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無線射頻(RF)控製不須要運作有線網絡,透過小型可攜式控製器,就能控製遠程照明裝置,與照明係統達到良好的搭配效果。針對某些應用而言,ZigBee能夠滿足現今大多數照明係統的需要,並且具有絕佳功能,可因應未來需求。
無線射頻(RF)控(kong)製(zhi)與(yu)照(zhao)明(ming)能(neng)夠(gou)達(da)到(dao)絕(jue)佳(jia)的(de)搭(da)配(pei)效(xiao)果(guo)。不(bu)須(xu)要(yao)運(yun)作(zuo)有(you)線(xian)網(wang)絡(luo),透(tou)過(guo)小(xiao)型(xing)可(ke)攜(xie)式(shi)控(kong)製(zhi)器(qi),就(jiu)能(neng)控(kong)製(zhi)遠(yuan)程(cheng)裝(zhuang)置(zhi),相(xiang)當(dang)具(ju)有(you)吸(xi)引(yin)力(li)。經(jing)過(guo)概(gai)略(lve)調(tiao)查(zha)照(zhao)明(ming)產(chan)業(ye)的(de)整(zheng)體(ti)需(xu)求(qiu),即(ji)可(ke)了(le)解(jie)適(shi)合(he)采(cai)用(yong)ZigBee網絡提供的網狀網絡功能。針對某些應用而言,ZigBee能夠滿足現今大多數照明係統目前的需要,並且具有絕佳功能可因應未來需求。采用ZigBee家jia庭ting自zi動dong化hua及ji商shang業ye大da樓lou自zi動dong化hua設she定ding檔dang更geng加jia簡jian化hua實shi際ji操cao作zuo,包bao括kuo照zhao明ming控kong製zhi的de標biao準zhun化hua指zhi令ling,使shi用yong這zhe些xie設she定ding文wen件jian的de產chan品pin隻zhi需xu要yao最zui低di程cheng度du的de軟ruan件jian開kai發fa即ji可ke開kai發fa完wan成cheng。
對於其它類型的照明係統,雖然ZigBee堪用,但不一定是理想的選擇。本文將探討三種典型的照明應用及其需求,解說ZigBee適合某種應用而其它替代解決方案適合其它應用的原因。
具備射頻路徑變化能力 ZigBee可修複網絡信號傳輸
大da多duo數shu人ren都dou在zai大da型xing建jian築zhu中zhong工gong作zuo,其qi中zhong有you多duo排pai同tong款kuan式shi照zhao明ming燈deng並bing列lie並bing少shao有you牆qiang壁bi隔ge間jian,這zhe些xie照zhao明ming燈deng能neng夠gou照zhao亮liang大da範fan圍wei的de開kai放fang式shi空kong間jian。照zhao明ming係xi統tong大da部bu分fen都dou會hui在zai工gong作zuo時shi段duan內nei持chi續xu點dian亮liang10~12小時,到了夜間,少部分照明燈會持續點亮,以維護建築物及內部設施的安全。
圖1顯示控製大範圍照明區域的一般ZigBee網絡。在zai這zhe個ge網wang絡luo中zhong,有you三san種zhong不bu同tong的de裝zhuang置zhi類lei型xing。這zhe個ge網wang絡luo是shi由you協xie調tiao裝zhuang置zhi所suo建jian立li,並bing控kong製zhi網wang絡luo中zhong的de裝zhuang置zhi如ru何he相xiang互hu影ying響xiang。由you於yu協xie調tiao裝zhuang置zhi能neng夠gou最zui終zhong控kong製zhi整zheng個ge網wang絡luo,因yin此ci隻zhi會hui有you一yi組zu協xie調tiao裝zhuang置zhi。另ling外wai,一yi旦dan建jian立li網wang絡luo,協xie調tiao裝zhuang置zhi的de作zuo業ye即ji告gao完wan成cheng,並bing且qie從cong係xi統tong中zhong消xiao失shi,而er回hui複fu為wei路lu由you器qi的de功gong能neng。路lu由you器qi單dan純chun隻zhi在zai網wang絡luo內nei傳chuan遞di信xin息xi,負fu責ze傳chuan遞di路lu由you器qi下xia層ceng裝zhuang置zhi之zhi間jian的de信xin息xi,而er這zhe些xie下xia層ceng裝zhuang置zhi都dou是shi加jia入ru網wang絡luo中zhong的de其qi它ta路lu由you或huo終zhong端duan裝zhuang置zhi。不bu屬shu於yu路lu由you器qi下xia層ceng裝zhuang置zhi的de信xin息xi則ze會hui在zai網wang絡luo中zhong接jie續xu傳chuan播bo至zhi預yu定ding的de接jie收shou裝zhuang置zhi。為wei了le讓rang裝zhuang置zhi正zheng常chang運yun作zuo,路lu由you裝zhuang置zhi必bi須xu在zai另ling一yi個ge路lu由you裝zhuang置zhi的de射she頻pin範fan圍wei內nei,並bing且qie持chi續xu監jian聽ting網wang絡luo內nei傳chuan遞di的de新xin信xin息xi。
圖1廣域照明網絡中的網狀網絡
終端裝置是可關閉電源以節省耗電量的ZigBee節點。終端裝置一般使用的長效電池供電裝置,這些裝置並不一定處於信息監看的接收模式,因此無法在ZigBee網(wang)絡(luo)中(zhong)作(zuo)為(wei)路(lu)由(you)器(qi)之(zhi)用(yong),而(er)會(hui)成(cheng)為(wei)路(lu)由(you)器(qi)的(de)下(xia)層(ceng)裝(zhuang)置(zhi),依(yi)賴(lai)路(lu)由(you)器(qi)傳(chuan)遞(di)及(ji)接(jie)收(shou)信(xin)息(xi)。在(zai)照(zhao)明(ming)係(xi)統(tong)中(zhong),一(yi)般(ban)終(zhong)端(duan)裝(zhuang)置(zhi)可(ke)以(yi)是(shi)照(zhao)明(ming)亮(liang)度(du)或(huo)狀(zhuang)態(tai)偵(zhen)測(ce)感(gan)應(ying)器(qi),也(ye)可(ke)以(yi)是(shi)傳(chuan)統(tong)的(de)電(dian)燈(deng)開(kai)關(guan)。請(qing)注(zhu)意(yi)圖(tu)1中zhong的de桌zhuo燈deng。即ji使shi這zhe些xie裝zhuang置zhi是shi電dian燈deng控kong製zhi器qi,也ye可ke以yi是shi終zhong端duan裝zhuang置zhi。這zhe些xie裝zhuang置zhi可ke成cheng為wei路lu由you器qi下xia層ceng裝zhuang置zhi,同tong時shi仍reng然ran能neng夠gou接jie收shou上shang層ceng裝zhuang置zhi的de照zhao明ming指zhi令ling。
以圖1中的網絡為例,裝置A是電燈開關,一旦將開關打開,信息便會傳送至終端裝置B,狀態偵測感應器隨即確認已發出“電燈打開”命令,此命令信息會接續傳遞至網絡中所有的節點。
圖2顯示信息如何在網絡中接續傳播而在第六次傳輸(也稱為躍進)時由終端裝置B接收。當然,此指令的主要目的是透過此信息開啟位於各個路由器的電燈。

圖2網狀網絡的信息傳播
網狀網絡並非隻有信息傳播這一項功能而已。假設使用增加既有的照明網絡或改變室內空間而阻礙節點之間的聯機。
圖3顯示加入大型暖氣、通風、空氣調節(HVAC)導管的照明係統。假設導管阻礙與導管相交節點間的射頻通訊,圖3顯示其信號傳播方式,即使路徑縮減一半,兩側仍然能夠在整個網絡內傳遞信息,永久或暫時因應網絡射頻路徑變化的能力,是ZigBee網絡獨有的修複功能。

圖3繞過阻礙的信息傳播
采星型網絡拓撲 緊急照明達節能效果
會(hui)議(yi)室(shi)或(huo)講(jiang)習(xi)室(shi)屬(shu)於(yu)照(zhao)明(ming)考(kao)慮(lv)的(de)另(ling)一(yi)個(ge)不(bu)同(tong)層(ceng)麵(mian)。這(zhe)些(xie)照(zhao)明(ming)係(xi)統(tong)不(bu)需(xu)要(yao)在(zai)大(da)範(fan)圍(wei)照(zhao)明(ming)區(qu)域(yu)內(nei)傳(chuan)播(bo)信(xin)息(xi),因(yin)此(ci)實(shi)際(ji)的(de)作(zuo)法(fa)有(you)所(suo)不(bu)同(tong),隻(zhi)須(xu)要(yao)控(kong)製(zhi)該(gai)室(shi)內(nei)空(kong)間(jian)的(de)照(zhao)明(ming)即(ji)可(ke),不(bu)僅(jin)不(bu)須(xu)要(yao)控(kong)製(zhi)該(gai)室(shi)內(nei)空(kong)間(jian)以(yi)外(wai)的(de)照(zhao)明(ming),而(er)且(qie)會(hui)成(cheng)為(wei)外(wai)部(bu)控(kong)製(zhi)器(qi)的(de)射(she)頻(pin)幹(gan)擾(rao)源(yuan)。
圖4顯xian示shi會hui議yi室shi的de照zhao明ming係xi統tong,其qi中zhong有you多duo個ge天tian花hua板ban照zhao明ming燈deng持chi續xu點dian亮liang。另ling外wai,這zhe個ge房fang間jian的de出chu口kou處chu設she有you緊jin急ji照zhao明ming係xi統tong,這zhe些xie照zhao明ming燈deng也ye是shi持chi續xu點dian亮liang,如ru果guo發fa生sheng緊jin急ji狀zhuang況kuang,在zai電dian力li中zhong斷duan的de情qing況kuang下xia,係xi統tong會hui以yi低di電dian量liang盡jin可ke能neng維wei持chi緊jin急ji照zhao明ming,而er且qie電dian源yuan開kai關guan是shi可ke攜xie式shi,耗hao電dian量liang相xiang當dang低di,一yi般ban會hui在zai1小(xiao)時(shi)內(nei)與(yu)係(xi)統(tong)互(hu)動(dong)一(yi)兩(liang)次(ci)。其(qi)中(zhong)所(suo)有(you)裝(zhuang)置(zhi)均(jun)在(zai)相(xiang)互(hu)影(ying)響(xiang)的(de)範(fan)圍(wei)內(nei),因(yin)此(ci)隻(zhi)需(xu)要(yao)一(yi)個(ge)裝(zhuang)置(zhi)主(zhu)動(dong)接(jie)收(shou),其(qi)裝(zhuang)置(zhi)可(ke)輪(lun)詢(xun)或(huo)進(jin)入(ru)睡(shui)眠(mian)狀(zhuang)態(tai)。透(tou)過(guo)所(suo)有(you)裝(zhuang)置(zhi)透(tou)過(guo)作(zuo)用(yong)中(zhong)節(jie)點(dian)進(jin)行(xing)通(tong)訊(xun)的(de)星(xing)型(xing)網(wang)絡(luo)拓(tuo)撲(pu),就(jiu)能(neng)夠(gou)完(wan)成(cheng)此(ci)功(gong)能(neng)。如(ru)此(ci)的(de)配(pei)置(zhi)能(neng)夠(gou)使(shi)電(dian)源(yuan)開(kai)關(guan)及(ji)緊(jin)急(ji)照(zhao)明(ming)達(da)到(dao)顯(xian)著(zhu)的(de)節(jie)能(neng)效(xiao)果(guo),而(er)且(qie)睡(shui)眠(mian)中(zhong)節(jie)點(dian)的(de)響(xiang)應(ying)時(shi)間(jian)會(hui)因(yin)為(wei)輪(lun)詢(xun)周(zhou)期(qi)而(er)增(zeng)加(jia)。另(ling)外(wai),ZigBee也可用於此係統中,由叢集樹狀向網絡發出信標,以便睡眠中節點在定義的存取時間處理優先級信息,這使得ZigBee網絡能夠關閉下層裝置的電源,同時定時檢查警報或照明層級變更要求。
 圖4小房間的照明網絡
長距離回報中斷節點 照明係統采方向線性傳輸
圖5顯示星型網絡與傳統網狀網絡均不適用的照明係統。其中信號需要長距離傳輸至能夠回報電力中斷的節點。不同於ZigBee在大範圍的區域內傳播信息,這裏的信息須要朝適當的方向線性傳輸。
圖5xianshitingzhizuoyongdediandeng。xinxixuyaozhongjizhijizhongzhuangzhichuansonggeijishurenyuan,zheshitouguoqitadiandengdeyixiliedianduidianxinhao,jiangxinhaocongweiyunzuodediandengdizhichuansongzhijizhongzhuangzhidedizhi。ruguodiandengshitouguoxianlugongdian,wuxianshepinnenggouchixuchuyujieshoumoshi,yidenghouxinxizhongji。zaichixujieshoudeqingkuangxia,xinxideyanchichengduxiangduijiaoduan,meigeyuejinweishubaihaomiao。ruguodiandengshiyitaiyangnenggongdian,zedianyuanxiandejiaoweizhongyao,kejiangzhuangzhishedingweidingshijieshoumoshi。dingshijieshouxuyaoyulingyigejiediandechuanshujinxingtongbuchuli,yincijiaoweifuza。lingwai,jisuanxinxiyuejinzhijiandeshijianxuyaokaolvlunxunzhouqi。

圖5信息中繼照明網絡
節點B將點對點信息傳送給節點C,而將“電燈關閉”信息回報給節點F。節點C取得信息時,由於沒有任何曆程記錄,因此得知信息來自節點B,而且信息預定傳送至節點F。此時,節點C也得知信息傳輸的方向,信息是從節點B傳來,須要傳送至節點D。在第二次躍進中,節點C將信息傳送至節點D,並且將節點B列入封包的曆程記錄中,以告知節點D應朝什麼方向傳輸信息。經過兩次躍進後,信息最終傳遞至節點F(圖6)。

圖6顯示信息如何傳遞
在zai這zhe個ge網wang絡luo中zhong有you兩liang件jian事shi情qing彼bi此ci相xiang關guan。首shou先xian,各ge個ge節jie點dian須xu要yao在zai網wang絡luo的de搜sou尋xun階jie段duan得de知zhi鄰lin近jin節jie點dian的de地di址zhi。安an裝zhuang程cheng序xu需xu要yao此ci程cheng序xu自zi動dong完wan成cheng,由you於yu節jie點dian數shu目mu可ke能neng相xiang當dang多duo,因yin此ci需xu要yao一yi段duan較jiao長chang的de時shi間jian。其qi次ci,如ru果guo節jie點dian因yin為wei任ren何he原yuan因yin而er未wei運yun作zuo,整zheng個ge傳chuan輸shu鏈lian不bu能neng夠gou中zhong斷duan,否fou則ze無wu法fa中zhong繼ji信xin息xi。
圖7顯示節點C的搜尋階段。節點C以低功率傳輸來傳送廣播信息,要求其它節點響應,而節點B及D最有可能響應。

圖7 搜尋階段
節點C此時得知最鄰近的節點是節點B及D,因此在路由表中應該接收到來自這兩個節點的信息。節點C會接著增強傳輸功率,以傳送其它廣播信息。節點B及D會再次回應,不過節點A及E也會回應。節點C此時注意到節點A及E是第二鄰近的節點。最後,節點C將傳輸功率增強至最大,進行最後一次廣播。節點A、B、D及E如預期做出回應,節點F也將做出回應。由於節點A以外沒有其它節點,因此不會有其它節點做出響應。
在(zai)此(ci)範(fan)例(li)中(zhong),整(zheng)個(ge)網(wang)絡(luo)至(zhi)此(ci)搜(sou)尋(xun)完(wan)畢(bi)。當(dang)然(ran),這(zhe)屬(shu)於(yu)小(xiao)範(fan)圍(wei)的(de)搜(sou)尋(xun),不(bu)過(guo)已(yi)足(zu)以(yi)呈(cheng)現(xian)出(chu)裝(zhuang)置(zhi)如(ru)何(he)得(de)知(zhi)鄰(lin)近(jin)裝(zhuang)置(zhi)的(de)過(guo)程(cheng)。經(jing)過(guo)此(ci)程(cheng)序(xu)之(zhi)後(hou),所(suo)有(you)的(de)裝(zhuang)置(zhi)均(jun)得(de)知(zhi)鄰(lin)近(jin)的(de)裝(zhuang)置(zhi)有(you)哪(na)些(xie),但(dan)不(bu)知(zhi)道(dao)方(fang)向(xiang)為(wei)何(he),透(tou)過(guo)網(wang)絡(luo)將(jiang)信(xin)息(xi)從(cong)開(kai)端(duan)節(jie)點(dian)F(集中裝置)中繼至最終節點A,然後接續傳回節點F,即可得知方向。這有兩個目的:使網絡中的節點搜尋鄰近節點的方向,還有告知開端節點F網絡的最終節點(節點A),回到剛才的範例,節點C此時得知須要將信息傳送至節點D,才能與節點F進行通訊,如果節點D列在傳輸的曆程記錄中,則該信息應傳送至節點B。
在正常的運作中,節點會以-10dBm向最鄰近的節點進行通訊,節省節點的電力,並且維持網絡的正常狀態。如果係統節點C停止運作,節點B及D會增強功率,以略過該節點進行通訊。當然,節點D應該向集中裝置回報節點C已停止運作。網絡範圍主要受限於節點距離、起始節點與最終目的地節點之間的中繼次數,以及其所定義的係統所需延遲。
yishangsangefanlidoushixianjinzhaomingyingyongdeshijiqingkuang,meiyigedouyouyuqitafanlibutongdetedingxuqiu,buguozhexiedouyouyixianggongtongxuqiu,yejiushishepinwendingdushixitongzhengchangyunzuodebibeitiaojian,erqiedengjuanzhuangdehuanjingyouxuduokenengdebianliang,huiyingxianggaiwendingdu。ZigBee既有的通訊協議會將一般照明係統的許多需求納入考慮。ZigBee的功能是業界有效的多功能選項。在特定應用中,可配置較簡單的星型網絡,以便設置較低功率的節點及較簡單的操作方式。
C51RF-CC2530開發係統
無線龍ZigBee無線網絡專業開發係統C51RF-CC2530-PK是CC2530/CC2531的專業開發係統,完全滿足IEEE802.15.4標準和ZigBee 2007/PRO技術標準的無線網絡技術設計開發。該係統包含了構建多種ZigBee網絡所需的全部硬件、軟件專業開發工具、文檔和各種展示、表演軟件。提供最多的資料、最豐富的實驗、最完善的技術支持,助你早日掌握ZigBee並完成自己的項目開發。
最後,在某些應用中,由於躍進限製,ZigBee及星型網絡不是切實可行的替代作法,對於這些應用,則須要部署符合係統需求的專屬網絡。
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