應用在LED路燈控制的ZigBee智能控制系統設計方案

路燈是居民的日常生活中不可缺少的照明工具，隨著(zhù)經(jīng)濟和城鎮化的快速發(fā)展，人們對于路燈的系統做出了改進(jìn)與優(yōu)化。傳統的路燈照明系統一般是有線(xiàn)連接，其系統建設的花費較高，線(xiàn)路錯雜不清，不易擴展移動(dòng)，且智能化程度不高。為了改進(jìn)傳統路燈的諸多不便，人們將新技術(shù)與路燈系統結合起來(lái)，采用無(wú)線(xiàn)代替有線(xiàn)的控制方式，讓路燈更智能、方便。ZigBee 技術(shù)是一種新型的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，主要應用于短距離內的信息傳輸，其優(yōu)點(diǎn)較多，將這種技術(shù)與路燈照明系統結合是一種有利的創(chuàng )新。除此之外，為了響應現代可持續發(fā)展的需要，我們從節能減排的角度考慮，采用LED路燈進(jìn)行照明。這種基于 ZigBee 的路燈智能控制系統具備了穩定安全、方便高效的優(yōu)勢。

　　1、ZigBee 組網(wǎng)技術(shù)

　　ZigBee 技術(shù)的數據傳輸的功耗較低、技術(shù)成本低、結構簡(jiǎn)單但容量大是它的優(yōu)點(diǎn)。其網(wǎng)絡(luò )的拓補結構分為網(wǎng)狀拓補和樹(shù)狀拓補兩種，常用的為樹(shù)狀拓補結構。整個(gè)網(wǎng)絡(luò )主要包含了三種類(lèi)型的設備，分為網(wǎng)絡(luò )協(xié)調器、全功能設備 (FFD) 與精簡(jiǎn)功能設備 (RFD)。

　　2、路燈控制系統組成

　　路燈的智能控制系統組成部分有以下三點(diǎn)：

　　(1) 微處理器控制系統。它由路由節點(diǎn)與葉節點(diǎn)組成，主要的結構組成包括路燈調光控制器、直流電源系統、通訊控制系統與光照強度傳感器；

　　(2) 控制中心的服務(wù)器監控系統。由協(xié)調器和 PC 機組成；

　　(3) 智能操控系統。是用來(lái)實(shí)現操控整個(gè)系統運行的 ZigBee 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )。

　　微處理器的控制系統結構一般為多路樹(shù)狀網(wǎng)絡(luò )拓補結構，控制中心的監控系統、若干個(gè)路由節點(diǎn)與若干個(gè) RFD 節點(diǎn)構成了整個(gè)系統的網(wǎng)絡(luò )協(xié)調器。在各個(gè)部分中，路由節點(diǎn)的安放是以串狀的連接方式被裝在道路旁邊，之后，路由器就被作為一個(gè)中繼控制器對路燈進(jìn)行遠程控制。同時(shí)，它也有作為獨立用戶(hù)節點(diǎn)來(lái)控制 LED 燈的功能。而 RFD 用戶(hù)節點(diǎn)沒(méi)有路由節點(diǎn)的功能，不能作為中繼器使用，它只能接收信號，并根據所接收信號控制自己的LED 燈。

　　3、系統軟件設計

　　系統軟件的設計主要包括四大部分，分別是 PC 機服務(wù)器后臺軟件設計、協(xié)調器軟件設計、路由器軟件設計和葉節點(diǎn)軟件設計。

　　3.1 PC機服務(wù)器后臺軟件設計

　　在 PC 機對整個(gè)系統進(jìn)行控制時(shí)，命令經(jīng)過(guò)串口送達給協(xié)調器，然后通過(guò)人機界面完成控制。工作中，PC 機服務(wù)器的主要功能是向協(xié)調器發(fā)送控制命令，這一命令會(huì )指揮協(xié)調動(dòng)作進(jìn)行控制，協(xié)調器讀取由 ZigBee 網(wǎng)絡(luò )中得到的數據信息，將這些數據返回給 PC 機服務(wù)器，接著(zhù) PC 機會(huì )將工作中的運行數據與系統的參數進(jìn)行保存?！　?strong style="word-break: break-all;">3.2 協(xié)調器軟件設計

　　協(xié)調器在電初始化之后第一步是建立一個(gè)等待節點(diǎn)加入的載體，這個(gè)載體就是一個(gè)智能網(wǎng)絡(luò )，每一個(gè)被發(fā)現申請加入網(wǎng)絡(luò )的節點(diǎn)都會(huì )被分配到一個(gè)網(wǎng)絡(luò )號。在協(xié)調器的監控作用中，協(xié)調器會(huì )根據 PC 機的相應指示來(lái)控制某個(gè)節點(diǎn)，例如節點(diǎn)燈光的控制、節點(diǎn)時(shí)間段的控制等。同時(shí)，協(xié)調器還起到了數據的交換作用，要是命令是使某個(gè)節點(diǎn)讀取相關(guān)信息，它會(huì )把讀取到的數據信息通過(guò)串口發(fā)送給 PC 機服務(wù)器。

　　3.3 路由器軟件設計

　　路由器電初始化的第一步是向協(xié)調器提出申請，申請加入協(xié)調器網(wǎng)絡(luò )。如果第一次沒(méi)有成功加入，就需要不停地向網(wǎng)絡(luò )提出申請，否則系統網(wǎng)絡(luò )就無(wú)法控制該節點(diǎn)。一旦成功加入網(wǎng)絡(luò )，路由節點(diǎn)的工作就會(huì )處于監控狀態(tài)。其監控工作分為三個(gè)方面。第一點(diǎn)是對于其他節點(diǎn)的監控，它會(huì )自動(dòng)給提出加入網(wǎng)絡(luò )申請的路由節點(diǎn)或葉節點(diǎn)分配網(wǎng)絡(luò )地址；第二點(diǎn)則是對從協(xié)調器發(fā)來(lái)的命令的監控，當它收到了命令后，會(huì )根據命令的內容對各部分的參數設置進(jìn)行調整，如果協(xié)調器傳來(lái)了狀態(tài)讀取命令，它就會(huì )根據指示向其發(fā)送節點(diǎn)的工作狀態(tài)，因此，不同的命令對于路由器的指示作用是不同的；最后一點(diǎn)是其對于預設值的控制，這部分的監控是路由器在進(jìn)行了對于環(huán)境亮度信息采集之后做出的。由于每段時(shí)間內的亮度都不同，因此，路燈的開(kāi)關(guān)、運行情況也會(huì )根據路由器的分析做出智能的變化。

　　3.4 葉節點(diǎn)軟件設計

　　關(guān)于葉節點(diǎn)的程序流程，其作用過(guò)程類(lèi)似于路由節點(diǎn)的流程，但又稍有不同。因為葉節點(diǎn)是終端節點(diǎn)，所以它不支持其他的節點(diǎn)加入。

　　4、結束語(yǔ)

　　對于這種利用了 ZigBee 技術(shù)的LED路燈智能控制系統來(lái)說(shuō)，其好處在于解決了路燈系統的低能源利用率問(wèn)題。LED 路燈的應用可以大幅度地減少能源的消耗，提高系統的經(jīng)濟效益。該系統安全性高，穩定可靠，且拋去了錯綜復雜的線(xiàn)路結構，較為方便，且減小了空間體積。大功率 LED 路燈為人們的照明提供了新的發(fā)展方向，通過(guò)結合其它新型傳感器與控制器，實(shí)現了遠程路燈無(wú)線(xiàn)控制技術(shù)，有效地達到了智能化應用，且應用范圍廣，有效地提升了能源的利用率。同時(shí)我們可以推測出，這種新型的路燈控制方式在未來(lái)將會(huì )有廣闊的發(fā)展前景，隨著(zhù)經(jīng)濟的發(fā)展，社會(huì )的進(jìn)步，人們以后的生活將會(huì )朝著(zhù)越來(lái)越智能化、舒適化的方向邁進(jìn)。