基于Zigbee技術的機場高桿燈控制系統設計

劉海燕（大連德睿泰克科技有限公司，遼寧 大連 116085）

1 引言

高桿燈在每個機場都有著廣泛的應用，這些高桿燈大都由機場中不同的配電室手動控制。這種人工分散控制成本高、效率低，控制質量也難以保證。由于分布范圍廣，沿途路徑復雜，許多機場高桿燈升級改造面臨許多困難。因而我們提出了一種新型的高桿燈照明管理系統，該系統采用Zigbee無線遠程通訊技術，將高桿燈連接成一個可控的系統，具有本地、遙控等控制功能。工業級的硬件，使系統更加穩定；國際通用的無線2.4GHz的免費頻段，系統保密性強、傳輸距離遠，不會對機場其他的無線通訊產生任何干擾和數據誤傳。

2 Zigbee的定義與特點

Zigbee是一種高可靠的無線數傳網絡，其數傳模塊類似于移動網絡基站。通訊距離從標準的75m到幾百米、幾公里，并且支持無限擴展。

作為一種無線通信技術，Zigbee具有如下特點：

(1) 低功耗: 由于Zigbee的傳輸速率低,發射功率僅為1mW,而且采用了休眠模式，功耗低, Zigbee設備非常省電。

(2) 成本低： Zigbee模塊的初始成本很低，并且Zigbee協議免專利費。

(3) 時延短: 通信時延和從休眠狀態激活的時延都非常短，典型的搜索設備時延30ms，休眠激活的時延是15ms, 活動設備信道接入的時延為15ms。

(4) 網絡容量大：一個星型結構的Zigbee網絡最多可以容納254個從設備和一個主設備，一個區域內可以同時存在最多100個Zigbee網絡, 而且網絡組成靈活。

(5) 可靠: 采取了碰撞避免策略，同時為需要固定帶寬的通信業務預留了專用時隙,避開了發送數據的競爭和沖突。

(6) 安全：Zigbee提供了基于循環冗余校驗(CRC)的數據包完整性檢查功能，支持鑒權和認證，采用了AES-128的加密算法，各個應用可以靈活確定其安全屬性。

3 基于Zigbee的機場高桿燈控制系統方案

3.1 系統構成

系統由監控中心計算機、無線監控單元和監控中心無線發射單元構成。

（1）監控中心計算機

監控中心計算機采用工業控制計算機，可靠性高。該計算機上運行LightMon監控軟件，用于對高桿燈的監視和控制，LightMon可以對高桿燈進行定時控制，手動控制，成組控制，單個控制等。操作記錄存儲到數據庫中，方便日后查詢。

（2）無線監控單元

無線監控單元主要完成對高桿燈的控制和狀態監視，同時與監控中心進行無線數據傳輸。

無線監控單元可以安裝在高桿燈燈桿上，也可以獨立安裝在高桿燈旁邊的固定支架上，如果高桿燈旁邊有配電亭，還可以安裝在配電亭上。

（3）監控中心無線發射單元

監控中心無線發射單元與監控中心計算機相連接，采用RS485或CAN總線，用于把監控中心的命令下傳，或者是接收無線監控單元的上傳數據。

3.2 信息傳輸與控制

采用2.4GHz的無線通訊設備，保證通訊的穩定性和抗干擾能力，以及不干擾機場其他通訊設備。配電室架設一個無線分站，若有某些配電室的位置比較特殊，采取架設無線中繼站的方式保障通訊的可靠性。

（1）現場控制部分使用以太網智能I/O設備對高桿燈進行邏輯控制。以太網智能I/O可以通過架設好的無線網絡與中控室進行通訊，以達到中控室對高桿燈的遠動控制。

（2）以太網智能I/O有一定的邏輯判斷能力，可以在網絡癱瘓的情況下按照已經設定好的時間對高桿燈進行開啟/關閉。

（3）中控室架設一臺服務器，安裝相關監控程序，操作人員通過直觀的人機界面對高桿燈進行控制，按照用戶要求可以對高桿燈分組控制，并且可對高桿燈開啟關閉時間設置，也可對單一高桿燈進行開啟關閉控制。若有需求，可以記錄高桿燈的開啟關閉時間，自動生成報表，并且對高桿燈故障有相關報警顯示和記錄。

（4）所有以太網智能I/O與位于中控室的服務器定時進行時間同步，保證所有高桿燈開啟關閉時間一致。

3.3 開發平臺

監控機操作系統：Microsoft Windows XP , Service Pack 3。

界面開發：Microsoft Visual Studio 2008旗艦版中的 C＃開發。

遠程數據庫開發：Microsoft SQL Server 2008。

本地數據庫開發：Microsoft Office 2007企業版。

其它程序：Microsoft Visual Studio 2010企業版中的 C＃開發。

3.4 系統功能特點

（1）控制方式靈活

系統可以通過無線網絡遠程控制高桿燈，主要控制方式有定時控制、立即控制、單點控制、分組控制等。并可通過監控中心隨時了解高桿燈的開關狀態，還可以通過檢測回路電流的方法，檢測是否有壞燈，達到了遙控、遙測、遙視的“三遙”功能。

（2）可靠性高、成本低廉、施工簡單

系統全部采用進口工業級電控元件，完全滿足室外使用要求。系統一次性投資，沒有任何延續費用，成本低廉。安裝系統時，無需鋪設電纜，直接安裝設備，四季均可施工。

（3）系統可擴展性強

系統對外預留了RS232、RS485、CAN等通信接口，同時還提供了4路繼電器干接點輸出，方便用戶把其他系統接入到高桿燈監控系統中來，實現系統的無限擴展功能。

4 結語

Zigbee無線數據采集傳輸系統采集穩定、可靠、方便、實用，安裝費用低廉，維護簡單，無憂升級，不需要租用公網，也無須巨額運行費用。

基于Zigbee的高桿燈監控系統提高開、關燈的可靠性和可檢查性，從而做到合理及時開、關燈，不但能節省電能，而且還可延長高桿燈的使用壽命，方便管理，保證亮燈率，提高了維護、維修的針對性和工作效率。

[1] Zigbee Document 053474r06, Version 1.0：Zigbee Specification.

[2] 李善倉, 張克旺. 無線傳感器網絡原理與應用[M]. 北京:機械工業出版社, 2008.

[3] 瞿雷, 劉盛德,胡咸斌. Zigbee技術及應用[M].北京:北京航空航天大學出版社, 2007.