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        采用ZigBee技術(shù)設(shè)計LED智能路燈照明控制系統(tǒng)

        2014-11-11 13:26:59閆永生崔麗
        科技創(chuàng)新導(dǎo)報 2014年23期
        關(guān)鍵詞:照明系統(tǒng)節(jié)點智能

        閆永生++崔麗

        摘 要:近年來,LED材料及封裝技術(shù)取得了顯著的進步,LED照明技術(shù)獲得了大家廣泛的認可,LED照明燈具大量應(yīng)用于家庭日常照明以及路橋、隧道等社會公共區(qū)域照明。該文著重探討將ZigBee技術(shù)應(yīng)用于LED路燈照明控制方面,開發(fā)設(shè)計LED智能照明控制系統(tǒng),以實現(xiàn)智能照明,節(jié)能照明的目的。

        關(guān)鍵詞:ZigBee 智能 照明系統(tǒng) 節(jié)點

        中圖分類號:TP273 文獻標(biāo)識碼:A 文章編號:1674-098X(2014)08(b)-0037-01

        隨著經(jīng)濟發(fā)展及城市化進程的快速推進,LED路燈已經(jīng)越來越受到大家的認可,伴隨使用數(shù)量的大量增多,凸顯出控制的重要性。傳統(tǒng)的路燈照明控制裝置采用的是有線連接,存在布線工作量大、施工成本高、且智能化程度低等不足。采用ZigBee技術(shù)設(shè)計開發(fā)的LED路燈智能照明控制系統(tǒng),通過對照明時間進行科學(xué)高效的控制,不僅可以節(jié)省用電,還可以延長LED路燈的壽命;系統(tǒng)采用無線控制,還具有節(jié)省電線電纜,減少施工工作量,方便日常維護等優(yōu)點。

        1 ZigBee技術(shù)簡介

        ZigBee技術(shù)是一種新興的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù),采用IEEE 802.15.4協(xié)議,工作于全球通用免費的ISM頻段,適用于短距離、低成本、低數(shù)據(jù)速率、低功耗的簡易無線網(wǎng)絡(luò)控制。

        ZigBee技術(shù)具有如下幾個主要特點:

        低功耗:idle模式下的工作電流為4 mA,休眠狀態(tài)下zigbee待機電流為1~50 uA,兩節(jié)5號干電池可支持一個節(jié)點工作6~24個月甚至更長。

        低成本:ZigBee工作于ISM頻段,不收取任何費用;系統(tǒng)終端內(nèi)嵌協(xié)議棧,協(xié)議簡單,代碼量比較少;因此,這種技術(shù)具有相對較低的成本費用。

        容量大:網(wǎng)絡(luò)可容納65000個設(shè)備。

        低速:ZigBee工作于250 kB/s的通信速率下,可滿足低速率傳輸數(shù)據(jù)的需求。

        安全性高:ZigBee提供了數(shù)據(jù)完整性檢查和鑒權(quán)功能,采用AES-128加密算法,保證了應(yīng)用安全性。

        2 系統(tǒng)架構(gòu)及簡介

        ZigBee燈具節(jié)點以CC2530為核心進行設(shè)計,主要負責(zé)數(shù)據(jù)的中繼轉(zhuǎn)發(fā)及驅(qū)動控制LED燈具的亮度狀態(tài)。燈具節(jié)點組成MESH網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),可以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴A硗?,還可以接收傳感器采集的狀態(tài)數(shù)據(jù)并且上傳到上級控制。

        (2)ZigBee中心節(jié)點負責(zé)初始化網(wǎng)絡(luò)信息,組織建立網(wǎng)絡(luò),維護和管理網(wǎng)絡(luò),居于無線網(wǎng)絡(luò)的核心地位。中心節(jié)點可以控制燈具節(jié)點,主控制器也可以通過中心節(jié)點控制燈具節(jié)點。

        (3)主控制器的核心是具有操作系統(tǒng)和工作軟件的PC機,通過GPRS和中心節(jié)點相連,在系統(tǒng)中具有最高權(quán)限。用戶可以通過主控制器下傳運行模式參數(shù)到中心節(jié)點,然后再到燈具節(jié)點;還可以通過中心節(jié)點檢測各燈具節(jié)點傳感器返回的狀態(tài)參數(shù),進行燈具狀態(tài)實時監(jiān)測,運行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析,節(jié)能評估等。

        3 控制系統(tǒng)解決方案

        控制系統(tǒng)采用主控制器、中心節(jié)點、燈具節(jié)點三級控制體系,且權(quán)限由高到低。需要強調(diào)的是,主控制器如果故障失效或者沒開啟,系統(tǒng)可在中心節(jié)點指揮下工作;如果中心節(jié)點故障失效或沒開啟,燈具節(jié)點就按照默認的工作模式工作,這樣可以大大提高系統(tǒng)的安全性。

        ZigBee燈具節(jié)點控制點亮LED燈具。燈具節(jié)點內(nèi)有時鐘,出廠前已存儲默認的工作模式,和設(shè)定的亮度曲線。沒加入ZigBee網(wǎng)絡(luò)時,節(jié)點可以自主工作:根據(jù)時間自動開啟、關(guān)閉燈具,還可以根據(jù)當(dāng)前的時鐘自動調(diào)整燈具到某一需要的亮度等級,比如剛開機半小時內(nèi),燈具亮度只需50%;高峰期過后,燈具亮度也降低等。當(dāng)有ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)并可以加入時,燈具節(jié)點就受控于中心節(jié)點。同時,燈具節(jié)點還可以把傳感器采集的環(huán)境亮度參數(shù)、燈具的工作電流等狀態(tài)參數(shù)上傳到中心節(jié)點以及主控制器,上級控制單元可以根據(jù)反饋的傳感器數(shù)據(jù)修正燈具的控制亮度數(shù)據(jù),實現(xiàn)動態(tài)控制和可能的故障定位。

        4 結(jié)語

        ZigBee因其低價、簡單、安全、易用等優(yōu)點應(yīng)用于LED路燈的智能照明控制方面,可以達到節(jié)能,方便維護,智能控制等目的,借助這一控制技術(shù)可以實現(xiàn)燈具產(chǎn)品的增值,具有很好的經(jīng)濟價值,社會價值。技術(shù)的發(fā)展不會止步,人們對新技術(shù)的渴望永無止境,這就需要我們努力學(xué)習(xí),積極探索,為智能控制技術(shù),為國家的強盛而努力。

        參考文獻

        [1] 李文仲,段朝玉.ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)入門與實踐[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2007.

        [2] 瞿雷,劉盛德,胡咸斌,編著.ZigBee技術(shù)及應(yīng)用[M].北京航空航天大學(xué)出版社.

        [3] 李鑫.基于ZigBee的無線智能照明系統(tǒng)的研究[D].天津大學(xué).

        [4] 周登龍,陳碩.基于ZigBee無線通信技術(shù)的智能照明系統(tǒng)[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2012(17).

        [5] 魯進,郭利進.基于ZigBee的LED路燈照明系統(tǒng)設(shè)計與研究[J].微型機與應(yīng)用,2013(9).endprint

        摘 要:近年來,LED材料及封裝技術(shù)取得了顯著的進步,LED照明技術(shù)獲得了大家廣泛的認可,LED照明燈具大量應(yīng)用于家庭日常照明以及路橋、隧道等社會公共區(qū)域照明。該文著重探討將ZigBee技術(shù)應(yīng)用于LED路燈照明控制方面,開發(fā)設(shè)計LED智能照明控制系統(tǒng),以實現(xiàn)智能照明,節(jié)能照明的目的。

        關(guān)鍵詞:ZigBee 智能 照明系統(tǒng) 節(jié)點

        中圖分類號:TP273 文獻標(biāo)識碼:A 文章編號:1674-098X(2014)08(b)-0037-01

        隨著經(jīng)濟發(fā)展及城市化進程的快速推進,LED路燈已經(jīng)越來越受到大家的認可,伴隨使用數(shù)量的大量增多,凸顯出控制的重要性。傳統(tǒng)的路燈照明控制裝置采用的是有線連接,存在布線工作量大、施工成本高、且智能化程度低等不足。采用ZigBee技術(shù)設(shè)計開發(fā)的LED路燈智能照明控制系統(tǒng),通過對照明時間進行科學(xué)高效的控制,不僅可以節(jié)省用電,還可以延長LED路燈的壽命;系統(tǒng)采用無線控制,還具有節(jié)省電線電纜,減少施工工作量,方便日常維護等優(yōu)點。

        1 ZigBee技術(shù)簡介

        ZigBee技術(shù)是一種新興的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù),采用IEEE 802.15.4協(xié)議,工作于全球通用免費的ISM頻段,適用于短距離、低成本、低數(shù)據(jù)速率、低功耗的簡易無線網(wǎng)絡(luò)控制。

        ZigBee技術(shù)具有如下幾個主要特點:

        低功耗:idle模式下的工作電流為4 mA,休眠狀態(tài)下zigbee待機電流為1~50 uA,兩節(jié)5號干電池可支持一個節(jié)點工作6~24個月甚至更長。

        低成本:ZigBee工作于ISM頻段,不收取任何費用;系統(tǒng)終端內(nèi)嵌協(xié)議棧,協(xié)議簡單,代碼量比較少;因此,這種技術(shù)具有相對較低的成本費用。

        容量大:網(wǎng)絡(luò)可容納65000個設(shè)備。

        低速:ZigBee工作于250 kB/s的通信速率下,可滿足低速率傳輸數(shù)據(jù)的需求。

        安全性高:ZigBee提供了數(shù)據(jù)完整性檢查和鑒權(quán)功能,采用AES-128加密算法,保證了應(yīng)用安全性。

        2 系統(tǒng)架構(gòu)及簡介

        ZigBee燈具節(jié)點以CC2530為核心進行設(shè)計,主要負責(zé)數(shù)據(jù)的中繼轉(zhuǎn)發(fā)及驅(qū)動控制LED燈具的亮度狀態(tài)。燈具節(jié)點組成MESH網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),可以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。另外,還可以接收傳感器采集的狀態(tài)數(shù)據(jù)并且上傳到上級控制。

        (2)ZigBee中心節(jié)點負責(zé)初始化網(wǎng)絡(luò)信息,組織建立網(wǎng)絡(luò),維護和管理網(wǎng)絡(luò),居于無線網(wǎng)絡(luò)的核心地位。中心節(jié)點可以控制燈具節(jié)點,主控制器也可以通過中心節(jié)點控制燈具節(jié)點。

        (3)主控制器的核心是具有操作系統(tǒng)和工作軟件的PC機,通過GPRS和中心節(jié)點相連,在系統(tǒng)中具有最高權(quán)限。用戶可以通過主控制器下傳運行模式參數(shù)到中心節(jié)點,然后再到燈具節(jié)點;還可以通過中心節(jié)點檢測各燈具節(jié)點傳感器返回的狀態(tài)參數(shù),進行燈具狀態(tài)實時監(jiān)測,運行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析,節(jié)能評估等。

        3 控制系統(tǒng)解決方案

        控制系統(tǒng)采用主控制器、中心節(jié)點、燈具節(jié)點三級控制體系,且權(quán)限由高到低。需要強調(diào)的是,主控制器如果故障失效或者沒開啟,系統(tǒng)可在中心節(jié)點指揮下工作;如果中心節(jié)點故障失效或沒開啟,燈具節(jié)點就按照默認的工作模式工作,這樣可以大大提高系統(tǒng)的安全性。

        ZigBee燈具節(jié)點控制點亮LED燈具。燈具節(jié)點內(nèi)有時鐘,出廠前已存儲默認的工作模式,和設(shè)定的亮度曲線。沒加入ZigBee網(wǎng)絡(luò)時,節(jié)點可以自主工作:根據(jù)時間自動開啟、關(guān)閉燈具,還可以根據(jù)當(dāng)前的時鐘自動調(diào)整燈具到某一需要的亮度等級,比如剛開機半小時內(nèi),燈具亮度只需50%;高峰期過后,燈具亮度也降低等。當(dāng)有ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)并可以加入時,燈具節(jié)點就受控于中心節(jié)點。同時,燈具節(jié)點還可以把傳感器采集的環(huán)境亮度參數(shù)、燈具的工作電流等狀態(tài)參數(shù)上傳到中心節(jié)點以及主控制器,上級控制單元可以根據(jù)反饋的傳感器數(shù)據(jù)修正燈具的控制亮度數(shù)據(jù),實現(xiàn)動態(tài)控制和可能的故障定位。

        4 結(jié)語

        ZigBee因其低價、簡單、安全、易用等優(yōu)點應(yīng)用于LED路燈的智能照明控制方面,可以達到節(jié)能,方便維護,智能控制等目的,借助這一控制技術(shù)可以實現(xiàn)燈具產(chǎn)品的增值,具有很好的經(jīng)濟價值,社會價值。技術(shù)的發(fā)展不會止步,人們對新技術(shù)的渴望永無止境,這就需要我們努力學(xué)習(xí),積極探索,為智能控制技術(shù),為國家的強盛而努力。

        參考文獻

        [1] 李文仲,段朝玉.ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)入門與實踐[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2007.

        [2] 瞿雷,劉盛德,胡咸斌,編著.ZigBee技術(shù)及應(yīng)用[M].北京航空航天大學(xué)出版社.

        [3] 李鑫.基于ZigBee的無線智能照明系統(tǒng)的研究[D].天津大學(xué).

        [4] 周登龍,陳碩.基于ZigBee無線通信技術(shù)的智能照明系統(tǒng)[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2012(17).

        [5] 魯進,郭利進.基于ZigBee的LED路燈照明系統(tǒng)設(shè)計與研究[J].微型機與應(yīng)用,2013(9).endprint

        摘 要:近年來,LED材料及封裝技術(shù)取得了顯著的進步,LED照明技術(shù)獲得了大家廣泛的認可,LED照明燈具大量應(yīng)用于家庭日常照明以及路橋、隧道等社會公共區(qū)域照明。該文著重探討將ZigBee技術(shù)應(yīng)用于LED路燈照明控制方面,開發(fā)設(shè)計LED智能照明控制系統(tǒng),以實現(xiàn)智能照明,節(jié)能照明的目的。

        關(guān)鍵詞:ZigBee 智能 照明系統(tǒng) 節(jié)點

        中圖分類號:TP273 文獻標(biāo)識碼:A 文章編號:1674-098X(2014)08(b)-0037-01

        隨著經(jīng)濟發(fā)展及城市化進程的快速推進,LED路燈已經(jīng)越來越受到大家的認可,伴隨使用數(shù)量的大量增多,凸顯出控制的重要性。傳統(tǒng)的路燈照明控制裝置采用的是有線連接,存在布線工作量大、施工成本高、且智能化程度低等不足。采用ZigBee技術(shù)設(shè)計開發(fā)的LED路燈智能照明控制系統(tǒng),通過對照明時間進行科學(xué)高效的控制,不僅可以節(jié)省用電,還可以延長LED路燈的壽命;系統(tǒng)采用無線控制,還具有節(jié)省電線電纜,減少施工工作量,方便日常維護等優(yōu)點。

        1 ZigBee技術(shù)簡介

        ZigBee技術(shù)是一種新興的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù),采用IEEE 802.15.4協(xié)議,工作于全球通用免費的ISM頻段,適用于短距離、低成本、低數(shù)據(jù)速率、低功耗的簡易無線網(wǎng)絡(luò)控制。

        ZigBee技術(shù)具有如下幾個主要特點:

        低功耗:idle模式下的工作電流為4 mA,休眠狀態(tài)下zigbee待機電流為1~50 uA,兩節(jié)5號干電池可支持一個節(jié)點工作6~24個月甚至更長。

        低成本:ZigBee工作于ISM頻段,不收取任何費用;系統(tǒng)終端內(nèi)嵌協(xié)議棧,協(xié)議簡單,代碼量比較少;因此,這種技術(shù)具有相對較低的成本費用。

        容量大:網(wǎng)絡(luò)可容納65000個設(shè)備。

        低速:ZigBee工作于250 kB/s的通信速率下,可滿足低速率傳輸數(shù)據(jù)的需求。

        安全性高:ZigBee提供了數(shù)據(jù)完整性檢查和鑒權(quán)功能,采用AES-128加密算法,保證了應(yīng)用安全性。

        2 系統(tǒng)架構(gòu)及簡介

        ZigBee燈具節(jié)點以CC2530為核心進行設(shè)計,主要負責(zé)數(shù)據(jù)的中繼轉(zhuǎn)發(fā)及驅(qū)動控制LED燈具的亮度狀態(tài)。燈具節(jié)點組成MESH網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),可以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴A硗?,還可以接收傳感器采集的狀態(tài)數(shù)據(jù)并且上傳到上級控制。

        (2)ZigBee中心節(jié)點負責(zé)初始化網(wǎng)絡(luò)信息,組織建立網(wǎng)絡(luò),維護和管理網(wǎng)絡(luò),居于無線網(wǎng)絡(luò)的核心地位。中心節(jié)點可以控制燈具節(jié)點,主控制器也可以通過中心節(jié)點控制燈具節(jié)點。

        (3)主控制器的核心是具有操作系統(tǒng)和工作軟件的PC機,通過GPRS和中心節(jié)點相連,在系統(tǒng)中具有最高權(quán)限。用戶可以通過主控制器下傳運行模式參數(shù)到中心節(jié)點,然后再到燈具節(jié)點;還可以通過中心節(jié)點檢測各燈具節(jié)點傳感器返回的狀態(tài)參數(shù),進行燈具狀態(tài)實時監(jiān)測,運行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析,節(jié)能評估等。

        3 控制系統(tǒng)解決方案

        控制系統(tǒng)采用主控制器、中心節(jié)點、燈具節(jié)點三級控制體系,且權(quán)限由高到低。需要強調(diào)的是,主控制器如果故障失效或者沒開啟,系統(tǒng)可在中心節(jié)點指揮下工作;如果中心節(jié)點故障失效或沒開啟,燈具節(jié)點就按照默認的工作模式工作,這樣可以大大提高系統(tǒng)的安全性。

        ZigBee燈具節(jié)點控制點亮LED燈具。燈具節(jié)點內(nèi)有時鐘,出廠前已存儲默認的工作模式,和設(shè)定的亮度曲線。沒加入ZigBee網(wǎng)絡(luò)時,節(jié)點可以自主工作:根據(jù)時間自動開啟、關(guān)閉燈具,還可以根據(jù)當(dāng)前的時鐘自動調(diào)整燈具到某一需要的亮度等級,比如剛開機半小時內(nèi),燈具亮度只需50%;高峰期過后,燈具亮度也降低等。當(dāng)有ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)并可以加入時,燈具節(jié)點就受控于中心節(jié)點。同時,燈具節(jié)點還可以把傳感器采集的環(huán)境亮度參數(shù)、燈具的工作電流等狀態(tài)參數(shù)上傳到中心節(jié)點以及主控制器,上級控制單元可以根據(jù)反饋的傳感器數(shù)據(jù)修正燈具的控制亮度數(shù)據(jù),實現(xiàn)動態(tài)控制和可能的故障定位。

        4 結(jié)語

        ZigBee因其低價、簡單、安全、易用等優(yōu)點應(yīng)用于LED路燈的智能照明控制方面,可以達到節(jié)能,方便維護,智能控制等目的,借助這一控制技術(shù)可以實現(xiàn)燈具產(chǎn)品的增值,具有很好的經(jīng)濟價值,社會價值。技術(shù)的發(fā)展不會止步,人們對新技術(shù)的渴望永無止境,這就需要我們努力學(xué)習(xí),積極探索,為智能控制技術(shù),為國家的強盛而努力。

        參考文獻

        [1] 李文仲,段朝玉.ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)入門與實踐[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2007.

        [2] 瞿雷,劉盛德,胡咸斌,編著.ZigBee技術(shù)及應(yīng)用[M].北京航空航天大學(xué)出版社.

        [3] 李鑫.基于ZigBee的無線智能照明系統(tǒng)的研究[D].天津大學(xué).

        [4] 周登龍,陳碩.基于ZigBee無線通信技術(shù)的智能照明系統(tǒng)[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2012(17).

        [5] 魯進,郭利進.基于ZigBee的LED路燈照明系統(tǒng)設(shè)計與研究[J].微型機與應(yīng)用,2013(9).endprint

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