畢 威

（中國電子科技集團(tuán)公司第四十七研究所，沈陽110032）

基于ZigBee的路燈智能控制系統(tǒng)

畢 威

（中國電子科技集團(tuán)公司第四十七研究所，沈陽110032）

在智能路燈控制系統(tǒng)中，以TI公司生產(chǎn)的CC2530芯片為硬件核心，在協(xié)議棧ZStack的基礎(chǔ)上創(chuàng)建無線網(wǎng)絡(luò)，利用ZigBee無線傳輸技術(shù)，對監(jiān)控路燈的傳感器進(jìn)行操作，并傳輸和處理相關(guān)的數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)路燈控制的感應(yīng)控制和遠(yuǎn)程監(jiān)控。本文的整套系統(tǒng)是在ZigBee無線自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的基礎(chǔ)上創(chuàng)建的遠(yuǎn)程通信網(wǎng)絡(luò)，它不但能夠?qū)崿F(xiàn)對單個路燈的實時監(jiān)控和智能管理，而且具有功耗低、組網(wǎng)規(guī)模大、成本低、系統(tǒng)運(yùn)行可靠、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，實現(xiàn)了節(jié)約能源、提高電能利用率和方便管理的目的，是一條路燈管理系統(tǒng)的有效和可靠的途徑，具有很強(qiáng)的實用性和推廣價值。

ZigBee無線；路燈控制；CC2530芯片；無線傳輸；遠(yuǎn)程監(jiān)控；智能管理

1 引言

目前,國內(nèi)絕大部分的城市和地區(qū)路燈照明采用傳統(tǒng)控制技術(shù)，控制手段落后、靈活性差特點(diǎn)，不能有效的發(fā)揮應(yīng)有的控制效能[1]。其中不僅路燈控制需要投入大量的人力、物力和財力,而且路燈的維修管理也缺乏科學(xué)有效的監(jiān)控管理手段，通常采用的是人工巡查及群眾反映等常規(guī)方式,常常發(fā)生出現(xiàn)故障卻不能及時排查等狀況,不但造成能源、人力資源的浪費(fèi),還不利于路燈照明系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行[2]。針對以上實際情況，要優(yōu)化城市路燈系統(tǒng)的控制，一方面可以采用高效的節(jié)能燈具，如LED燈；另一方面則需采用更加科學(xué)先進(jìn)的控制手段。本論文研究的目的是結(jié)合ZigBee無線通信技術(shù)與光敏傳感技術(shù)，設(shè)計一種較為智能的路燈控制方式達(dá)到節(jié)約能源、方便管理的目的。而研究的意義在于對現(xiàn)有路燈控制技術(shù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)难a(bǔ)充，提高照明系統(tǒng)的控制管理水平，在學(xué)術(shù)方面還可以將該設(shè)計作為Zig-Bee技術(shù)應(yīng)用范圍的擴(kuò)展。

本論文設(shè)計的ZigBee智能路燈控制系統(tǒng)，采用ZigBee無線自組網(wǎng)絡(luò)、光敏傳感器等多項技術(shù)，能夠根據(jù)外部光照的明暗情況點(diǎn)亮或熄滅LED路燈，做到天黑燈亮、天亮燈滅，使LED路燈最大限度地提高節(jié)電率，同時也實現(xiàn)路燈的智能化控制和每個路燈的實時監(jiān)控。整個系統(tǒng)采用自動化控制控制設(shè)備，能實現(xiàn)無線通信，而且安裝簡單，管理方便，操作容易，具有很好的發(fā)展前景。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

系統(tǒng)總體方案設(shè)計是從宏觀上對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行規(guī)劃和設(shè)計，在系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上，確定系統(tǒng)總體設(shè)計框架和功能模塊，對系統(tǒng)可利用的資源進(jìn)行分配。本論文主要介紹路燈控制系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計與實現(xiàn)，系統(tǒng)硬件設(shè)計主要是實現(xiàn)信息的采集,無線網(wǎng)絡(luò)建立以及數(shù)據(jù)的傳輸。系統(tǒng)總體設(shè)計框架如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計框架

在整個硬件系統(tǒng)中，主要以CC2530芯片為核心，通過控制外圍設(shè)備完成系統(tǒng)功能。其中路燈控制電路的功能是根據(jù)ZigBee節(jié)點(diǎn)電路發(fā)送的命令執(zhí)行對LED路燈的開關(guān)控制；路燈信息采集電路的任務(wù)則是采集外界光照強(qiáng)弱信息[3]，將此信息傳遞給ZigBee節(jié)點(diǎn)供其進(jìn)行判斷；作為核心模塊的ZigBee節(jié)點(diǎn)電路除了需要與相關(guān)的傳感器進(jìn)行信息交互外重要的是負(fù)責(zé)在ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)中與ZigBee協(xié)調(diào)器進(jìn)行信息交流；電源電路模塊則是為系統(tǒng)提供適宜的電源電壓保證相應(yīng)電路的正常工作[4]。系統(tǒng)整體硬件框圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)整體硬件框圖

根據(jù)模塊化設(shè)計思想，本硬件系統(tǒng)分為以下幾個模塊：ZigBee節(jié)點(diǎn)電路模塊、電源電路模塊、路燈信息采集電路模塊以及路燈控制電路模塊。

2.1 ZigBee節(jié)點(diǎn)電路模塊

ZigBee節(jié)點(diǎn)電路模塊是整個網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵部分，路燈控制電路模塊和路燈信息采集電路模塊都需要該模塊的支持才能順利通信，電路設(shè)計的好壞影響通訊的距離和可靠性[5]。CC2530配合很少的外圍元件就可以組成無線通信模塊，如圖3所示。

圖3 ZigBee節(jié)點(diǎn)電路原理圖

2.2 電源電路模塊

ZigBee模塊的工作電壓范圍是2V-3.6V,在無線工作時推薦的工作電壓為3.3V，因此需要一個電源電路為其提供3.3V的穩(wěn)壓電源[6]。本設(shè)計使用的AM1117-3.3可以得到固定輸出3.3V電壓，用它設(shè)計的電源電路可以為CC2530的正常工作提供良好的電壓保證。電路原理如圖4所示。

圖4 電源電路原理圖

2.3 路燈信息采集電路模塊

由于系統(tǒng)需要采集外界光照強(qiáng)弱信息，本設(shè)計使用光敏電阻對光照信息進(jìn)行采集。光敏電阻器是利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)制成的一種電阻值隨入射光的強(qiáng)弱而改變的電阻器；當(dāng)入射光強(qiáng)時，電阻值減??；入射光弱時，電阻值增大；無光時，呈現(xiàn)高阻態(tài)。因此微處理器可以根據(jù)光敏電阻的阻值大小來確定光照的強(qiáng)弱。路燈信息采集電路原理圖如圖5所示。

圖5 路燈信息采集電路原理圖

2.4 路燈控制電路模塊

路燈控制電路的任務(wù)是根據(jù)ZigBee節(jié)點(diǎn)模塊的命令控制LED路燈的開關(guān)。路燈控制模塊由光耦隔離單元、繼電器單元和受控路燈組成[7]。路燈控制電路模塊示意圖如圖6所示。

圖6 燈控制電路模塊示意圖

當(dāng)ZigBee節(jié)點(diǎn)發(fā)出信號，即CC2530的發(fā)送路燈控制信號CRTL給光耦隔離單元時，光耦隔離單元的輸出口就會向繼電器發(fā)送命令，繼電器的電壓達(dá)到額定值使線圈得電吸附懸鐵,繼電器的常開常閉端點(diǎn)狀態(tài)改變，LED路燈電路導(dǎo)通從而控制路燈的亮滅。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件設(shè)計部分是根據(jù)系統(tǒng)的功能需求來確定系統(tǒng)的軟件設(shè)計方案，主要完成ZigBee節(jié)點(diǎn)基于ZigBee協(xié)議棧的無線通信，包括實現(xiàn)了無線通信網(wǎng)絡(luò)的組建以及路燈信息在無線網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)之間的傳遞。具體流程圖如圖7所示。

圖7 系統(tǒng)的主程序流程圖

控制系統(tǒng)軟件開發(fā)工具是IAR Embedded Workbench(簡稱EW)。使用EW可以生成高效可靠的可執(zhí)行代碼，降低了對芯片內(nèi)存的要求,不但提高開發(fā)效率而且可以節(jié)省硬件資源[8]。

4 結(jié)束語

本文針對我國城市路燈照明系統(tǒng)控制手段落后、靈活性差的現(xiàn)狀，將近幾年無線通信領(lǐng)域中快速發(fā)展的ZigBee無線技術(shù)應(yīng)用于路燈控制方案中，并結(jié)合了傳感器技術(shù)，設(shè)計了一套基于ZigBee智能路燈控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)提高了路燈控制系統(tǒng)的節(jié)能化和智能化程度，更加便于管理。

[1] 盧挺.基于GPRS的路燈遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計[D].大連:大連理工大學(xué),2009.Lu Ting.The design of the street lamp remote monitoring system based on GPRS[D].Dalian:Dalian University of Technology,2009.

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Intelligent Streetlight Control System Based on ZigBee

Bi Wei
（The 47th Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation,Shenyang 110032,China）

The intelligent streetlight control system,using chip CC2530 manufactured by TI as hardware core,creates a wireless network based on the protocol stack ZStack to operate the sensors used for monitoring the streetlight,by ZigBee wireless transmission technology,and transmit and process the data for inductive control and remote control.With the advantages of low power consumption,large-scale networking,low cost and reliable system operation,anti-jamming ability,etc.,it is able to achieve real-time monitoring and intelligent streetlight management,and save energy,improve energy efficiency and is convenient for management.It is an effective and reliable way of streetlight management system that has a strong practical and promotional value.

ZigBee；Street light control；CC2530;Wireless transmission；Remote monitoring；Intelligent management

10.3969/j.issn.1002-2279.2017.03.020

TN7

A

1002-2279-（2017）03-0093-03

畢威（1982-），女，遼寧沈陽，工程師，主研方向：集成電路測試。

2016-10-18