减小，光敏电阻被发明之后，设计人员就通过它作为核心元件设计出了光敏传感器，该传感器内部集成了由光敏电阻组成的感光电桥、比较器以及其他电路部分，当环境中的光照强度比较强时，光敏传感器输出高电平；而环境中的光照强度比较弱时，光敏传感器输出低电平。利用光敏传感器的这一功能，设计人员将光敏传感器与数字逻辑器件相结合，设计出了最初的灯光控制系统，在该系统下，当室外光照充足时教室内的灯光将自动被关闭，而当室外光照较弱时，灯光能自动打开，然而这种控制系统依然不能实现教室没人时灯光自动关闭的功能。随着半导体技术的不断发展，能够检测人体红外信号的半导体也被发明出来，这种半导体能够有效的吸收人体释放的红外波段，而非人体释放的红外线将对其不产生作用，当人体红外信号较强时，该半导体的阻值也将降低，目前市面上较为流行的热释电红外传感器就是以这种半导体作为核心元件而设计出来的，该传感器检测到周围有人时立即输出高电平脉冲信号，这样将该传感器植入到灯光控制系统中，就能够有效的实现教室内无人灯光自动关闭的效果，从而达到节能减排的重要意义。
（二）智能灯光开关的国内发展现状
目前智能灯光开关控制系统在国内外都有着广泛的研究，研究内容主要分为两个方面，一是对灯的材料进行研究，设计出功耗更低，光线质量更优质的LED灯；二是对灯开关的控制系统进行研究，目前所取得的现状是：灯光控制系统能够自动采集声音、人体以及室外光照强度等信号而实现灯光的自动控制，随着网络技术以及无线通信技术的发展，智能灯光控制系统已经不能满足于现在所取得的研究现状，网络化以及无线操控化将是它的最新发展方向，在控制系统中植入Zigbee模块、以太网、GSM等通信模块，将灯光的使用情况通过网络或者短信发送给管理者，实现灯光开关控制系统的更方便管理。
（三）本文的主要研究内容
本文以智能灯光开关控制系统为课题，选择台湾宏晶公司研发的STC89C51单片机作为主控核心，并结合美国德州仪器公司（TI）推出的CC2530型Zigbee模块，设计了一款能够根据通过Zigbee通信进行灯光开关启闭的控制系统，并能通过时间设置，自动对灯光进行开启和关闭，实现了节能减排的效果。
本系统为了实现灯光开关近距离的无线操控，所以选用了CC2530型Zigbee模块作为数据的收发机制。Zigbee目前作为电脑、手机以及各种PDA之间通信的最常用收发器，已经赢得了当前无线通信器件市场的大片份额，Zigbee是作为一种无线通信技术标准，使用2.4GHz的ISM频段作为通信频段。
Zigbee的无线通信采用的是2.4GHz的ISM频段，在2.402GHz至2.480GHz频率范围内共分成79个频道，每个频道的带宽为1MHz，从而使得Zigbee通信能够在这79个频道内实现跳频。目前在发射功率上可以将Zigbee分成三个级别，第一级别的Zigbee发射功率可以达到100mW，也就是20dBm，这种较大的发射功率能够使得信号传送到很远的距离，在空旷的地带上能够达到100米的有效通信距离；第二级别的Zigbee发射功率可以达到2.5mW，即4dBm，在空旷的地带上能够达到10米的有效通信距离；第三级别的Zigbee发射功率可以达到1mW,即0dBm，这种小功率的Zigbee器件一般用于室内等近距离设备中，它的通信距离能够达到1米。
Zigbee的通信标准使用了跳频技术，由于Zigbee在发送文件时，Zigbee控制器将所发文件数据分割到79个频道上进行连续发送，Zi
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