摘 要：针对现有的照明控制系统大多采用有线网络、施工复杂、灵活性不够的问题，设计了一种基于 ZigBee和 LabVIEW 技术的智能照明监控系统。系统应用ZigBee技术，以CC2530芯片做为灯控终端和网络协调器，协调器通过Z-stack协议栈组建无线网络并允许灯控终端加入，同时协调器与上位机通过 RS232串口连接。利用 LabVIEW 软件编写上位机监控程序，程序中监控命令通过串口与协调器在灯控网络和上位机之间完成双向传递。利用少量设备为例进行了组网和监控实验，系 统 能够很好的完成对照明设备的开关控制和状态监测，实验结果证明了监控系统设计的可行性。
关键词：ZigBee;无线通信;LabVIEW;监控软件
1 引 言
随着网络化自动化技术的发展，智能照明已经成为了当代一个热门的话题[1]，与传统的照明 技 术 相 比，智 能 照明系统是节约能耗、提高物业管理水平、体现现代化生活方式与优化工作环境的有效手段。目前正在使用的智能照明系统多以有线电路为构架，以 单 片 机 或 PLC 为 控 制核心，用来输出和采集电路信息，使用组态软件建立监控界面实现监控功能。此类方法布线困难、施工难度大、成本较高、可扩展性较低，很难进行改造和优化。为此，设计了一种基于ZigBee平台的智能照明监控系统，以 CC2530芯片为监控终 端，组成无线通信网络。通 过 RS232总 线连接电脑，用 LabVIEW 开 发 监 控 平 台，通过串口发送指令完成对终端继电器的控制。本系统能够实现对物业照明灯光的远程集中监控，将无线通信技术和虚拟仪器技术结合，实现了照明监控系统可视化、智能化，同时节约了人力，降低了管理成本。
2 系统总体方案概述
整个照明监控系统由灯控终端、网络协调器、管 理 员监控终端和远程监控终端4部分组成，系统整体结构如图1所示。灯控终端安装在固定的电箱内，通过继电器的动作完成对灯光开关的控制。通信系统采用 ZigBee技术建立无线网络，网络协调器负责在设备启动过程成组成通信网络，并通过 RS232串口线与与上位机相连，在上位机建立监控界面实现管理员集中监控，监控软件可打包上传至Internet网络，通过网络实行远程监控[2]。
3 通信网络和信号传递
3.1 无线通信网络的建立
本照明监控 系 统，使 用 ZigBee技 术，ZigBee 是 基 于IEEE802.15.4标准的低功耗个域网协议。它 具 有 功 耗低、成本低、时 延 短、安 全 性 高、组 网 方 便、可 靠 性 高 等 特点[3]。系统选取 TI公司的CC2530芯片作为主控芯片，在Z-stack协议栈基础上，对源代码进行修改，完成通信及控制功能。Z-stack协议栈本身具有组网功能，根 据 工 程 实践需要，选择网状网络后补结构，如图2所示。
网状网络是一个混合型网络拓扑，具有很强的适应环境的能力。网状网络中有一个协调器，负责建立网络，网络中的任何2个终端之间均带有路由功能可直接通信，网络中节点有多种通信路径，保证了通信的可靠性，且该拓扑结构有助于减小消息延时。
3.2 监控信号的传输
系统采用地址监 控，在终端无线设备进行组网前，分别测出每个灯控终端节点的地址，系统运行过程中，监控终端通过固定地址，对需要的终端设备发送命令，命令信号通过网络协调器发 送并向下逐级传送，最 终到 达 指 定 地 址 的 节 点[4]，节 点 上 输 出 端 口 连 接 外 围 开关 电 路，当节点收到信号时端口产生输出，输 出 控 制 继电 器 动 作 完 成 电 路 的 开 关，实 现 对 照 明 系 统 的 精 确 控制。同时节点可以采集外围电路信号，形 成 反 馈，通 过原 路 径 返 回，此信号可以用于检测灯光点亮是否成功。具 体 流 程 如 图3所 示。
3.3 信号传输具体程序设计
ZigBee系统的组网通信是通过 Z-stack协 议 栈 实现，Z-stack是一个公开的半开源的网络协议，用 C语 言编 写，提 供 全 功 能 的 API函 数 集，只需要在应用层开发即 可 实 现 数 据 的 发 送、接 收，构 建 功 能 完 善、性 能 稳 定的 无 线 网 络，具有较好的灵 活 性[5]。系 统 在 程 序 应 用层 添 加 事 件 传 递 函 数 uartRxCB，uartRxCB通 过 主 函 数的 调 用 可 向 终 端 节 点 广 播，在 调 用 命 令 时 添 加 固 定 的地址就可将消息传递至特定的终端节点，
4、上位监控软件编程
4.1 监控终端的建立
采用 LabVIEW[6-8]建立监控界面，界面以图形化的 G语言进行编程，程序简单、维护方便、容易掌握。同时软件能够生成独立运行的 VI应用程序，可以将 VI应用程序上传至Internet网络，通过网络访问本地监控系统，访 问 设备的具有多样性，可以是电脑、手机等其他一切可以上网的设备。在网页中应用 RemotePanel通过浏览器打开远端 VI的前面板来实现远程控制[9]。在应用程序运行正常和驱动完整的情况下，使用 RS232串口连接网络协调器，用户通过监控界面观察并发送控制命令，达到监控灯光亮灭的目的。智能照明系统监控界面如图4所示。
4.2 软件结构编程
监控系统后台 编 程 采 用 并 联 结 构，主 要 分 为 2 个 部分，第1部分位控制命令发送部分，采用条件结构编程，当某个前台灯光控制开关打开时，条件为真，串口写入控件向此开关对应的地址发送控制命令，命令通过串口连线发送至网络协调器，进而向下传送，控制命令发送部分后台程序如图5所示。
第2部分为反馈检测部分，采用顺序结构编程，通过串口读入控件读取网络协调器返回的十六进制代码，对十六进制代码进行翻译和截取[10]，截取出反应灯光亮灭的0，1信号，从而检测出灯光点亮是否成功，反馈检测部 分后台程序如图6所示。此外程序中还带有延时、定时、错误处理等辅助功能，保证了整个程序稳定运行。
5 实验分析
由于实验设备数量有限，本次以4个终端节点为例进行通信和监控试验，所得实验结果如图7所示。
图中带 LCD显示屏的为网络协调器，采用电源供电，通过串口线与电脑主机连接。上方为4个终端节点，使用电池供电，通过无线信号与协调器完成无线组网。屏幕显示的为监控界面，程序处于正常运行状态，前台面板上灯控1区和4区开关处于接通状态，对应下方设备第1第4终端节点上信号灯点亮，此时在输出端口外接继电器即可完成控制电路通断的目的。将电路板上输出端口回接到检测端口，产生反馈信号，第1第4区检测灯同时被点亮。表1所示实验统计。
本文来源于：《国外电子测量技术》(月刊)创刊于1982年，全面介绍国外先进电子测量仪器与技术，到编译国外先进电子测量仪器与技术，再到一边介绍国内外电子测量仪器与技术的发展动态、一边介绍电子测量仪器与技术的原创作，三个与时俱进的阶段。
通过一段时间连续运行，整个系统稳定并能良好完成灯光开关控制，实验证明了整个方案可行性。此外如果有大量的灯光需要监控，只需要添加对应数量的终端节点，并在程序中添加相等数量的并联结构，提前设定好设备信信地址，就可以通过终端节点完成对大量灯光的监控。
6 结 论
基 于 ZigBee和 LabVIEW 技 术 设 计 了 智 能 照 明 监控 系 统。应 用 ZigBee无 线 通 信 技 术，避 免 了 布 线 多、施工 难、成 本 高、不 便 扩 展 等 突 出 问 题。通 过 RS232串 口连接监控软件和网络协调器，通 过 监 控 软 件 按 钮 发 送命 令，实现对照明系统的控制，同 时，整 个 系 统 在 成 型平 台 上 进 行 开 发，大 量 减 少 了 编 程 的 工 作 量。 此 系 统为物业智能照明监控提供了 解决方案，可 以 良 好 的 应用在物业照明系统的智能监 控当中，符 合 当 今 社 会 现代 化、数 字 化、智能化发展趋势的要求。——论文作者：张世一 黄 华 刘永平
参 考 文 献
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