ZigBee技術在太陽能路燈遠程監控系統中的應用

ZigBee技術應用于太陽能路燈遠程實時監測和控制的同時，遠程立即判斷故障源，提高維護成本和效率；還可以遠程對太陽能路燈負載加以開關控制，保護太陽能路燈其它部件，延長太陽路燈使用壽命，提高社會效益和經濟效益。

【關鍵詞】ZigBee技術 太陽能路燈 遠程監控

離網光伏發電系統通常由太陽能組件、控制器、逆變器、蓄電池組和支架系統組成，適用于沒有并網或并網電力不穩定的地區。目前情況下受制于成本和能耗等問題，離網光伏發電系統的遠程實時監控網絡較難實現。

1 引言

隨著可再生能源的利用的深入，太陽能路燈得到了越來越廣泛的應用。太陽能路燈一般分散使用，每一盞太陽能路燈均為一個獨立運行的離網型太陽能發電系統，這給太陽能路燈的日常維護帶來了一定的困難。如果組建一個太陽能路燈遠程監控系統監控網絡，就通過以太網遠程監控太陽能路燈的實施運行狀況，方便太陽能路燈的維護，降低維護成本，提高太陽能路燈使用壽命。

2 總體設計思路

整個太陽能路燈遠程監控系統可分為兩大部分，即數據采集儲存部分和數據傳輸部分。數據采集儲存部分負責太陽能路燈的實施運行數據采集，主要采集數據有：光伏組件電壓、光伏組件電流、蓄電池電壓、蓄電池充電電流、蓄電池充電時間、負載輸出電壓、負載輸出電流、負載輸出時間、工作環境溫度、工作環境濕度等太陽能路燈運行數據。數據傳輸部分負責太陽能路燈運行數據的傳輸，可使用WIFI、藍牙、ZigBee、GPRS等模式實現太陽能路燈運行數據的遠程傳輸。本設計以ZigBee技術為基礎，ZigBee技術是一種短距離低功耗無線通信技術，由ZigBee聯盟的多個國際大公司在基于802.15.4標準的基礎上進行協議的制定，支援多種網絡拓撲，供固定、便攜或移動設備使用。

3 數據采集儲存部分

數據采集儲存部分具體可以分為光伏組件監控模塊、蓄電池監控模塊、負載監控模塊、環境監控模塊、中央控制模塊幾大部分。結構圖如圖1所示。

光伏組件監控模塊負責監控光伏組件電壓、光伏組件電流等光伏組件工作數據并將數據上傳至中央控制模塊；蓄電池監控模塊負責監控蓄電池電壓、蓄電池充電電流、蓄電池充電時間等數據并將數據上傳至中央控制模塊；負載監控模塊負責監控負載輸出電壓、負載輸出電流、負載輸出時間等數據并將數據上傳至中央控制模塊；環境監控模塊負責監控工作環境溫度、工作環境濕度等數據并將數據上傳至中央控制模塊；中央控制模塊負責個模塊上傳來的數據儲存和調用，并用485/232借口將數據傳輸至數據傳輸部分。

4 數據傳輸部分

數據傳輸部分分三部分組成：安裝在路燈燈桿上的終端控制節點、控制中心的監控系統、負責實現終端控制節點和控制中心通信的路由節點。結構圖如圖2所示。

控制中心的監控系統由pc機和無線收發模塊組成，主要負責建立和管理路燈控制網絡，顯示路燈狀況信息和發送控制命令，協調整個路燈系統的運作。

路由節點由全功能行ZigBee器件組成，主要負責ZigBee無線建立網絡和管理網絡。路燈終端節點為精簡功能ZigBee器件組成，主要負責數據采集儲存部分所采集數據的傳輸。

實際運用中，要達到使用遠程網絡監控太陽能路燈的目的，需使用ZigBee+GRPS網絡的混合網絡。由于ZigBee無線網的標準傳輸距離只有75m，即使使用擴展天線也只有200m，要實現覆蓋整個太陽能路燈使用范圍很困難。如果使用中繼路由的方式實現的話，成本不低，網絡過大，可靠性無法保證，不好控制。所以將太陽能路燈組網劃分成若干個小的子網，每個子網覆蓋1個太陽能路燈集中使用地，每個子網中有幾十盞太陽能路燈，子網內部使用ZigBee建立的無線傳輸網絡，其終端和協調器之間最多路由跳轉2～3次，保證網絡可靠性。子網和中央控制中心使用GPRS網絡來傳輸數據。如圖3。

5 社會及經濟效益

太陽能路燈現如今得到越來越廣泛的應用，其特點相對突出，相應的運行維護給廠家和用戶帶來不小的問題，因此對太陽能路燈的遠程監測和控制特別重要。絕大多數單盞太陽能路燈是獨立一個系統，對其實時監測和控制不會影響其它太陽能路燈正常運行。特別是占成本相對較高和使用壽命短的蓄電池，防止蓄電池過放電，可以延長蓄電池的使用壽命，從而延長了太陽能路燈的使用壽命，提高了經濟效益。在滿足原功能不變的情況下，可以減少社會投資，得以社會節約資源。

6 總結

在太陽能路燈普及應用的今天，保障太陽能路燈正常運行就一個不小的成本。為了保障太陽能路燈正常運行，出現故障在第一時間內能得到排除和維護，提高客戶滿意度，且降低維護成本，提高維護效率，延長太陽能路燈使用壽命，ZigBee技術的應用不僅有效解決了該問題，且優勢明顯，技術新穎有效。

作者簡介

王偉（1981-），男，現為云南拓日科技有限公司工程師，主要從事光伏系統設計及應用工作。

作者單位

云南拓日科技有限公司 云南省昆明市 650106