基于zigBee網(wǎng)絡(luò )的路燈節能監控系統

摘要：為了實(shí)現對節能路燈的監控系統的設計，采用基于ZigBee技術(shù)的組網(wǎng)方案，進(jìn)行系統的網(wǎng)絡(luò )構架，以及Mesh網(wǎng)絡(luò )的研究。設計了監控系統終端節點(diǎn)的硬件平臺以及編寫(xiě)了ZigBee協(xié)議棧的軟件。通過(guò)實(shí)驗室對路燈的模擬實(shí)驗，系統實(shí)現了Mesh網(wǎng)絡(luò )以及Ad Hoc路由算法，提高了系統的穩定性，滿(mǎn)足了節能路燈的通訊要求。
關(guān)鍵詞：ZigBee；路燈節能；CC2430；Mesh

O 引言
路燈系統是城市基礎設施的組成部分，是與人們日常生活緊密相關(guān)的市政公共設施。同時(shí)綠色照明是當今照明界的必然趨勢，隨著(zhù)城市化進(jìn)程的加快和城市規模和數量的擴大，照明消耗，照明電費日益高漲，加劇了我國日趨緊張的能源供應。因此建立路燈節能監控系統實(shí)現了路燈的集中控制、檢測與管理。結合相應的控制網(wǎng)絡(luò )確保按時(shí)、按需點(diǎn)亮每盞路燈，并能有效的節省路燈的用電，延長(cháng)燈泡的壽命，降低維護的成本，是現代能效型社會(huì )的目標。
當前路燈節能系統組網(wǎng)的方案中有基于電力線(xiàn)載波通訊的組網(wǎng)方式，GSM短消息控制。ZigBee技術(shù)是一種新興的短距離、低速率無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)。目前已經(jīng)廣泛應用于無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )監控行業(yè)，并取得了較好的效果。提出了基于ZigBee技術(shù)的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的通訊系統。在降低成本的同時(shí)能夠克服電力線(xiàn)載波通訊中不能換相的問(wèn)題，另外使用Mesh網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行通訊保障了無(wú)線(xiàn)通訊的可靠性。

1 系統方案以及ZigBee技術(shù)
在ZigBee網(wǎng)絡(luò )中的設備分為FFD(全功能設備)和RFD(簡(jiǎn)化功能設備)兩種。FFD可以作為協(xié)調器和路由器使用，可以和FFD設備和RFD設備之間進(jìn)行通訊；主要負責網(wǎng)絡(luò )的組建和維護以及路由。RFD設備一般為終端節點(diǎn)，互相之間不能通訊，完成信息的發(fā)送和接收。
ZigBee網(wǎng)絡(luò )支持星型網(wǎng)、集群樹(shù)狀網(wǎng)和網(wǎng)狀網(wǎng)三種拓撲。網(wǎng)狀網(wǎng)是一種高可靠性的AdHoc網(wǎng)絡(luò )，與集群樹(shù)狀網(wǎng)不同的是，具有路由功能的節點(diǎn)之間可以進(jìn)行通訊，從而網(wǎng)狀網(wǎng)通過(guò)自組織和無(wú)線(xiàn)線(xiàn)路的功能可以提供多個(gè)數據通路。當最優(yōu)路徑出現故障時(shí)，冗余的其他通路提供相應的路徑。因此網(wǎng)狀結構縮短了信息傳輸的延遲并提高了通訊網(wǎng)絡(luò )的可靠性。
路燈節能監控系統是由三層網(wǎng)絡(luò )來(lái)實(shí)現的，如圖1所示。

其中監控層主要有PC機完成系統的上位機監控畫(huà)面，以及控制指令的交互設計。中間層由每個(gè)子網(wǎng)的協(xié)調器組成，通過(guò)GPRS通訊技術(shù)將子網(wǎng)內的數據信息傳送到系統上位機。最后子網(wǎng)內采用ZigBee網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )來(lái)實(shí)現路燈之間的通訊。將每個(gè)街道劃分為一個(gè)子區域，將街頭的路燈設置為協(xié)調器，其他的路燈節點(diǎn)設置為路由節點(diǎn)，最后通過(guò)ZigBee協(xié)議棧中的網(wǎng)絡(luò )層來(lái)實(shí)現Mesh網(wǎng)絡(luò )的構建。從而保證將每個(gè)節點(diǎn)上的信息及時(shí)地發(fā)送到相應的協(xié)調器。