目前，國內(nèi)各大高校中，同學(xué)們的自覺節(jié)能意識(shí)薄弱，在教室光線足夠亮?xí)r也開燈，課上完離開教室后燈還亮著的現(xiàn)象普遍存在;而且，學(xué)校節(jié)能規(guī)劃極為欠缺，教室的燈光控制由專門的管理人員手工管理，教室極多，管理人員管理不過來，這樣就造成不必要的電能浪費(fèi)和經(jīng)濟(jì)損失。本文將嵌入式技術(shù)、新興的ZIGBEE 無線通信技術(shù)和傳感器技術(shù)相結(jié)合設(shè)計(jì)了教學(xué)樓節(jié)能控制系統(tǒng)，以便能為學(xué)校節(jié)能及國家節(jié)能做出微薄貢獻(xiàn)。

　　1 教室樓節(jié)能系統(tǒng)方案

　　教學(xué)樓智能節(jié)能系統(tǒng)按功能分由主控制器、ZigBee無線傳輸網(wǎng)絡(luò)、亮度檢測三部分組成。其中，主控制器負(fù)責(zé)接受來自ZIGBEE 網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)，并根據(jù)數(shù)據(jù)做出相應(yīng)的判斷和處理;ZIGBEE 無線傳輸網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)主控制器和亮度檢測部分的通信;亮度檢測部分負(fù)責(zé)室內(nèi)燈光的采集、分析和相應(yīng)處理。

　　系統(tǒng)主控制器采用ARM9 架構(gòu)的32 位嵌入式RISC 處理器。通過在亮度監(jiān)控儀和主控制器中嵌入ZigBee無線收發(fā)模塊，實(shí)現(xiàn)各網(wǎng)絡(luò)子節(jié)點(diǎn)和系統(tǒng)主控制器的數(shù)據(jù)傳送，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的無線通信。

　    2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　節(jié)能系統(tǒng)主控制器主要由基于S3C2440 的ARM9控制器和基于CC2430(＄4.0170)的無線收發(fā)傳輸模塊兩部分組成。其內(nèi)部存儲(chǔ)亮度標(biāo)準(zhǔn)信息、學(xué)校作息時(shí)間等學(xué)校節(jié)能參考信息，通過和外部發(fā)送來的各個(gè)教室亮度信息比較，下達(dá)指令給教室的亮度監(jiān)控儀，后者實(shí)現(xiàn)燈具的開關(guān)操作。亮度監(jiān)控儀主要是由CC2430芯片、采光電路及相關(guān)CC2430 外圍部件構(gòu)成。

      2.1 ARM9 硬件設(shè)計(jì)

　　ARM 是對(duì)一類微處理器的通稱，也可以認(rèn)為是一種技術(shù)的名字?；?/span>ARM 技術(shù)的微處理器應(yīng)用約占據(jù)了32 位RISC 微處理器75%以上的市場份額。開發(fā)基于ARM 的控制器有著廣泛的應(yīng)用前景。

　　控制器硬件設(shè)計(jì)采用功能強(qiáng)大S3C2440 芯片加上其他功能模塊。處理器采用SAMSUNG 生產(chǎn)的S3C2440.選取三星生產(chǎn)的K9F120 芯片構(gòu)成64MNAND FLASH.用兩片32M 的HY57V561620 構(gòu)成64M SDROM. LCD 由CPU 外加驅(qū)動(dòng)電路控制。

        3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　3.1 無線傳輸模塊軟件設(shè)計(jì)

　　無線ZIGBEE 支持星型，格型，簇型三種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)?？紤]到本模塊要應(yīng)用到教學(xué)樓節(jié)能中，此處選擇星型結(jié)構(gòu)。典型的星形網(wǎng)絡(luò)由一個(gè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器和若干網(wǎng)絡(luò)終端組成。其中，網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器控制整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的通信，負(fù)責(zé)建立和維護(hù)網(wǎng)絡(luò)通信。每個(gè)網(wǎng)絡(luò)終端提供240個(gè)節(jié)點(diǎn)供終端設(shè)備使用，終端設(shè)備之間不能直接通信，只能通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器配合完成設(shè)備之間的通信。

無線ZIGBEE 模塊的主要功能是實(shí)現(xiàn)串口和ZIGBEE 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的雙向數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，一方面將串口發(fā)來的數(shù)據(jù)，經(jīng)過ZIGBEE 協(xié)議轉(zhuǎn)換成能發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)。另一方面，將ZIGBEE 網(wǎng)絡(luò)中傳輸來的數(shù)據(jù)，經(jīng)過ZIGBEE 協(xié)轉(zhuǎn)換成能用串口傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，以便控制器查詢。

       4 系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用

　　該自動(dòng)節(jié)能系統(tǒng)在我校實(shí)驗(yàn)室已成功應(yīng)用。其中，在10m×12m 的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)只需放3 個(gè)亮度監(jiān)控儀，分別用于檢測控制實(shí)驗(yàn)室離窗子較近的一排燈，實(shí)驗(yàn)室中間一排燈，實(shí)驗(yàn)室離過道近的一排燈。三個(gè)亮度監(jiān)控儀的選擇和運(yùn)行由一個(gè)zigbee 協(xié)調(diào)器統(tǒng)一控制。

　　經(jīng)教學(xué)樓里的實(shí)際測試，亮度監(jiān)控儀和zigbee 協(xié)調(diào)器的傳輸距離要小于30 米，因此在同一樓層要根據(jù)樓宇的實(shí)際設(shè)計(jì)來確定zigbee 協(xié)調(diào)器的多少和位置，不可以按照理論的數(shù)值來確定傳輸模塊的距離。在功耗方面由于是定時(shí)檢測教室的亮度，為了降低功耗，zigbee 協(xié)調(diào)器和亮度監(jiān)控儀在大部分時(shí)間是控制在休眠模式以等待外來中斷的喚醒，這樣就大大增強(qiáng)了電池的使用壽命。本系統(tǒng)中的zigbee 協(xié)調(diào)器和亮度監(jiān)控儀均采用兩節(jié)1.5 伏干電池供電。經(jīng)實(shí)際檢測，無線模塊在實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行八個(gè)月來，模塊電源電壓均在2.7 伏以上，由此可見，基于CC2430 的無線模塊功耗極低。以此為據(jù)，理論上兩節(jié)1.5 伏干電池，可供單個(gè)無線模塊工作2 到3 年。因此這種價(jià)格低、功耗小、功能大的節(jié)能系統(tǒng)值得推廣。

　　5 結(jié)語

　　本文設(shè)計(jì)的基于S3C2440 芯片、CC2430 無線通信芯片和傳感器技術(shù)的教學(xué)樓智能節(jié)能控制系統(tǒng)，性能優(yōu)越，結(jié)構(gòu)清晰具有良好的擴(kuò)展性。學(xué)校教學(xué)樓中，可以在原來的設(shè)備布局基礎(chǔ)上少做作處理，便可利用該設(shè)備達(dá)到學(xué)校節(jié)能的效果。將嵌入式技術(shù)和ZigBee無線收發(fā)技術(shù)應(yīng)用到教學(xué)樓的節(jié)能中，成本低，便于推廣。學(xué)校教學(xué)樓及與節(jié)能相關(guān)的樓棟都可以利用此技術(shù)進(jìn)行節(jié)能。

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