基于ZigBee的智能路灯控制系统设计.ppt

摘要Abstract引言随着中国城市和经济的迅速发展，城市路灯照明已经成为展示城市魅力的名片和窗口，但是照明在带来绚丽和方便的同时，也遇到了诸多问题。据调查，我国小型城市在夜晚9点后，大中城市在午夜12点后，道路上行人非常稀少，即便是北京、上海、广州这样的繁华都市，凌晨2点以后，道路上也罕见行人、车辆。这时如果保持“恒照度”会造成资源的大量浪费；另外后半夜是用电的低谷期，电力系统的电压升高，路灯反而会更亮，而我国现行70%的道路照明使用的高压钠灯，此类电网电压的波动致使灯泡的实际使用寿命不超过1年，带来了高额的维修费和材料费，并且系统难以及时反馈路灯运行的故障信息，无法进行远程控制和处理，只能采取人工巡查方式。路灯控制系统从最初的开关控制功能，逐渐演化到监控节能控制功能，各种新技术被用于路灯监控系统中。路灯控制方法有PLC控制，电力载波控制和无线网络控制等[1⁃4]。从路灯控制系统的成本、可靠性、信息化、应用前景等方面考虑，本设计采用ZigBee无线自组网网络技术实现LED路灯节能控制系统的设计。1系统实现方案按照系统要求，本设计主要完成支路控制器和路灯及二者之间的通信网络设计，其中支路控制器完成时间、光照信息的测量，路灯终端完成故障诊断和移动物体的检测，利用ZigBee无线网络技术实现支路控制器和路灯终端之间的通信。因此系统主要包括以下分系统：电源稳压系统、支路控制系统、ZigBee协调器系统、Zig⁃Bee路由和终端系统。其中电源稳压包括5V稳压和3.3V稳压；支路控制系统包括时间模块、键盘模块、显示模块和光照采集模块；ZigBee协调器包括显示模块和键盘模块；ZigBee路由和终端包括微波雷达检测模块、故障检测模块和路灯控制模块。系统结构框图如图1所示。
ZigBee技术是一种新兴的短距离无线通信技术，在近距离无线网络领域得到广泛应用。ZigBee技术采用自组网络，其网络拓扑机构可以随意变动，这一特点对实现路灯智能监控系统的智能化、高可靠性、低成本起到很好的作用[5⁃]。ZigBee的网络拓扑结构可分为：网状结构、星型结构和树状结构，考虑到树状结构能够提高通信网络的可靠性，因此本设计中无线系统的网络拓扑
采用树状结构，使用路由功能传输。无线系统由一个ZigBee协调器、若干个路由控制器和若干个路灯终端所组成，网络示意图如图2所示。根据ZigBee通信组网技术的特点，将ZigBee技术与传统的路灯控制模式相结合，根据不同路段及时间，对协调器设置不同的检测与控制方式，能及时对路灯进行相应的控制并发现路灯损坏情况和它的具体位置，方便维修管理，实现按需节能、智能化管理，达到城市照明系统节能减排的目标。

2硬件设计2.1支路控制器设计2.2ZigBee协调器设计2.3.1微波雷达检测模块2.3.2故障检测模块2.3.3LED路灯控制模块3软件设计3.1主机系统软件设计图8主机控制流程图
季外界状态
节模式 时间光照较强光照较弱
偏僻 00：00—05：00开启雷达检测
夏
开启路灯05：00—19：00关闭路灯关闭雷达
季
19：00—00：00开启路灯关闭雷达
繁华 19：00—次日5：00高亮状态雷达关闭
偏僻 00：00—06：00开启雷达检测
冬
开启路灯06：00—18：00关闭路灯关闭雷达
季
18：00—00：00开启路灯关闭雷达
繁华 18：00—次日6：00高亮状态雷达关闭3.2协调器系统软件设计3.2.1硬件层的修改3.2.2应用层修改3.3路由器和终端节点系统软件设计4总结本文从应用方面着手对ZigBee技术的网络拓扑结构进行研究，采用TI公司的Z⁃Stask协议栈和IAR开发环境，以CC2530芯片为核心构建了一个基于ZigBee通信网络的路灯控制系统。网络规模的大小，取决于实际控制路灯的多少。终端控制器的定时时间，可以根据不同地区、不同季节由主控制机统一设定。该路灯控制系统与传统的路灯控制系统相比，一方面减少了“全夜灯”、“后夜灯”，有效的节约了电能资源，并且还保护了电灯，延长了其使用寿命；另一方面智能路灯控制系统可对全部路灯进行实时监控和管理，集中控制、监视、检查，大大减少了后期人力、物力、财力的投入，同时提高了巡查设备和路灯的工作效率。[1]纪玲玲.路灯控制系统控制方法研究[J].广西物理，2009，30（3）：38⁃40.
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[5]王海涛