基于Zigbee的路燈控制系統(tǒng)設(shè)計方案1引言采用時間控制、光照控制等方式控制的路燈照明系統(tǒng)存在著路燈使用壽命短、管理開銷大、電能浪費、無法遠(yuǎn)程監(jiān)控以及故障維修反應(yīng)效率低等現(xiàn)象。隨著人們生活質(zhì)量的提高及科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，對城市路燈的要求越來越高，不僅要求安全、節(jié)能、維護(hù)方便，還要求其能美化夜景，彰顯城市魅力；例如上海市博園安裝的無線景觀路燈照明，為其夜晚增添了不少的色彩。目前國內(nèi)外路燈系統(tǒng)正朝著節(jié)能、單燈控制以及遠(yuǎn)程監(jiān)控的方向發(fā)展。本文基于無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，設(shè)計了一套采用Zigbee技術(shù)實現(xiàn)的路燈控制實訓(xùn)系統(tǒng)；該系統(tǒng)可實現(xiàn)路燈的遠(yuǎn)程實時監(jiān)控及數(shù)據(jù)采集存儲等功能。2系統(tǒng)硬件設(shè)計系統(tǒng)由安裝在路燈燈桿上的路燈節(jié)點、無線網(wǎng)絡(luò)及監(jiān)控中心組成，結(jié)構(gòu)如圖1所示，路燈節(jié)點和監(jiān)控中心需要配備無線通信模塊。圖1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2.1無線網(wǎng)絡(luò)無線網(wǎng)絡(luò)采用Zigbee技術(shù)，使路燈工作現(xiàn)場與系統(tǒng)監(jiān)控中心可靠通信。這種技術(shù)主要應(yīng)用在數(shù)據(jù)傳輸速率不高且短距離傳輸?shù)母鞣N電子設(shè)備之間，非常適合工業(yè)控制、環(huán)境監(jiān)測等場合，具有低功耗、低成本和低復(fù)雜度等特點。本系統(tǒng)Zigbee模塊采用CC2530片上系統(tǒng)作為控制電路的核心，具有256KBFLASH,在接收和發(fā)射模式下，電流損耗分別低于25mA和34mA.模塊電源由外部穩(wěn)壓電源提供5V電壓，以確保各節(jié)點長時間穩(wěn)定工作。根據(jù)路燈系統(tǒng)特點，網(wǎng)絡(luò)采用樹形連接，以便靈活擴展節(jié)點和自組網(wǎng)絡(luò)。與PC機串口RS232連接的Zigbee模塊為網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，起著組織、管理網(wǎng)絡(luò)和發(fā)號施令的作用；當(dāng)網(wǎng)絡(luò)有節(jié)點加入時，它分配地址給新節(jié)點，因此不能掉電也沒有低功耗狀態(tài)。與路燈單元串口連接的Zigbee模塊為路由器，起著中繼器的作用，可以收發(fā)數(shù)據(jù)也可以轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，承擔(dān)著與上位機和相鄰節(jié)點通信的任務(wù)。2.2路燈節(jié)點路燈節(jié)點由路燈控制器、電源模塊和Zigbee模塊組成，完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)及控制命令的處理、控制LED燈開關(guān)及調(diào)光的任務(wù)。路燈控制器選擇高性能、低功耗的8位AVR微處理器ATmega16作為核心部件，該單片機輸入/輸出口可以自由設(shè)定，驅(qū)動能力強，集多種器件與多種功能于一身，大大減少了外圍器件的使用量，降低了電路的復(fù)雜程度?？刂破鞯耐鈬娐钒ㄐ盘枡z測、亮燈驅(qū)動和故障檢測等電路。信號檢測部分由光敏電阻電路和熱釋電紅外傳感器電路組成。光敏電阻5537用于對環(huán)境光檢測，從而控制燈光的亮度；熱釋電紅外傳感器DYPME003感應(yīng)距離0~7米可調(diào)，用于判斷是否有行人或者車輛通過，并根據(jù)設(shè)定值調(diào)節(jié)燈光亮度。考慮到LED路燈高效節(jié)能及其應(yīng)用日趨廣泛，采用LED作為光源，并采用XN2115芯片驅(qū)動。系統(tǒng)選用1W、3.2~3.6V的LED燈4顆。路燈故障檢測信號取自XN2115芯片的SW點的電壓，將該點電壓通過大電容平波后與電壓比較器的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，比較結(jié)果的高低電平送入單片機處理，并將故障信息送至上位機實現(xiàn)故障報警、位置顯示等功能。路燈節(jié)點使用了5V及12V的直流電。將220V交流電通過整流橋KBP210變?yōu)?2V直流電，為LED驅(qū)動電路和故障檢測電路提供電源，功率可達(dá)40W;12V直流電源再通過LM2596-5.0集成三端穩(wěn)壓器輸出5V直流電源，輸出電流最大可達(dá)3A,具有很好的線性和負(fù)載調(diào)節(jié)特性，為Zigbee模塊、單片機及其他外圍電路提供電源。2.3監(jiān)控中心監(jiān)控中心由PC機和Zigbee模塊組成，提供系統(tǒng)信息，具有遙測、遙控及存儲和管理數(shù)據(jù)功能的人機界面顯示，可以對整個路燈系統(tǒng)進(jìn)行工作狀況的實時監(jiān)控。PC機可以通過無線通信網(wǎng)絡(luò)采集路燈狀態(tài)，例如環(huán)境光強度、用電量、亮燈率等，并可向路燈節(jié)點發(fā)送控制命令，路燈節(jié)點根據(jù)這些命令對LED燈進(jìn)行操作，實現(xiàn)系統(tǒng)的按需控制及每盞路燈的實時監(jiān)控。3系統(tǒng)軟件設(shè)計系統(tǒng)上電后進(jìn)行初始化，檢測系統(tǒng)是否正常工作，如果正常則按照路燈控制界面進(jìn)行路燈狀態(tài)檢測或者對路燈進(jìn)行輸出控制，使路燈按照既定程序?qū)崿F(xiàn)開/關(guān)狀態(tài)，并經(jīng)由Zigbee網(wǎng)絡(luò)實時顯示信息。監(jiān)控界面可選擇各Zigbee模塊的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點號，搜索網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的各個模塊，將控制命令發(fā)送至指定的路燈節(jié)點，也可實時顯示路燈狀態(tài)信息和底層數(shù)據(jù)包。3.1現(xiàn)場信號采集、檢測與處理程序圖3路燈1微亮，2、3全亮圖4路燈1,2微亮，路燈3全亮。圖3為小車運行到路燈2位置的狀態(tài)。路燈2全亮，并通知路燈1轉(zhuǎn)為微亮、前方路燈3轉(zhuǎn)為全亮。若1號節(jié)點熱釋電紅外傳感器檢測不到信號并收到了前方路燈的信息，則狀態(tài)轉(zhuǎn)為微亮；當(dāng)小車向前運行進(jìn)入3號節(jié)點熱釋電紅外傳感范圍時，3號燈通知2號燈轉(zhuǎn)為微量，如圖4所示，對應(yīng)的監(jiān)控界面如圖5所示。監(jiān)控界面中淡黃色路燈表示路燈微亮、深黃色路燈表示路燈全亮。圖5監(jiān)控界面。運行路燈控制系統(tǒng)軟件時需要進(jìn)行系統(tǒng)配置、通信配置、Zigbee配置等操作；在運行中可對路燈節(jié)點進(jìn)行調(diào)光、校正時間等操作。如圖6為系統(tǒng)工作時間設(shè)置，圖7為路燈節(jié)點時間校正。圖6系統(tǒng)工作時間設(shè)置。圖7系統(tǒng)校正時間。4.2系統(tǒng)功能路燈控制方式可分為手動控制方式和自動控制方式，均可在監(jiān)控中心操作或進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。系統(tǒng)可實現(xiàn)以下功能：1）可進(jìn)行單燈遠(yuǎn)程監(jiān)控，并可調(diào)節(jié)燈具亮度。2）可根據(jù)環(huán)境光自動開關(guān)路燈，并可調(diào)整燈具亮度，保證使用需要。3）根據(jù)道路是否有行人/車輛通過實現(xiàn)亮度漸變。路燈夜間無行人/車輛通過，路燈微亮；當(dāng)檢測到遠(yuǎn)方有行人/車輛接近時，路燈由微亮轉(zhuǎn)為全亮，并通知前方路燈由微量轉(zhuǎn)為全亮；車輛/行人通過后，路燈又轉(zhuǎn)為微亮。4）具有路燈故障檢測功能。當(dāng)有路燈損壞，可以進(jìn)行聲光報警，并指示故障路燈的具體位置。5）具有數(shù)據(jù)統(tǒng)計和存儲功能?？商峁┞窡粲秒娏俊⒘翢袈屎凸牡葦?shù)據(jù)，并可查詢歷史記錄。6）系統(tǒng)具有休眠狀態(tài)，降低系統(tǒng)功耗。5結(jié)束語智能化和網(wǎng)絡(luò)化控制路燈是未來路燈控制的發(fā)展方向和必然趨勢。隨著技術(shù)的進(jìn)步和城市發(fā)展的需求，無線傳感節(jié)點集成度會越來越高，價格會越來越低，路燈控制系統(tǒng)的功能會越來越多，路燈的自動化管理和無線通信技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用也