摘 要： 以路燈的節(jié)能需求為出發(fā)點(diǎn)，將ZigBee技術(shù)和傳統(tǒng)的路燈照明行業(yè)相結(jié)合，在ZigBee技術(shù)的基礎(chǔ)上組建了遠(yuǎn)程通信網(wǎng)絡(luò)，并從硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)和控制策略等方面研究了ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)，然后在CC2530平臺上進(jìn)行測試。該監(jiān)控系統(tǒng)為路燈控制管理提供了先進(jìn)的解決方案，對提高節(jié)能控制成效有著重要意義。
關(guān)鍵詞： 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)；ZigBee技術(shù)；路燈控制系統(tǒng)；CC2530；遠(yuǎn)程監(jiān)控
隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，路燈使用數(shù)量在逐漸增多，單純地依靠手動(dòng)控制方式和自動(dòng)控制方式來控制路燈會造成電能的大量浪費(fèi)[1-2]，如何高效地使用路燈能源已成為迫在眉睫的重大問題。為此，本文提出了在ZigBee技術(shù)的基礎(chǔ)上構(gòu)建智能化的路燈監(jiān)控系統(tǒng)。本系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)的功能如下：
?。?）對單盞路燈進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控并根據(jù)需要調(diào)節(jié)燈的亮度；
?。?）可以根據(jù)路面上的車流和人流的情況來調(diào)節(jié)路燈的亮度；
?。?）可以對路燈進(jìn)行故障檢測，當(dāng)有路燈損壞時(shí)可以進(jìn)行報(bào)警并指出故障路燈的具體位置，以及時(shí)維修；
?。?）對用電量、亮燈率和功耗等數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示并可查詢歷史記錄；
?。?）為了降低功耗，設(shè)計(jì)了休眠狀態(tài)。
1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)和工作原理
本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)主要由安裝在燈桿上的路燈節(jié)點(diǎn)、無線傳感網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)控界面3部分組成。路燈節(jié)點(diǎn)通過無線通信網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)控中心取得聯(lián)系。整體的結(jié)構(gòu)如圖1所示。
1.1 路燈節(jié)點(diǎn)
路燈節(jié)點(diǎn)的主要工作包括處理控制命令、采集周圍環(huán)境信息、控制燈的開關(guān)時(shí)間和調(diào)節(jié)燈的亮度。路燈節(jié)點(diǎn)的體系結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。路燈控制器、電源模塊和ZigBee模塊是路燈節(jié)點(diǎn)的主要組成部分。本文選擇了ATmega16作為路燈控制器的核心部件，其性能較高、功耗較低、驅(qū)動(dòng)能力較強(qiáng)，并集成了多種器件和功能，這無疑減少了外圍器件的使用量減少了，簡化了電路，而且I/O口可以根據(jù)需要自由設(shè)定[3]。
2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
2.1 通信程序設(shè)計(jì)
通信程序包括路燈節(jié)點(diǎn)與監(jiān)控中心的通信以及路燈節(jié)點(diǎn)之間的通信兩部分。
?。?）路燈節(jié)點(diǎn)與監(jiān)控中心之間的通信
路燈節(jié)點(diǎn)和監(jiān)控中心之間的通信主要是為了完成兩個(gè)方面的任務(wù)：一是為路燈節(jié)點(diǎn)配備相關(guān)信息和傳達(dá)控制命令，這是通過上位機(jī)實(shí)現(xiàn)的；二是可以接收路燈節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行信息，以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，工作人員在監(jiān)控室就可以對路燈進(jìn)行系統(tǒng)操作、故障查詢和報(bào)警等功能。系統(tǒng)的組網(wǎng)流程圖如圖4所示。
?。?）路燈節(jié)點(diǎn)之間的通信實(shí)現(xiàn)
路燈節(jié)點(diǎn)之間的通信，其目的一是為了節(jié)能，當(dāng)路燈在深夜路上車輛和行人少的時(shí)候處于微亮的節(jié)能狀態(tài)；二是為了保證正常的照明，為行人提供方便，當(dāng)檢測到路上有行人或車輛經(jīng)過時(shí)，該盞路燈由微亮轉(zhuǎn)為全亮，并通知前面的路燈也作出這樣的操作。
2.2 監(jiān)控軟件功能設(shè)計(jì)
系統(tǒng)監(jiān)控中心程序包括顯示監(jiān)控程序、系統(tǒng)參數(shù)配置程序、調(diào)試配備程序和存儲工作運(yùn)行數(shù)據(jù)程序。
?。?）顯示監(jiān)控程序
顯示監(jiān)控程序包括對路燈工作狀態(tài)的監(jiān)控、路面狀態(tài)的監(jiān)控和故障報(bào)警。其監(jiān)控界面可以實(shí)現(xiàn)許多的功能，主要包括選擇最優(yōu)路徑；監(jiān)控路燈當(dāng)前的亮度、功耗、工作時(shí)長及是否出現(xiàn)故障；自動(dòng)統(tǒng)計(jì)該街道所有路燈的總用電量和亮燈率；系統(tǒng)自動(dòng)動(dòng)作的時(shí)間段；顯示故障路燈的具體位置及發(fā)生故障的時(shí)間[4-5]。
（2）系統(tǒng)參數(shù)配置程序
系統(tǒng)參數(shù)配置程序包括對路燈節(jié)點(diǎn)和系統(tǒng)工作時(shí)間的校正以及設(shè)置街道的地址。系統(tǒng)在運(yùn)行一段時(shí)間后，系統(tǒng)時(shí)間和當(dāng)前的時(shí)間會有一個(gè)差值。通過系統(tǒng)時(shí)間校正就可以消除這個(gè)差值，使系統(tǒng)時(shí)間與PC時(shí)間同步?？梢愿鶕?jù)實(shí)際情況和需要設(shè)置系統(tǒng)正常工作的開關(guān)機(jī)時(shí)間與街道地址。
?。?）調(diào)試配備程序
配置程序主要包括串口配置、ZigBee讀取和配置以及路燈調(diào)試。串口參數(shù)的配置就是通過串口配置界面來設(shè)置的；ZigBee的配置程序主要完成對ZigBee模塊的網(wǎng)絡(luò)ID號和波特率的讀取與設(shè)置，還包括對網(wǎng)絡(luò)地址、MAC地址的讀?。煌ㄟ^路燈調(diào)試界面可以清楚地知道路燈周圍的環(huán)境光的強(qiáng)度、路燈的照明情況、功耗及故障情況的信息；也可以對路燈的光照強(qiáng)度進(jìn)行測試和設(shè)置路燈的開關(guān)時(shí)間。
?。?）存儲工作運(yùn)行數(shù)據(jù)
系統(tǒng)在工作的時(shí)候，數(shù)據(jù)庫中儲存了由下位機(jī)傳來的路燈信息和報(bào)警信息，同時(shí)，保存在數(shù)據(jù)庫中的信息還有街道及路燈的配置信息，這樣可以方便用戶導(dǎo)出和打印這些信息。
3 系統(tǒng)功能測試
利用ZigBee網(wǎng)絡(luò)具有自組網(wǎng)的能力，在測試的時(shí)候做了一個(gè)最小系統(tǒng)。該最小系統(tǒng)由一個(gè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)和3個(gè)路由器節(jié)點(diǎn)組成，系統(tǒng)在一般情況下是處于休眠狀態(tài)的，只有中斷發(fā)生時(shí)才激活節(jié)點(diǎn)進(jìn)行工作，本系統(tǒng)采用了主從的工作方式。將路燈高度和路燈之間的距離分別設(shè)置為0.7 m和0.8 m，情況如圖5、圖6所示。
圖5顯示的是當(dāng)小車運(yùn)行到路燈2位置時(shí)的狀態(tài)。此時(shí)，路燈2由微亮轉(zhuǎn)為全亮，并告知行駛過的路燈1由全亮轉(zhuǎn)為微亮。當(dāng)小車?yán)^續(xù)前行進(jìn)入3號節(jié)點(diǎn)的熱釋電紅外傳感范圍時(shí)，3號燈就會由微亮轉(zhuǎn)為全亮，此時(shí)如果2號節(jié)點(diǎn)沒有檢測到車流或人流信息就會由全亮轉(zhuǎn)為微亮，情況如圖6所示。若1號節(jié)點(diǎn)熱釋電紅外傳感器檢測不到人流或車流信號又接收到了前方路燈發(fā)來的信號，該路燈就會由全亮轉(zhuǎn)為微亮。
本設(shè)計(jì)利用了ZigBee技術(shù)實(shí)現(xiàn)了路燈控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)化管理。該系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)具有許多優(yōu)點(diǎn)，包括擴(kuò)展靈活、易于安裝、操作界面友好以及管理方便等。該系統(tǒng)不僅節(jié)約電能，減少了浪費(fèi)，而且也實(shí)現(xiàn)了照明系統(tǒng)的信息化和智能化管理，具有很好的發(fā)展前景。
參考文獻(xiàn)
[1] 林方鍵，胥布工.基于ZigBee網(wǎng)絡(luò)的路燈節(jié)能控制系統(tǒng)[J].控制工程，2009，16（3）：324-326.
[2] 審利民，翁桂鵬.基于ZigBee的智能小區(qū)LED路燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].中國照明電器，2010（2）：26-29.
[3] 康學(xué)娟，景軍鋒.基于ZigBee網(wǎng)絡(luò)的路燈節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2010（23）：204-206.
[4] 劉鵬，宋迪，牛斗.基于CC2480的ZigBee無線節(jié)能路燈系統(tǒng)[J].通信技術(shù)，2009，42（1）：331-332.
[5] 王海濤，朱兆優(yōu).基于ZigBee的LED節(jié)能街燈控制系統(tǒng)[J].華東理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，32（4）：394-396.