基于ZigBee的智能小區LED路燈控制系統設計

引言

　　隨著(zhù)我國城市化建設的深入，大中型城市中智能化管理的高檔小區、花園別墅、綜合設施等( 以下統稱(chēng)“智能小區”) 需要有與其配套的高效環(huán)保的智能化照明控制系統，要求在對照明設備信息的獲取和控制方式上做到遠程化、智能化、個(gè)性化?，F代智能小區的照明設計已不僅是小區道路和庭院的照明設計，往往還包括一些景觀(guān)照明設計。小區主干道照明、支路照明、綠化景觀(guān)照明可分別采用單獨回路供電，這樣可以根據不同需要，對各處的照明實(shí)行單獨控制，節約電能。

　　　1 ZigBee 協(xié)議應用于智能小區照明的優(yōu)勢

　　ZigBee 技術(shù)是一種近距離、低復雜度、低功耗、低速率、低成本的雙向無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，主要適合于自動(dòng)控制和遠程控制領(lǐng)域，可以嵌入到各種設備中，同時(shí)支持地理定位功能。ZigBee 技術(shù)的較低數據速率以及較小通信范圍的特點(diǎn)決定其適合于承載數據流量較小的業(yè)務(wù)。

　　IEEE802. 15. 4 協(xié)議定義了兩個(gè)物理層標準，分別是2. 4GHz 物理層和868 /915MHz 物理層。2. 4GHz 波段為全球統一無(wú)需申請的ISM 頻段，有助于ZigBee 設備的推廣和生產(chǎn)成本的降低;為了避免干擾，除了2. 4GISM 頻段外，歐洲還采用868MHz 頻段，美國采用915MHz 頻段作為ZigBee 的工作頻段。這些頻段都比較近，對信號合成器的程序稍微改動(dòng)，就可以使用相似的硬件，從而降低生產(chǎn)成本。

　　由于這兩個(gè)頻段上無(wú)線(xiàn)信號傳播損耗較小，可以降低對接收機靈敏度的要求，獲得較遠的有效通信距離，從而可以用較少的設備覆蓋較大的區域。ZigBee 網(wǎng)絡(luò )含3 種類(lèi)型的節點(diǎn)，即協(xié)調器、路由器和終端設備，支持星狀、樹(shù)狀和網(wǎng)狀3 種網(wǎng)絡(luò )拓撲結構。

　　從ZigBee 協(xié)議特點(diǎn)可以看出，將ZigBee 無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )用于智能小區路燈控制系統具有以下特點(diǎn)：短距離、小范圍傳輸，具有成本優(yōu)勢;頻率范圍在小區內具有較強的抗干擾性，可以利用小區的地域特點(diǎn)選擇合適的網(wǎng)絡(luò )拓撲結構，并且組網(wǎng)簡(jiǎn)單可靠;經(jīng)過(guò)合理布局，在一個(gè)小區內能做到無(wú)任何通訊盲區，利用其地理定位的功能，便于對LED 路燈在小區分布區域進(jìn)行管理。

　　2系統設計方案

　　如圖1 所示，整個(gè)系統由小區路燈監控與管理系統、無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )、LED 路燈支路控制器、LED 路燈及驅動(dòng)電路、ZigBee 終端支路控制節點(diǎn)和ZigBee 終端環(huán)境參數檢測節點(diǎn)組成。整個(gè)系統設計成依據小區環(huán)境參數( 如亮度、溫度、濕度) 自動(dòng)運行，無(wú)需人工干預，并能及時(shí)檢測社區各路燈的工作狀態(tài)，及時(shí)跟蹤維護。智能小區信息管理中心( PC 監控臺) 負責監視整個(gè)社區路燈的運行情況，并能根據控制臺命令人工控制各路燈的開(kāi)關(guān)、亮度，其用RS232 串口與ZigBee 網(wǎng)絡(luò )通訊;無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )負責傳送監控臺的命令并搜集ZigBee 終端節點(diǎn)的狀態(tài)信息;終端節點(diǎn)負責LED 路燈的控制與驅動(dòng);ZigBee 終端支路電壓電流檢測電路用于檢測整個(gè)支路的電壓電流狀態(tài);ZigBee 終端環(huán)境參數檢測電路用于檢測整個(gè)小區的環(huán)境參數，包括光線(xiàn)強度、溫度、濕度，以之作為ZigBee 終端控制的依據。

　　
圖1 系統組成方框圖