【应用】ZigBee智能灯控系统设计应用（下）

1.ZigBee开关的功能实现

ZigBee开关也是一种用于智能灯控的关键设备，ZigBee开关设计简单，通常只需要通过GPIO输出高低电平控制继电器或晶体管的通断即可。通常ZigBee开关只集成开关簇的功能进去，只需要支持3种开关控制指令和开关状态属性即可。

通常一个ZigBee开关会同时支持多路按钮多路继电器，这时就要让ZigBee SOC启用更多的端口（Endpoint），并且每一路端口都要支持开关簇。

另外ZigBee开关有本地按钮控制和远程指令控制两种方式，这两种控制方式需要保持同步一致性。本地按钮控制时需要根据开关当前的通断状态执行下一步操作，并且操作结果要同步到开关状态属性中。

ZigBee开关的供电方式常见有单火供电和零火供电，零火供电的ZigBee开关通常会定义成ZigBee路由器，而单火供电的开关需要低功耗而不得不定义成ZigBee终端节点。单火供电的ZigBee开关定义成终端节点后也要注意减少耗电量，比如在第一次入网时需要扫描协调器的信标，此时降低扫描信道个数或者降低扫描信道时间都可以有效降低电流消耗。而单火开关在入网后需要周期唤醒才能接收控制命令。唤醒周期通常在1秒，但是如果单火供电电路的电流不足的话会导致单火开关无法正常工作，这个时候提高唤醒周期可以降低电流消耗，但是缺点就是单火开关的控制延迟增加了。总之单火开关的电流消耗和实时性是一对不可兼得的矛盾体。

模组选型推荐

Recommend

单火3路（以下）开关：

推荐E18系列模组，采用CC2530芯片硬件资源完全够用，价格便宜。

零（单）火4路（以上）开关：

推荐E180-Z5812系列模组，泰凌芯片的RAM大，可以支持更多的Endpoint，而且每个Endpoint只需要支持开关簇即可，GPIO资源丰富。而且考虑可使用SPI串转并芯片的情况下一个模组可支持10路以上开关。

2.ZigBee遥控器的功能实现

ZigBee遥控器是控制端设备，因此仅需要支持开关簇、亮度簇、灯控颜色簇的指令发送即可。另外控制端没有也不需要ZCL属性。ZigBee遥控器的关键功能是“控制谁”和“怎么控制”。

解决“控制谁”的问题，可以让遥控器采用MAC地址绑定的方式，其操作方式有两种。

①网关设置遥控器绑定灯泡或开关，网关上记录了每个入网设备的MAC地址，簇信息。网关可以通过向遥控器发送ZDO Bind Req命令，使其使用开关簇、亮度簇、灯控颜色簇绑定灯泡和开关的MAC地址。遥控器触发按键后向绑定目标发送对应的开关簇、亮度簇、灯控颜色簇的控制指令。

②利用ZigBee 3.0协议定义的“发现绑定”功能，让需要被遥控的开关或灯泡进入“Identify”（设备标记）状态，然后遥控器发起“发现绑定”功能。该功能的原理是遥控器广播询问处于设备标记状态的全部设备，是否支持开关簇、亮度簇或者灯控颜色簇。只要符合上述条件的设备、遥控器主动绑定他们的MAC地址，然后触发遥控器按键后向绑定的受控端设备发送上述簇的控制指令。

ZigBee遥控器注意事项

ZigBee遥控器通常是开环控制，有时候需要一个遥控器同时控制多个设备，因此遥控器在向受控端发送控制指令时本地没有受控端的当前状态。遥控器多使用的指令为开关簇下的Toggle指令、亮度簇下的Step指令、灯控颜色簇下“Step”开头的指令。遥控器在没有绑定目标时可以采用广播的方式控制全场的受控端设备。

模组选型推荐

Recommend

ZigBee灯控遥控器：

E18系列模组，该模组价格便宜。遥控器需要配置成终端节点角色，并且不需要周期唤醒，可通过按键触发唤醒。遥控器的按键可以采用串联电阻的方式实现多个按键。

液晶屏遥控器：

这种遥控器需要一个液晶屏作为控制菜单，可采用E180-ZG120B模组。现有的标准品模组支持AT指令，可以绑定开关簇、亮度簇的受控端设备并使用AT指令发射这两个簇的控制指令。菜单中可选择控制多个设备、也可单独选择控制其中一个设备。液晶屏可以虚拟出开关灯的按钮、调节亮度的进度条、条件颜色的色相环。另外液晶屏遥控器可以为每个受控端建立各种的映射数据，获取每个受控端各个簇上的属性，实现闭环控制。

3.ZigBee网关的功能实现

ZigBee网关是一个万能的控制端，可以控制ZCL协议规范下所有的簇，也包括开关簇、亮度簇、灯控颜色簇。同时网关可以随时随地读取各个簇下的属性，或是设置各个簇下的属性主动上报，从而实现真正的闭环控制。

网关最重要的两项功能就是检测设备入网、枚举设备。

检测设备入网发生在设备第一次入网，ZigBee协调器会在设备入网关联的时候传输ZigBee网络密钥，协调器可以在向新入网设备发送密钥时记下该设备的MAC地址和网络地址。协调器向新入网设备发送密钥后新入网设备有可能会入网不成功，这个时候可以让协调器再读取一下新设备的任意信息，比如使用ZDO Active Endpoint指令读取新设备的端口列表，如果新设备入网稳定下来会向协调器回复自己的端口列表，协调器收到该回复后可以认为新设备入网后稳定下来了。

然后就是枚举设备，枚举设备需要协调器获取新入网设备支持多少个端口，每个端口支持的簇有哪些。协调器首先向新设备发送ZDO Active Endpoint后得到新设备支持的端口，然后再向该设备的每个端口发送ZDO Simple Description指令获得每个端口支持的簇有哪些。通过对新设备有多少个端口，支持哪些簇就可以判断这个新设备是什么设备。

模组选型推荐

Recommend

ZigBee协调器：

E72-2G4M20S1E/Link72模组，该模组基于TI CC2652P芯片，拥有强大的组网管理能力。可以接入200个路由器或终端节点。同时拥有全自动化的设备枚举功能，自动检测入网设备并自动发送ZDO Active Endpoint指令和ZDO Simple Description指令。实测80个ZigBee同时入网，每个设备4个端口，LINK72自动枚举320个设备不漏掉一个。另外该模组具备白名单组网功能，可根据设备MAC地址选择设备入网。

E180-Z5812SX-C模组，该模组基于泰凌微8258芯片。该模组和LINK72模组一样，拥有自动枚举功能和白名单组网功能，最大组网规模127个设备。