基于ZigBee的路燈智能控制系統

畢 威

（中國電子科技集團公司第四十七研究所，沈陽110032）

基于ZigBee的路燈智能控制系統

畢 威

（中國電子科技集團公司第四十七研究所，沈陽110032）

在智能路燈控制系統中，以TI公司生產的CC2530芯片為硬件核心，在協議棧ZStack的基礎上創建無線網絡，利用ZigBee無線傳輸技術，對監控路燈的傳感器進行操作，并傳輸和處理相關的數據，從而實現路燈控制的感應控制和遠程監控。本文的整套系統是在ZigBee無線自組織網絡技術的基礎上創建的遠程通信網絡，它不但能夠實現對單個路燈的實時監控和智能管理，而且具有功耗低、組網規模大、成本低、系統運行可靠、抗干擾能力強等優點，實現了節約能源、提高電能利用率和方便管理的目的，是一條路燈管理系統的有效和可靠的途徑，具有很強的實用性和推廣價值。

ZigBee無線；路燈控制；CC2530芯片；無線傳輸；遠程監控；智能管理

1 引言

目前,國內絕大部分的城市和地區路燈照明采用傳統控制技術，控制手段落后、靈活性差特點，不能有效的發揮應有的控制效能[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有效的監控管理手段，通常采用的是人工巡查及群眾反映等常規方式,常常發生出現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,還不利于路燈照明系統的穩定運行[2]。針對以上實際情況，要優化城市路燈系統的控制，一方面可以采用高效的節能燈具，如LED燈；另一方面則需采用更加科學先進的控制手段。本論文研究的目的是結合ZigBee無線通信技術與光敏傳感技術，設計一種較為智能的路燈控制方式達到節約能源、方便管理的目的。而研究的意義在于對現有路燈控制技術進行適當的補充，提高照明系統的控制管理水平，在學術方面還可以將該設計作為Zig-Bee技術應用范圍的擴展。

本論文設計的ZigBee智能路燈控制系統，采用ZigBee無線自組網絡、光敏傳感器等多項技術，能夠根據外部光照的明暗情況點亮或熄滅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電率，同時也實現路燈的智能化控制和每個路燈的實時監控。整個系統采用自動化控制控制設備，能實現無線通信，而且安裝簡單，管理方便，操作容易，具有很好的發展前景。

2 系統硬件設計

系統總體方案設計是從宏觀上對系統結構進行規劃和設計，在系統分析的基礎上，確定系統總體設計框架和功能模塊，對系統可利用的資源進行分配。本論文主要介紹路燈控制系統硬件電路的設計與實現，系統硬件設計主要是實現信息的采集,無線網絡建立以及數據的傳輸。系統總體設計框架如圖1所示。

圖1 系統總體設計框架

在整個硬件系統中，主要以CC2530芯片為核心，通過控制外圍設備完成系統功能。其中路燈控制電路的功能是根據ZigBee節點電路發送的命令執行對LED路燈的開關控制；路燈信息采集電路的任務則是采集外界光照強弱信息[3]，將此信息傳遞給ZigBee節點供其進行判斷；作為核心模塊的ZigBee節點電路除了需要與相關的傳感器進行信息交互外重要的是負責在ZigBee無線網絡中與ZigBee協調器進行信息交流；電源電路模塊則是為系統提供適宜的電源電壓保證相應電路的正常工作[4]。系統整體硬件框圖如圖2所示。

圖2 系統整體硬件框圖

根據模塊化設計思想，本硬件系統分為以下幾個模塊：ZigBee節點電路模塊、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節點電路模塊

ZigBee節點電路模塊是整個網絡的關鍵部分，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節點電路原理圖

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的穩壓電源[6]。本設計使用的AM1117-3.3可以得到固定輸出3.3V電壓，用它設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

由于系統需要采集外界光照強弱信息，本設計使用光敏電阻對光照信息進行采集。光敏電阻器是利用半導體的光電效應制成的一種電阻值隨入射光的強弱而改變的電阻器；當入射光強時，電阻值減小；入射光弱時，電阻值增大；無光時，呈現高阻態。因此微處理器可以根據光敏電阻的阻值大小來確定光照的強弱。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是根據ZigBee節點模塊的命令控制LED路燈的開關。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ZigBee節點發出信號，即CC2530的發送路燈控制信號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送命令，繼電器的電壓達到額定值使線圈得電吸附懸鐵,繼電器的常開常閉端點狀態改變，LED路燈電路導通從而控制路燈的亮滅。

3 系統軟件設計

系統軟件設計部分是根據系統的功能需求來確定系統的軟件設計方案，主要完成ZigBee節點基于ZigBee協議棧的無線通信，包括實現了無線通信網絡的組建以及路燈信息在無線網絡中各節點之間的傳遞。具體流程圖如圖7所示。

圖7 系統的主程序流程圖

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

4 結束語

本文針對我國城市路燈照明系統控制手段落后、靈活性差的現狀，將近幾年無線通信領域中快速發展的ZigBee無線技術應用于路燈控制方案中，并結合了傳感器技術，設計了一套基于ZigBee智能路燈控制系統。該系統提高了路燈控制系統的節能化和智能化程度，更加便于管理。

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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